牛头刨床设计

机械原理课程设计实习报告专业：机械设计制造及其自动化课题：牛头刨床机构设计姓名：熊雷学号：20081003730班级序号：072081-24指导老师：曾小慧王玉丹实习时间：2010.7.12-7.24目录一、设计任务二、牛头刨床简介及工作原理三、原始参数四、导杆机构的运动综合五、用解析法作导杆机构的运动分析六、导杆机构的动态静力分析七、Matlab编程并绘图八、行星轮系设计九、变位齿轮设计十、课程设计总结十一、参考文献十二、粉末成型压机方案设想一、设计任务1牛头刨床刀杆机构的运动综合、运动分析和动态静力分析；2对牛头刨床传动装置中行星轮机构、齿轮机构进行综合。二、牛头刨床简介及工作原理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—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，图1牛头刨床外形图以适应不同高度的工件加工。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经行星轮系和齿轮Z4、Z5减速带动曲柄2转动。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头和刨刀作往复运动。刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产力。三、原始参数H：刨头行程；K：行程速比系数；Fc切削阻力；m4m5m6分别为导杆、连杆及刨头的质量；J4、J5分别分别为导杆4及导杆5绕各自质心的转动惯量；m1、mH分别为行星减速器中心轮及齿轮4、5的模数；Z4，Z5为齿轮4及5的齿数；n1：电机转速；n2：曲柄2及齿轮5的转速；k：行星轮个数。导杆机构的运动分析和运动综合导杆机构的动力分析HKlO2O3lO3O4/lO3BlBF/lO3BlBS5/lBFm4m5m6Js4Js5FC单位mmmmkgkgm2kgII6001.83700.50.30.5223520.90.0151400行星轮设计变位齿轮n1n2K类型m1Z4Z5mHα单位rpmmmmmII10008032K-H514491620四、导杆机构的运动综合设LO3B=L3LBF=L4LO3D=L'6LO2A=L1LO3O2=L6LO3A=S3LDE=SE1、导杆的摆角ψK=1.8180k51.43180-2、导杆的长度L33H/2H600mmL691.4mmsin/23、连杆的长度L443L0.3L207.4mm4、刨头导路中心线xx至O3点的垂直距离L'6O3E3LLcos2622.9mm根据已知xx被认为通过圆弧BB’的绕度ME的中点D知OE'33O3MDM63LLLLLL657.2mm25、曲柄的长度L1616L370mmLLsin/2160.5mm6、切削越程长度0.05H，如图所示则切削越程长度为0.05H=0.05×600=30mm7、机构运动简图8、计算机构的自由度F=3×5－2×7=1五、用解析法作导杆机构的运动分析如图所示，先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量3、4、3S、ES。为求解需建立两个封闭的矢量方程，为此需利用两个封闭的图形O3AO2O3及O3BFDO3，由此可得：ESLL'64L3S3L1L6并写成投影方程为：’64433E4433116331133LsinLsinL0ScosLcosLsinsincoscosLLSLSO2DBFASEL4L3S3L1L6L6´X314O3由上述各式可解得：4433E311343364111163cosLcosLScoscosLSLsinLLarcsincosLsinLLarctanθθθθθθθθθ由以上各式即可求得3、4、3S、ES四个运动变量，而滑块的方位角2=3。然后，分别将上式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，及得一下速度和加速度方程式。00cossinS0cosLcosL01sinL-sinL-000cosSsin00sinS-cos111114334433443333333LLwvwwEE43344334433333333S0cosLcosL01sinL-sinL-000cosSsin00sinS-cos00sincos0sinwL-swL-00cwL-coswL-000sinwS-coscos00coswSsinS-sin111111144433344433333333333333333wLwLwinosSww而2w=3w、2=3根据以上各式，将已知参数代入，即可应用计算机计算。并根据所得数值作出机构的位置线图、速度线图、加速度线图。这些线图称为机构的运动线图。通过这些线图可以一目了然的看出机构的一个运动循环中位移、速度、加速度的变化情况，有利于进一步掌握机构的性能。