牛头刨床设计

***学院机械原理课程设计课程名称机械原理课程设计题目名称牛头刨床学生学院****专业班级机械设计制造及其自动化***班学号****学生姓名***指导教师***日期2010-7-15目录机械原理课程设计___________________________________________________0一、机械原理课程设计题目及要求_____________________________________11.工作原理______________________________________________________________12.设计要求______________________________________________________________13.设计数据（第一组数据）________________________________________________24.设计内容及工作量______________________________________________________2二、连杆机构对比___________________________________________________3第一个方案_____________________________________________________________3第二个方案_____________________________________________________________3第三个方案_____________________________________________________________4三、机构运动尺寸___________________________________________________4四、导杆机构的运动分析_____________________________________________51.图解法________________________________________________________________51）速度分析__________________________________________________________________52）加速度分析________________________________________________________________72.解析法________________________________________________________________9五、导杆机构的动态静力分析________________________________________111.图解法_______________________________________________________________112.解析法_______________________________________________________________14六、凸轮机构设计__________________________________________________191)确定凸轮机构的基本尺寸______________________________________________192)凸轮廓线的绘制______________________________________________________24七、小结__________________________________________________________25参考文献__________________________________________________________261一、机械原理课程设计题目及要求1.工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。图1为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。2.设计要求2电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃E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2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。3.设计数据（第一组数据）导杆机构运动分析转速n2(r/min)48机架lO2O4(mm)380工作行程H(mm)310行程速比系数K1.46连杆与导杆之比0.25导杆机构动态静力分析工作阻力Fmax(N)4500导杆质量m4(kg)20滑块6质量m6(kg)70导杆4质心转动惯量Js4(kg·m2)1.1凸轮机构设计从动件最大摆角ψmax15°从动件杆长lO9D(mm)125许用压力角][40°推程运动角075°远休止角s10°回程运动角075°4.设计内容及工作量1.根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3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。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3.导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型，编程分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和3角加速度，画出运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将主程序编制过程详细地写在说明书中。4.导杆机构的动态静力分析。通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。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lo2o9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，编制程序，求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。二、连杆机构对比第一个方案因为其自由度F=3*5-2*7=1，机构具有确定的运动。此方案以滑块机构替代转动机构，增加了摩擦，以曲柄机构带动的刨刀需加一个较大的力，动力性能较差。第二个方案4因为其自由度F=3*5-2*7=1,机构具有确定的运动。其冲击振动较大，零件易磨损，维护较难，对设备要求较高，导致成本增加。第三个方案因为其自由度F=3*5-2*7=1,机构具有确定的运动。与原方案相比，结构同样简单，但由于此方案中刨头会受到曲柄转动时向上的力，不利于力的传动。。三、机构运动尺寸1.导杆机构尺寸根据原始数据，行程速比系数K=1.46，则原动件杆4的极位夹角66.3311180kk曲柄2mmllOOAO02.1102sin422导杆4mmHlBO34.53583.16sin23102sin24连杆5mmllBOBC84.13325.042.机构简图最终算出各尺寸，运用AutoCAD画出机构简图5U(mm/mm)四、导杆机构的运动分析1.图解法1）速度分析U(mm/mm)Uv6红色实线表示机构的左右极限位置，黑实线为一般位置，)/(10mmmml。速度分析从A点开始，取重合点432A，，AA进行求解。已知2A点的速度：smlnlvvAOAOAA/55.0602222223其方向垂直于AO2,指向与2w的转向一致。由运动合成原理可知，重合点32AA及有3434AAAAvvv方向：AO4AO2∥AO4大小：?√?取极点p，按比例尺mmsmv/)/(05.0作速度图（与机构简图绘在同一图样上），如图所示：a3a4pcbUv(m/s)/mm求出构件4（3）的角速度1w和构件4上B点的速度Bv以及构件4与构件3上重合点A的相对速度A4A3v。因为7smsmpavv/50.0/938.905.0____4A4导杆4角速度)(/05.1/47646.050.043444顺时针且wwsradsradlvwAOAsmsmlwvBO/57.0/53534.005.144B所以smsmaavv/24.0/7155.405.0____34A4A3对构件5上B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程：CBBCvvv方向：水平轴//√BC大小：?√?smsmpcvv/569.0/3894.1105.0____C（滑块6的速度）sradsradlvwBCCB/53.0/13384.0417.105.05滑块6位移mmmmCCl26.88826.810S'62）加速度分析由运动已知的曲柄上A(432A，，AA)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件4上A点的加速度4Aa。因为2222232/78.2smlwaaaAOnAAA2224244/53.0/47646.005.1smsmlwaAOnA2234334/504.0/24.005.122smsmvwaAAkAA22225/038.0/13384.053.0smsmlwaCBnCB所以rAAkAAAtAnAAaaaaaa34343444大小：√?√√?8方向：A→4OA4OA→2O)(O4向左下A//A4O取极点'p，按比例尺mmsma/)/(05.02作加速度图（与机构简图和速度分析矢量图绘在同一图样上），如图所示：p'n4a4c'ka3S4a4tb'n5a4Ua(m/s2)/mm用影像原理求得构件4上B点和质心4S点的加速度Ba和4Sa，用构件4上A点的切向加速度tAa4求构件4的角加速度4。因为22______'4'A4/87.0/3654.1705.0smsmapaa______'4'______''44apbpllAOBO22______''B/9755.0/51.1905.0smsmbpaa2S4/48775.05.0smaaB所以9构件4的角加速度)(/44.1/47646.07549.1305.022444顺时针sradsradlaAOtAtCBnCBBCaaaa大小：？√√？方向：//水平轴√C→BBC刨头6的加速度22______''C/85.0/0308.1705.0smsmcpaa225/688.3/13384.08721.905.0sradsradlaBCtCB2.解析法通过Solidworks及Cosmosmotion建立机构仿真模型,可得出10刨头6的位移曲线图刨头6的速度曲线图刨头6的加速度曲线图11五、导杆机构的动态静力分析1.图解法首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力14F（与4Sa反向）、构件4的惯性力矩14M（与4S反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离4hl（方位：向上）、构件6的惯性力16F（与Ca反向）。NNamFmmmFMlmNmNJMNNamChSS5.5985.07038.162755.9584.1·584.1·1.144.1755.948775.020F61614144441444141、取构件5、6基本杆组为示力体因构件5为二力杆，只对构件6作受力分析即可，首先列力平衡方程：455456650FRRRRFFFF