1、牛头刨床课程设计说明书位置3点和5点和1#39牛头刨床课程设计说明书位置3点和5点和1' 牛头刨床课程设计说明书位置3点和5点和1' 机械原理课程设计 说明书 广西工学院 机械原理 课程设计说明书 设计题目：牛头刨床 学 院、系： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 学 生 姓 名： 吴 成 班 级： 机自Y108 学 号： 201000104129 1前言 机械课程设计是对我们这次学期学过机械原理的一次实际运用的检验，他涉及到了我们对机构的认识、对运动简图的应用，还有对齿轮的传动比的理解等等。 机械原理课程设计是机械基础系列课程中的重要一环.a该设计既具有承上启下的作用,
2、4又具有独立的功能.a本次课程设计涉及的理论基础继承了机械原理课程的理论教学内容、方法和手段,4使机构学、齿轮学在设计中充分应用.a其中,也为下学期的机械设计打下铺垫，为我们的创新思维、实践创新设计提供了手段.a本次课程设计用涉及的机构运动分析、力分析的解析方法、机构设计方法等工程上的实用方法也能体现和应。 我们这组主要是牛头刨的设计，牛头刨床的滑枕带着刨刀，作直线住复运动。 因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。 主要用于加工平面、沟槽和成形面。 刨削加工由于切削速度较低，且回程时不进行切削，因此生产效率较低。 因而研究牛头刨床机构的急回运动特性，对产品质量的保证及其生产效率的提高具有重要的意义。
3、 一般的牛头刨床在工作前需要进行一些调整，即行程位置调整和行程长度调整。 通过行程位置调整手柄调节滑枕丝杠可以调整刀架的行程位置；通过行程长度调整方撑调节摆杆机构的曲柄长度可调整滑枕的行程长度。 通过后面的分析可知这将影响到机构的运动性能。 16 目 录 一、设计题目.1 1设计题目1 2.机构简介与设计数据2 二、导杆机构的运动分析3 2-1、位置“3”速度分析3 2-2、位置“3”加速度分析4 2-3位置“5”速度分析5 2-2、位置“5”加速度分析.6 2-1、位置“1”速度分析8 2-2、位置“1”加速度分析.9 三、导杆机构的动态静力分析10 1、运动副反作用力分析10 2、曲柄平衡
4、力矩分析11 四、飞轮设计12 五、凸轮机构设计13 总结15 参考文献15 一、1设计题目：牛头刨床 1. ）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系数在1.4左右。 2. ）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。 3. ）曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为7000N，其变化规律如图所示。 2、机构简介与设计数据 2.1.机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。 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
5、-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。 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，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。 为此刨床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5H的空刀距离，见图4-1，b），而空回行程中则没有切削阻力。 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
6、，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小电动机容量。 1、设计数据： 见表1-1 设计数据设计数据 导杆机构的运动分析 导杆机构的动静态分析 n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6 G4 G6 P yp Js4 r/min mm N mm kg.m2 72 430 110 810 0.36 lo4B 0.5 lo4B 180 40 220 620 8000 100 1.2 飞轮转动惯量的确定 凸轮机构的设计 d no z1 zo” z1” Jo2 Jo1 Jo” Jo cmax lo9D a F Fs F r/min kg.m2 8 mm 8
7、0.16 1440 15 19 50 0.5 0.3 0.2 0.2 15 130 42 75 10 65 齿轮机构的设计 do do m12 mo 1 mm 。 100 300 6 3.5 20 表1-1 二、导杆机构的运动分析 曲柄位置“3” 1、速度分析 由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 2=2n2/60 （2-1-1） 计算得： 2=7.54rad/s A2=2lO2A （2-1-2） 计算得： A3=A2=7.540.11m/s=0.8294m/s （O2A） （1）取构件3和4的重合点A进行速度分析
8、。 列速度矢量方程。 得： A4=A3+A4A3 （2-1-3） 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B 取速度极点P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm ，作速度多边形如图 由图得： A4=33mm0.02=0.66m/s A4A3=24.5mm*0.02=0.49 m/s 因B与A同在导杆4上，由速度影像法 B4/A4= lO4B/ lO4A （2-1-4） 计算得： B4=1.0402m/s 而： B5=B4=1.0402m/s （2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。 得： C5=B5+C5B5 （2-1-5） 大小： ? ? 方向： 水平 O4B BC 由图得： C5=5
9、1.3mm0.02=1.026m/s C5B5=8mm0.02=0.16m/s 4=A4/ lO4A=1.284 rad/s 3=A3/ lO2A=7.5398 rad/s 2、加速度分析 因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2n = aA3n其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。 aA2n =V22/lO2A (2-2-1) 计算得： aA3n = aA2n =0.829382/0.11=6.253m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程。 得： aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3k + aA4A3r （2-2-2） 大小: ? 42lO
10、4A= 0.8476 ? 24A4 A3=1.258 ? 方向: ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路） 取加速度极点,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。 由图1知： aA4=2.4m/s2 由加速度影象法得： aB4 / aA4= lO4B/ lO4A （2-2-3） 计算得： aB4=7.881m/s2 aB5= aB4=7.881m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。 得： ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5 （2-2-4） 大小： ? V cB2/ lCB=0.08779 ? 方向： 水平 CB BC
11、由图得： ac5 =79mm0.1=7.9m/s2 a c5B5=0.2 m/s2 曲柄位置“5” 1、速度分析 A3 =0.8294m/s （1）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 （2-1-3） 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B 取速度极点P，速度比例尺v=0.02 (m/s)/mm ，作速度多边形如图 由图得： A4=33.5mm0.02=0.67m/s A4A3=11mm0.02=0.22 m/s 因B与A同在导杆4上，由速度影像法 B4/A4= lO4B/ lO4A （2-1-4） 计算得： B4=50.53680.02=1.