六、导杆机构的动态静力分析受力分析时不计摩擦，且各约束力和约束反力均设为正方向（1）对刨刀进行受力分析FR56yFR16FR56xF6FcG6cR56x6R166R56yX0FF01Y0FFG02，Ｆ，（）（2）对5杆进行受力分析5555x55x5y55yMJFmSFmSBFS5FR65xFR65yF5yF5xG5FR45yFR45xM5联立（1）（2）（3）（4）(5)各式可以得到矩阵形式如下：（3）对滑块3进行受力分析(不计重力)R23xR43xR23yR43yO2R23xR43x11R23yR43y11X0,FF0(6)Y0,FF0(7)M0,(FF)Lsin(FF)Lcos0(8)(4)对4杆进行受力分析O3AS4FR54xFR54yFR14xFR14yFR34xFR34yF4xF4yG4M4BFR23xFR23yFR43xxxFR43yA4444x44x4y44yMJFmSFmSR54x4xR34xR14xR54y4yR34yR14y4S4R14xS4O3R34xS4AR54xBS4R14yS4O3R34yS4AR54yBS44X0,FFFF0(9)Y0,FFFFG0(10)M0,F(yy)F(yy)F(yy)F(xx)F(xx)F(xx)M0(11)（5）对原动件曲柄2进行受力分析曲柄2不计重力，且转动的角速度一定，角加速度为零，惯性力矢和惯性力矩都为零∑Fx=0,FR32x+FR12x=0；∑Fy=0,FR32y+FR12y=0;∑Mo2=0,FR32x×L2sinφ+FR32y×L2cosφ=0;七、Matlab编程绘图Matlab源程序：clearall;clc;%初始条件theta1=linspace(-20.77,339.23,100);%单位度theta1=theta1*pi/180;%转换为弧度制W1=80*pi/30;%角速度单位rad/sH=0.6;%行程单位mL1=0.1605;%O2A的长度单位mL3=0.6914;%O3B的长度单位mL4=0.2074;%BF的长度单位mL6=0.370;%O2O3的长度单位mL6u=0.6572;%O3D的长度单位mZ=pi/180;%角度与弧度之间的转换dT=(theta1(3)-theta1(2))/W1;%时间间隔forj=1:100t(j)=dT*(j-1);%时间因素end%求解S3、Theta3、Theta4和SE四个变量S3=((L6)^2+(L1)^2-2*L6*L1*cos(theta1+pi/2)).^0.5;%求出O3A的值fori=1:100%求解角度theta3、Theta4和SE的长度theta3(i)=acos(L1*cos(theta1(i))/S3(i));theta4(i)=asin((L6u-L3*sin(theta3(i)))/L4);SE(i)=L3*cos(theta3(i))+L4*cos(theta4(i));end%求解完成%求解完成%求解VS3、W3、W4和VE四个变量fori=1:100J=inv([cos(theta3(i)),-S3(i)*sin(theta3(i)),0,0;sin(theta3(i)),S3(i)*cos(theta3(i)),0,0;0,-L3*sin(theta3(i)),-L4*sin(theta4(i)),-1;0,L3*cos(theta3(i)),L4*cos(theta4(i)),0]);K=J*W1*[-L1*sin(theta1(i));L1*cos(theta1(i));0;0];VS3(i)=K(1);W3(i)=K(2);W4(i)=K(3);VE(i)=K(4);end%求解完成%求解aS3、a3、a4、aE四个变量fori=1:100J=inv([cos(theta3(i)),-S3(i)*sin(theta3(i)),0,0;sin(theta3(i)),S3(i)*cos(theta3(i)),0,0;0,-L3*sin(theta3(i)),-L4*sin(theta4(i)),-1;0,L3*cos(theta3(i)),L4*cos(theta4(i)),0]);P=W1*W1*[-L1*cos(theta1(i));-L1*sin(theta1(i));0;0];M=[-W3(i)*sin(theta3(i)),-VS3(i)*sin(theta3(i))-S3(i)*W3(i)*cos(theta3(i)),0,0;W3(i)*cos(theta3(i)),VS3(i)*cos(theta3(i))-S3(i)*W3(i)*sin(theta3(i)),0,0;0,-L3*W3(i)*cos(theta3(i)),-L4*W4(i)*cos(theta4(i)),0;0,-L3*W3(i)*sin(theta3(i)),-L4*W4(i)*sin(theta4(i)),0];N=[VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i)];K=J*(-M*N+P);aS3(i)=K(1);a3(i)=K(2);a4(i)=K(3);aE(i)=K(4);end%求解完成%动态静力分析%初始条件M4=22;M5=3;M6=52;Js4=0.9;Js5=0.015;Fc=1400;Ls4=0.5*L3;Ls5=0.5*L4;%给切削阻力赋值fori=1:100if((abs(SE(1)-SE(i))0.05*H&&abs(SE(1)-SE(i))0.95*H)&&(theta1(i)pi))Fc(i)=1400;elseFc(i)=0;endend%赋值完成%求解平衡力矩J4=Js4+M4*(0.5*L3)*(0.5*L3);%导杆对点O3的转动惯量fori=1:100Ekk(i)=(M6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+M5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i))/2;%计算总动能enddEkk(1)=Ekk(1)-Ekk(100);%动能的改变量fori=2:100dEkk(i)=Ekk(i)-Ekk(i-1);%动能的改变量endfori=1:100MM(i)=(dEkk(i