机械原理课程设计牛头刨床 吴春阳

1、浙江理工大学课程设计说明书（论文）浙江理工大学机械原理课程设计计算说明书设计题目：牛头刨床设计 专 业：机械类11（3） _ 设 计 者：吴春阳 学 号：2011330300323 指导教师： 胡明 设计时间：2013-6-23到2013-6-30 机械与自动控制学院机械原理课程设计任务书姓 名：吴春阳 专 业： 机械类班 级：机械11（3）班 学 号：2011330300323 任务起至日期： 2013 年 6月 23日 至 2012 年 6月 30日课程设计题目：牛头刨床设计已知技术参数和设计要求：1.已知技术参数图1 牛头刨床机构简图及阻力线图表1 设计数据导杆机构运动分析工作行程H行程

2、速比系数K 473901105400.330.5240503101.40导杆机构的动态静力分析2608004200801.2飞轮转动惯量的确50.30.20.2凸轮机构的设计从动件最大摆角推程远休止回程1512641651065齿轮机构的设计10060033.520工作量：完成4张A2图纸，1份计算说明书指导教师签字： _ 年 月 日 目 录1.牛头刨床的工作原理和机构组成················

3、83;···················52.导杆机构·····························&#

4、183;··························6 2.1.导杆机构尺寸的确定 ····················

5、3;·····················6 2.2.导杆机构的运动分析 ··························

6、················6 2.3导杆机构的动态静力分析·······························&#

7、183;·······133.凸轮机构的设计 ········································&#

8、183;·······164.齿轮机构的设计········································

9、83;········185.飞轮机构的设计·······································

10、3;·········196.设计小结·······································&#

11、183;···············20参考文献·································&#

12、183;·······················201.牛头刨床的工作原理与机构组成 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8.刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7做往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，

13、刨刀不切削，称回行程，此时要求速度较低并且均匀，以提高生产效率。为此刨刀采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离），而空回行程中则没用切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图1-1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图2.导杆机构2.1.导杆机构尺寸的确定表2-1 导杆设计数据

14、导杆机构 运动分析工作行程H行程速比系数 K473901105400.330.5240503101.40导杆机构的动态静力 分析2608004200801.22.2.导杆机构的运动分析2.2.1.设计步骤做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形。以上内容画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和8为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1和8为切削起点和终点所对应的位置，其余2，312等，是由位置1起顺时针方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1） 设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所

15、画圆弧高的平分线上（见图1-1）。2） 作机构运动简图。选取比例尺按表21所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图22；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1和8两位置。共计14个机构位置。图2-2 曲柄位置图3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.1（）和加速度比例尺=100（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形.2.2.2.分析步骤1).选取长度比例尺µ，作出机构在位置1 的运动简图。

16、 如一号图纸所示，选取µ=l/OA（)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意µ的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。 取曲柄位置“2”进行速度分析 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 A4 = A3 + A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺µv=10，作速度多边形。如图2-3。A2 VBVCBVCPA4杆P1 图2-3 曲柄位置2速度多边形则由图2-3知，A4=0.2525 A4A

17、3=0.4786 B5=B4=A4·O4B/ O4A=0.3178取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC其速度多边形如图2-3所示，有C5=0.305 取曲柄位置“2”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得 aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向左）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形。如图2-4所示 图2-4 曲柄位置2加速度多边

18、形由已知条件可求得：a A3=22×lO2A4·µl =5.3254a A4A3k =21A4A3=1.127a A4n =12×lO4A4·µl=0.2972用加速度影像法求得：a A4t=3.5 a A4A3=2.4取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图2-4所示，同理有 aC =5.95取曲柄位置“4”进行速度分析取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大

19、小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P1，速度比例尺µv=10，作速度多边形如图2-5。 A4VCBVB PP1VCA4杆图2-5 曲柄位置4速度多边形则由图2-5知，A4=0.5277 A4A3=0.112 B5=B4=A4·O4B/ O4A=0.5739 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC根据其速度多边形如图2-5所示，有 C5= 0.58 取曲柄位置“4”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4 = a A3n