12、0107m/s 而： B5=B4=1.0107m/s （2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。 得： C5=B5+C5B5 （2-1-5） 大小： ? ? 方向： 水平 O4B BC 由图得： C5=50mm0.02=1m/s C5B5=3mm0.02=0.06m/s 4=A4/ lO4A=1.2478 rad/s 3=A3/ lO2A=7.5398 rad/s 2、加速度分析 因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2n = aA3n其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。 aA3n = aA2n =0.829382/0.11=6.253m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速
13、度矢量方程。 得： aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3k + aA4A3r （2-2-2） 大小: ? 42lO4A= 0.836 ? 24A4 A3=0.5490 ? 方向: ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路） 取加速度极点,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。 由图1知： aA4=0.8m/s2 由加速度影象法得： aB4 / aA4= lO4B/ lO4A （2-2-3） 计算得： aB4=1.65942m/s2 aB5= aB4=1.65942m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。 得： ac
14、5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5 （2-2-4） 大小： ? V cB2/ lCB=0.01235 ? 方向： 水平 CB BC 由图得： ac5 =12.5mm0.1=1.25m/s2 a c5B5=11.50.1=1.15 m/s2 曲柄位置“1” 1、速度分析 A3 =0.8294m/s （1）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 （2-1-3） 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B 取速度极点P，速度比例尺v=0.02 (m/s)/mm ，作速度多边形如图 由图得： A4=18mm0.02=0.36m/s A4A3=
15、37.5mm0.02=0.75 m/s 因B与A同在导杆4上，由速度影像法 B4/A4= lO4B/ lO4A （2-1-4） 计算得： B4=31.45630.02=0.6291m/s 而： B5=B4=0.6291m/s （2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。 得： C5=B5+C5B5 （2-1-5） 大小： ? ? 方向： 水平 O4B BC 由图得： C5=30.5mm0.02=0.61m/s C5B5=7.5mm0.02=0.15m/s 4=A4/ lO4A=0.776699 rad/s 3=A3/ lO2A=7.5398 rad/s 2、加速度分析 因构件2和3在A点处的转
16、动副相连，故aA2n = aA3n其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。 aA3n = aA2n =0.829382/0.11=6.253m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程。 得： aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3k + aA4A3r （2-2-2） 大小: ? 42lO4A= 0.2796 ? 24A4 A3=1.165 ? 方向: ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路） 取加速度极点,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。 由图1知： aA4=6.8m/s2 由加速度影象法得： aB
17、4 / aA4= lO4B/ lO4A （2-2-3） 计算得： aB4=11.97087m/s2 aB5= aB4=11.97087m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。 得： ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5 （2-2-4） 大小： ? V cB2/ lCB=0.07716 ? 方向： 水平 CB BC 由图得： ac5 =115mm0.1=11.5m/s2 a c5B5=2.25 m/s2 三、导杆机构的动态静力分析 1、运动副反作用力分析 取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图3-1-1所示。 FI6=- G6/gac （3-
18、1-1） 已知： P =8000N G6=620N ac=ac5=-11.5m/s2, 计算得： FI6 =-620/9.8(-11.5)=727.55N 取比例尺N=100N/mm和N=10N/mm分别作有阻力P时与没阻力P时力的多边形 由图得：有阻力P时 FN =9.5 mm 100 mm =950N F45 =88mm100 N/mm=8800N（方向沿5杆向右） 无阻力P时： FN =65 mm 10mm =650N F45 =72mm10 N/mm=720N（方向沿5杆向右 2、曲柄平衡力矩分析 （1）分离3、4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图所示。 已知：G4=220 N Fi
