牛头刨床机构设计新编

1、设计题目： 牛头刨床机构设计学生： 汪在福班级： 铁车二班学号：指导老师： 何 俊机械原理设计说明书设计题目：牛头刨床机构设计学生姓名汪在福班级 铁车二班学号一、设计题目简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件一刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度， 即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同 进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加4*机械系统示慮

2、国b）刨兴阻力曲張图I执行机构运动简卸、?设计数据与要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃 D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄 力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值 律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按2转速偏差为±5%。要求导杆机构的最大压a之内，摆动从动件9的升、回程运动规0.95计算，系统有过载保护。按小批量生题号导杆机构运动分析导杆机构动态 静力分析凸轮机构设计转机工；亍连导滑导从从许|«远产规模设计回速架作行程速 比 系 数杆与导杆之比作阻力杆质量块质量杆 转 动 惯 量动件最大摆角动 杆

3、杆 长用 压 力 角程 运 动 角休 止 角程 运 动 角C5440.2811 :146r 1:03000.43680020.25302505三、？设计任务1根据牛头刨床的工作原理，拟定23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3、用软件（VB、MATLAB ADAM或SOLIDWORK等均可）对执行机构进行运动仿真，并画岀输岀机构的位移、速度、和加速度线图。4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力， 写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力

4、矩和功率。5、 凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro、机架 1O2O9和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在软件 中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。四.设计过程（一）方案选择与确定方案一：如图（1）采用双曲柄六杆机构 ABCD，曲柄AB和CD不等长。 方案特点：（1）主动曲柄AB等速转动时，从动曲柄 DC做变速运动，并有急回特性。（2）在双曲柄机构 ABCD上串联偏置式曲柄滑块机构 DCE，并在滑块上固结刨 头，两个连杆机构

5、串联，使急回作用更加显着。同时回程有较大的加速度，提高了刨床的效率。图一方案二：方案为偏置曲柄滑块机构。如图二图二方案特点：结构简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案三：由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案（二）有所改进，但在曲柄摇杆机构ABCD中,随着行程速比系数 K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（二）更大。如图三图三方案四：由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。该方

6、案克服了方案（三）的缺点，传力特性 好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。如图四图四方案确定：综上，方案四较为合理（二）传动机构尺寸的确定O2距令04点为基点用以确定尺寸，滑块6导程回路距基点 04距离L ；摆动导杆运动所绕圆心 基点04距离Iqs ;导杆02A的长度lOA ；导杆04B的长度|吋；连杆BC长度Ibc由题目已知尺寸及相互关系：机架 lo2o4 二 430 mm ；工作行程H=400mm ；连杆与导杆之比行程速比系数 K=1.4.根据所给数据确定机构尺寸极位夹角：导杆长度| bo 4k _11 4_1二=180° =180° =30k+

7、11.4+1H 1一 2 二 sin 2400 J = 773mm2 sin 15°连杆长度：l bc =0.36 l bo4 =278mm度:lao -10204 sin430*sin 15 =111 mm2为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性；即要求设计时使得机构的最大压力角具有最小，应此分析得岀：只有将构件5即B点移到两 极限位置连线的中垂线上，才能保证机构运动过程 的最大压力角具有最小值。分析如下：解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为：3，刨头可能的最大压力角位置是导杆B，设压力角为宀，:-2 （见下图五）根据0几何关系：3=。由于：2与，2：'3呈背离关

8、系，即：很增加则1，3减小且:-3 1。则要使机构整体压力最小，只要有：空二：壮，当刨头处于导杆摆弧平均置1二l BO4 (1 -COS)贝y arcsin-：2 二2所以2 ,BC处:-（图五）（图六）（三）机构运动简图的绘制选取一长度比例尺，机构运动简图的绘图如图六所示 通过上面的计算，确定数据汇总如下： 极位夹角：30度连杆： 导杆： 曲柄： 高度：278mm778mm111mm760mm（四）静力分析1）对曲柄，由平衡条件有：? Fx=0,F21x+Fo2x=0 ；? Fy =0,F21y + F°2y=0 ? M°2=0；F21x l 心n O- F21y 190

9、S 32-T n =02）对导杆，又平衡条件有? Fx=0,FO4x+F43x-F23sin O =0 ;? Fy =0,FO4y +F43y+ F23 cos O4-m2g=0;? Mo4=0,-F43xl3sin O4 + F43y13cosO4-1/2 m2g l3cosO4 + F23s3=03）对滑块，由平衡条件有? Fx=0,F32Sin O4-F12x=0? Fy=0,-F32 cosO -F12y =04）对连杆，由平衡条件有? Fx=0,-F 34x-F max =0 ；? Fy=0,F cy-F 34y=0 ；? Mo4=0，Fcy| 4C0S O+ Fmaxl 4Sin

10、O5=0综上所述联立方程求得F 34x =- F maxFey二-f maxtan O5F 34y =- F max tan OF23= (Fmax 13sin 04- Fmaxtan Ol 3cos O +1/2 m2g 13cos O) / s3Fo4x=- Fmax+ ( Fmax | 3 si n O - F max ta n O| 3COS O +1/2 m2g I 3 COS O ) sin O/ S3Fo4y = m2g- Fmaxta n 05- ( F max | 3Si n 04 - Fmaxta n Ol 3 COS O +1/2 m2g | 3 cos 04 )cosO

11、/ s3F12x=- (Fmax13sin &4- Fmaxtan Ol 3cos O +1/2 m2g 13cosO ) sin O4/ S3Fl2y = ( F max 13 si nW - Fmaxta n 05 13 cos %+1/2 m?g 13 cos 04) cos%/ S3Fo2x= F12xFo2y= F12yTn = ( Fmaxl 3si n04- Fmaxta n 01 3COS 0+1/2 m2g 1 3 cos 04 ) 1 1 cos( 02 - 04 )/ S3(五)凸轮设计1.凸轮机构的设计要求概述：1 )已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机

12、构的基本尺寸，选取滚子半径，有题目可 以知道该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号巾max1 O9D10902r。rrs'a单位° mmoo数据15130150)6115651065422)由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表:推程0W 2 $ Wo /2回程 o+s< $ Wo+s+'o/2=24* * /(25* n )2巾=n /12-24( $ -17 n /36 )/25 n3 =96 $ /253 =-96 ( $ -17 n /36 )2/25B =192 n /25B =-192 n /25推程o /2o回程

13、o+S+'o/2 W $ Wo+s+'o2=n /12-24( 5n /12- $ )/225 n巾=24 (8 n /9- $ )/25 n3 =96 ( 5 n /12- $ ) 2/1223 =-96 ( 8n /9- $ )/25B =-192 n /25B =192 n /253 )依据上述运动方程绘制角位移、角速度3、及角加速度B的曲线：(1)、角位移曲线： 、取凸轮转角比例尺3 =1.25。/mn和螺杆摆角的比例尺“=05 /mn在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33/代表(先做前半部分抛物线).做03的等分点1、2两点，分别过这两点做轴的平

14、行线。 、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1/和2 /。 、将坐标原点分别与点1 / ,2 / ,3 /相连，得线段01 ,02 /和03/ ,分别超过1,2,3点且平行与9轴的直线交与 1" ,2 "和3". 、将点0,1 " ,2 " ,3 "连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分，后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.(2)角速度3曲线：、选凸轮转角比例尺=1.25 ° /mm和角速度比例尺卩3 =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。由角速度方程可得$ =$ 02,3 = 3 max ,求得V换算到图示长度，3点处$ =o/2,故3