20、 + a A4A3k + a A4A3 大小 ? ? ? 方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向左）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形图如图2-6所示 图2-6 曲柄位置4 加速度多边形由已知条件可求得：aA4n=12×lO4A4·µl=11.2 a A3n =22×lO2A4·µl=5.3254 a A4A3k =21A4A3 =0.51取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC

21、其加速度多边形如图26所示，同理有 aC =2取曲柄位置“ 6”进行速度分析取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P1，速度比例尺µv=10，作速度多边形如图2-7所示。P1 VCA4杆VCBPVBA6图2-7 曲柄位置6速度多边形则由图2-7知，A4=0.4462 A4A3= 0.3062B5=B4=A4·O4B/ O4A=0.5065取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC其速度多边形如图2-7所示，有C5=

22、 0.5取曲柄位置“6”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4= a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向右）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形。如图2-8所示。图2-8 曲柄位置6加速度多边形由已知条件可求得： a A3=12×lO2A6·µl =53.2 aA4A3k=21A4A3=11.5 a A4n =12×lO4A·µl=8.37用加速度影象法求

23、得：a A4t=1.9 a A4A3=2.9取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图4-6所示，同理有aC =3.92.3.导杆机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量JS4及切削力P的变化规律 要求：按表所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容在运动分析的同一张图纸上。 选取5位置导杆机构的动态静力分析 其阻力体如图2-9，选取力比例尺µ=100PF

24、RI6FI6G6PFR45G6yFRI6FR45x图2-9 曲柄位置5阻力体示图、力多边形图已知P=4200，G6=800，又ac=3,那么我们可以计算FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-800/9.81×3N=-244.9又 F = P + G6 + FI6 + FR45 + FRI6 =0方向： x轴 y轴 与ac反向 BC y轴大小： 4200 800 -m6a6 ? ? 作力多边行如图2-9所示，选取力比例尺µN=100。由图2-10力多边形可得：FR45=CD·µN=44.5×100N=4450 Fy=

25、 AD·µN=6×100N=600分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图2-10所示。FR34FR54G4FR14 图2-10杆组力体图已知：FR54= FR45=4450 N 取构件4为受力平衡体，对A点取矩得：F = FR54 + FR34+ FR14+ G4 = 0 方向: BC O4B ? 竖直向下 大小： ? ？ 作力的多边形如图2-10所示，选取力比例尺µN=100。FR34*LO4A= FR54sin（7.2°）*LO4B+G4 *sin（9.7°）*LO4S4 FR54=FR45=4450 解得：FR34=47

26、80FR34FR14G4FR54图2-11力多边形图由图2-11得：FR14=LGF·µN=8×100N=800N因为曲柄2滑块3的重量可忽略不计，有FR12= FR32对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图2-13示：FR32MFR12图2-13 曲柄2静力分析曲柄2为受力平衡体，对O2点取矩得：FR12= FR32MO2= M- FR32 sin(78°)L O2 Aµl=0即M=514.313.凸轮机构的设计 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出凸轮轮廓线。以上内容做在2号图纸上。设计过程选取比例尺，作图l=1.0。推程角和回程角

27、相等且0 =65°，凸轮角速度w=4.91)等加速推程阶段公式：=2max * ²/0 ²d/d=4max * * w/0 ²d²/d²=4max * w²/ 0 ²从凸轮上1点开始分别取=0°，10°，20°,30°，32.5°带入上面三个 公式，分别计算四个点的，d/d，d²/d²。这几个点分别记作点1、2、 3,4，4´。 2)等减速推程阶段公式：=max2max *（0）²/0 ²d/d=4max * w（0