19、4=- G6/gac=220/9.8(-11.97087/2) =134.36N 4= a A4/ lO4A =14.67098 rad/s2 M i4 =J i44 =17.6052N*m 有阻力时：F54 = F45 =8800N 无阻力时：F54=F45=720N 对O4点取矩得： 有阻力时 ：Mo4=F54h5 +FI4hI4-M +G4h -F23h23=0 88002613+134.3669135.53-17.6052+220303- F231553=0 F23=14978.06998N 取=100N /mm作图得： F14 =6600N 没有阻力时：Mo4=F54h5 +FI4h
20、I4-M +G4h -F23h23=0 7202613+134.3669135.53-17.6052+220303- F231553=0 F23 =1372.392558N 取=100N /mm作图得 F14=490N （2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图3-2-3所示。 对O2点取矩得： 有阻力P时： F23h-Mb =0 Mb =718.947359N*M 没有阻力P时：F23h-Mb =0 Mb=65.8748NM 四、飞轮设计 绘制动态等功阻力距线图 列表汇集同组同学在静力分析中求得的各机构位置的平衡力矩数据如下表 力 距 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
21、Mr 0 779.06 1213.1 1257.11 1293.84 823.3 522.7 0 -20.836 -78.114 -30.713 -22.319 1 7 最小值 65.87 -47.02 最大值 718.95 613.31 以上数据在A2图纸绘制Mr-图，=10Nm /mm 1） 绘制驱动力矩M所作的驱动功A= A（）线图。 因M为常数，且一个运动循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的A= A（）线图的始末两点 以直线相连，即为A= A（）线图。 2） 求最大动态剩余功A。 将A= A（）与A= A（）两线图相减，即得一个运动循环中的动态剩余功线图A= A（）。 该线图的纵坐
22、标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩余功A。 3） 确定飞轮的转动惯量J。 由所得的A，按下式确定飞轮的转动惯量 J=900 A/2n 按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为JF=184.265kgm2 五、 凸轮机构设计 已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角F，远休止角Fs，回程运动角 F，摆杆长度lo9D=130mm，最大摆角cmax=15，许用压力角a=42；凸轮与曲柄共轴。 要求 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。 以上内容做 在2号图纸上。 步骤： 1） 根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（），然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。 2
23、） 求基圆半径r及凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离l OO。 按（）线图划分角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割角所对应的弧，自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。 作图时，如取= l OD*，则可直接根据（）线图上各纵坐标值，在O点的相应辐射线上由D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等于l OD* 。 截取方向可根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。 然后按许用压力角作出凸轮轴心的安全区，求出凸轮的基圆半径r和中心距lOO。 3）根据凸轮转向，摆杆长l OD，角位移线图=（）图和以
24、上求得的r，l OO，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径P。 然后，再选取滚子半径r，画出凸轮的实际廓线。 总 结 这次课程设计，由于理论知识掌握的不够扎实，再加上没有设计经验，刚开始拿到设计题目的时候有些手忙脚乱，不知道从何入手。 但是通过高老师、同学们的指导帮助下，以及所有组员的讨论学习下，使我们很快的理解了设计内容，掌握了方法。 自从第一天开始，我们全组同学就争分夺秒的去完成各自的数据计算和图形绘制，大家都担心由于自己的不积极而影响全组的设计进程。 同学们有时甚至连午饭都想不起来吃，专心在教室加班加点做自己的设计同时大家积极与其他人交流讨论，与别人讨论出结果后再反复对自己的
25、结果进行核算复查，尽量避免自己的数据出现错误。 为期10天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中不仅使自己将相关知识掌握的更加牢固，更学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,同学们所表现出来的积极向上勤奋好学的精神更值得我们在今后的学习生活中一直保持下去。 通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。 自己需要学习的东西还有很多，以前总是认为已经掌握得很好的东西，其实差的还很远，是自己眼高手低而已。 通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 最后我要感谢指导高老师对我们的悉心指导，感谢我们组的同学，我们一起团结共同努力解决问题，才能顺利的完成这次课程设计。 谢谢他们的帮助。 而在感谢他们的同时，我也看到了我们之间存在的差距，他们扎实的基础知识和对问题的研究探索能力是我今后向他们学习的方向。 参考文献 1、机械原理/高中庸 孙学强 汪建晓主编 3、机械原理课程设计指导书 4、机械原理课程设计任务书 5、机械原理课程设计龚建新主编
