牛头刨床课程设计说明书

机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床设计学校：井冈山大学院（系）：******班级：******姓名：****学号：*******指导教师：******时间：2014.6.9—2014.6.20-2-目录一：概述··········································21.1机械原理课程设计的目的····················31.2机械原理课程设计的任务····················31.3机械原理课程设计的方法····················3二：设计项目·····································42.1设计题目·································42.2方案选择·································42.3机构简介·································72.4设计数据·································8三：设计内容·····································93.1导杆机构的设计···························103.2凸轮机构的设计···························163.3棘轮机构的设计···························21四：设计体会···································24五：参考文献····································25-3-一．概述1.1机械原理课程设计的目的机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，同时是使学生较全面、系统的掌握机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生确定机械运动方案、分析和设计接.1.借机械系统运动方案的设计与拟定来把机械原理课程中的各种理论知识和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。2.培养学生独立解决有关课程实际问题的能力，是学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有较完善的概念。3.卸的能力以及开发创新能力的手段。其目的是：进一步提高学生的运算、绘图、运用计算器和技术资料的能力。4.通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考的能力。1.2机械原理课程设计的任务机械原理课程设计的的任务是对给定的设计要求进行分析。1.小组成员按设计任务要求想出三个方案，小组讨论确定最佳方案。2.确定杆件尺寸。3.对机械进行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度、加速度。4.根据方案对各构件进行运动设计，如对连杆机构按行程速比系数进行设计，对凸轮机构按从动件运动规律进行设计。5.要求学生根据设计任务绘制必要的图纸。-4-1.3工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，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作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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图1-2-5-图1-3图1-41.31机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法集合概念清晰、直观；解析法精度较高。根据要求此处用图解法进行设计。-6-二.设计项目2.11设计题目牛头刨床设计，电动机轴与曲柄2平行、刨刀刀刃点与铰链c的垂直为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%~+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应值【a】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。执行机构的传动效率按0.95%计算。系统有过载保护。按小批量生产规模设计。2.12设计内容根据题目设计要求，通过设计分析，比较不同运动方案的优劣。对方案的主要传动和执行机构进行尺寸综合，用图解法确定有关设计尺寸参数，绘制包括从原动件到执行构件间，组成该机器的所有传动机构的传动系的机构简图。2.13设计要求1.完成整个机构的原理图一张（用A1图纸完成）。2.完成连杆的零件图一张，以及凸轮和棘轮的两种CAD图纸。3.设计计算说明书一份，不少于23页，包括内容：⑴封面、⑵目录、⑶原始资料和数据、⑷所有设计计算分析过程、⑸心得体会、⑹参考文献不少于15个。4.说明书要求字迹工整，绘图准确，装订成册。5.作图要求准确，比例适当，布局均匀，要求符合国家标准，图页整洁。2.2方案选择-7-2.21方案选项方案一如下：说明：电动机带动曲柄，曲柄带动连杆传动，连杆迫使刨刀往复运动。自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1评价：该方案整体上是不错的，制造成本低，而其急回性能好，稳定，精确性能好，但是利用杠杆传力该机构的承载能力不够好。方案二如下说明：该机构具有确定的运动，自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1电机带动曲柄，曲柄带动滑块移动，急回性能好，稳定，精确性能好，但是承载能力不够工作性能相当好力传性好精确性高-8-滑块带动摇杆摆动，摇杆带动滑块，滑块迫使刨刀往复运动，评价：该方案的工作性能相当好，无论从传力性、精确性上都是相对比较好的。