28、 ） /0 ²d²/d²=4max * w²/ 0 ²从凸轮上1点开始分别取=40°，50°,60°，65°带入上面三个公式，分别计算出四个点的，d/d，d²/d²。这几个点分别记作点5、6、77´。点8在70°处，位于远休止角处。 3)等加速回程阶段公式：=max2max * ²/0 ²d/d=4max * * w/0 ²d²/d²=4max * w²/ 0 ²从凸轮上65°点开始分别

29、取=10°，20°,30°，32.5°带入上面三个公式，分别计算四个点的，d/d，d²/d²。这几个点分别记作点9、10、11、11´。 4)等减速回程阶段公式：=2max *（0）²/0 ²d/d=4max * w（0 ） /0 ²d²/d²=4max * w²/ 0 ²从凸轮上65°点开始分别取=40°，50°,60°，65°带入上面三个公式，分别计算四个点的，d/d，d²/d²。这

30、几个点分别记作点12、13、14、14´。根据上面的一系列点，画摆角随着凸轮的转变化的图像图像（纵坐标比例尺µ2=0.00374），d/d随着凸轮的转变化的图像纵坐标比例尺（µ2=0.0454），d²/d²随着凸轮的转变化的图像（µ2=0.438）， 确定基圆的半径和中心距； 以摆杆长为半径，以摆动中心为圆心，以最大摆角max角为圆心角作圆弧。自摆动中心作一系列辐射线按预定摆角分割max，所对应的弧，得到相应的分割点。在摆动中心相应辐射线上由各分割点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于lO2O9*d/d，截取方向根据D点

31、速度方向顺着凸轮转向转过90o后所指的方向来确定。然后过各线段的末点作与相应辐射线的法线的夹角成为（许用压力角）的直线，即一系列直线确定凸轮中心的安全区域，然后在安全中心确定凸轮中心，找到最小基圆半径；分别取相应的凸轮基圆半径r0=60和中心距O2O9=154.5。 以O2 为中心， r0 为半径，画出凸轮基圆 在凸轮基圆上面找一点D，以D点为圆心，以lO9D圆为半径画一段圆弧1。再以O2为圆心，以lO2O9为半径画一段圆弧2与圆弧1相交于点O9，则O9即为摆杆的中心。 连接点O9和D，O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。

32、再以10°对推程角前60°等分为6分，推程推程最后一段为5°、以10°对回程角前60°等分为6分，回程角最后一段为5°。将摆杆O9D对应的max =15°按照辐射线所分割出一系列的点，以O2为圆心，以O2到这些点的距离为半径分别做一系列圆弧。在这些圆弧对应的地方画出滚子圆，于是得到了滚子圆心所构成的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的理论轮廓线。最后画出一条与各个滚子圆相切，这样就得到了凸轮的实际轮廓线。4.齿轮机构的设计4.1.计算步骤确定Z1,Z2的齿数并根据图像

33、法计算变位系数，根据渐开线的形成原理作图于A2纸上。io'o''=do''/do'=3;no'=1440;no''=480;n2=47io''o2=no''/n2=z2z1'/zo''z1=10.21;z1'=40;z1=10;zo''=20z2=51根据计算得变位系数取X1=0.4 ; X2= -0.4节圆：d1'=z1m12=60; d2'=z2m12=306;尺顶圆： ha1= 8.4， da1=d1+2ha1=76.8;

34、 ha2= 3.8, da2=d2+2ha2=313.2;基圆： d基1=d1cos=56.4; d基2= d2'cos=287.5;齿根圆： hf1=10.2 df1=d1-2hf1=49.8, hf2=9.9 df2=d2-2hf2=286.2S1= m12/2+2m12x1tan20=11.17S2= m12/2+2m12x2tan20=7.684.2.绘制步骤1. 选取适当得比例后确定齿轮中心O1 O2。分别以O1O2为圆心做基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。2. 画两齿轮基圆内的公切线，它与连心线O1O2的交点为节点P，而P点又为两圆的切点，基圆内公切线N1N2与过P点的节圆切线间的夹角为啮合角。3. 过节点P分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线。4. 按已算得的齿厚s和齿距p计