2.22主机构运动方案的确定以上两个方案相比，方案二的具有较少的移动副，刨削质量好，且冲击震动较小，摩擦阻力要少于一方案，由此看来方案二更理想。速度均方根偏差方案二的要小于方案一，说明方案二的速度波动更小。主机构在切削的过程中能够获得更加平稳的运动速度，更加符合设计要求。综上所述，选用方案二作为机构的主切削机构。2.3机构简介2.31工作原理及机构简介工作原理：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。方案二更加符合设计要求，选择方案二-9-图2-1图2-3-2图2-3-3-10-2.32设计数据导杆机构运动分析转速n2(r/min)机架lO2O4(mm)工作行程H(mm)行程速比系数K连杆与导杆之比lBC/lO4B554103101.370.25图2-3-4凸轮机构设计从动件最大摆角ψmax从动件杆长lO9D(mm)许用压力角][推程运动角0远休止角s回程运动角015°12840°60°10°60°三．设计内容-11-3.1导杆机构的设计㈠导杆机构设计要求概述：图3-1已知曲柄每分钟的转数2n，各构件尺寸，且刨头导路xx-位于导杆端头B所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在2号图纸上。㈡计算过程：已知数据n2=55r/min得ω2=2π×55/60(rad/s)=5.76rad/s根据图示3-1-2可知，求极位夹角θ:θ=180(K-1)/(K+1)=28°LAO2=100mm.lBO4=638mm求连杆长度：lBC=lBO4*0.25=160mm0.05H的空刀距离:0.05*310=15.5mmω2=5.76rad/sAO2=100mmlBO4=638mmlBC=160mm-12-图3-2取一点（3）速度,加速度分析：取曲柄位置“3”进行速度分析。如图示;因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。⑴确定构件3上A点的速度：构件2与构件3用转动副A相联，所以υA3=υA2。又υA2=ω2lO2A=0.1×5.76=0.576m/s⑵求4AV的速度：选取速度比例尺：μv=0.03(m/s)/mm;υA4=υA3+υA4A3方向：⊥BO4⊥AO2∥BO4大小：？ω2lO2A？图3-3υA2=0.57m/sω4=1.14rad/svA4=0.57m/s-13-用图解法求解如图3-3：式中υA3、υA4表示构件3和构件4上A点的绝对速度，υA4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。在图上任取一点P，作υA3的方向线pa3，方向垂直于AO2，指向与ω2的方向一致，长度等于υA3/μv，（其中μv为速度比例尺）。过点p作直线垂直于BO4代表υA4的方向线，再过a3作直线平行于线段BO4代表υA4A3的方向线这两条直线的交点为a4，则矢量pa4和a3a4分别代υA4和υA4A3。由速度多边形Pa3a4得：vA4A3=μvLA4A3=0.18m/s⑶求BO4的角速度ω4：曲柄位于起点1时位置如图（1）：vA4=μvPA4=0.57m/s此时:杆BO4的角速度ω4：ω4=vA4/lO4A=1.13rad/s杆BO4的速度V4:VB4=ω4lO4B=0.72m/s由图一，由余玄定理可得，∠AO2O4=60°+75°=135°LAO4=√LAO2²+LO2O4²-2LAO2LO2O4COS∠AO2O4=507mm取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得υB=υC+υBC大小√??方向⊥O4B∥XX⊥BCVC=μvPc=0.72m/sVBC=0.12m/sω5=vCB/lBC=0.75rad/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得υB=υC+υBC大小√??方向⊥O4B∥XX⊥BCVC=μvPc=0.69m/sVBC=0.12m/sω5=vCB/lBC=0.75rad/svA4A3=0.18m/sVB4=0.72m/sLAO4=507mmVC=0.69m/sω5=0.75rad/s-14-图3-4由速度已知曲柄上A(A2A3A4)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aA4,因为aA3=aA3=W2lo2A=3.32m/s2anA4=W42lo4A=0.694m/s2aKA4A3=2W3VA4A3=0.407m/s2anCB=W52lCB=0.09m/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+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3r大小:?ω42lO4A?√2ω4υA4A3?方向：?//BA⊥O4B//AO2⊥O4B∥O4B取加速度极点为π,加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm,aA4=uap’a4’=0.88m/s2aB=uapb’=1.7m/s2ac=acBn+acBτ+aBn+aBτ大小?√?√√方向∥XX//CB⊥BC//AB⊥ABaC=lπc·µa=1.8m/s2aA3=3.32m/s2anA4=0.649m/s2aKA4A3=0.407m/s2anCB=0.09m/s2aA4=0.88m/s2aB=1.7m/s2aC=1.8m/s2-15-图3-5再取一点（10）点速度,加速度分析取曲柄位置“10”进行速度分析。如图示;因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于