牛头刨床设计计算说明书成品

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目牛头刨床-机械工程学院车辆工程专业-2008级03班学生姓名齐刚完成日期2010-6-24指导教师（签字）重庆大学国家工科机械基础教学基地机械原理课程设计-1-设计任务书1.1设计题目牛头刨床1.2牛头刨床简介牛头刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，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（执行构件之二）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工。1.3设计要求及设计参数要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。设计参数如表1所示。表1牛头刨床设计参数主执行机构曲柄转速n150机架LAC430刨刀行程H400行程速比系数K1.40连杆与导杆之比LDE/LCD0.30工作阻力F(N)4700导杆质量m3(kg)22导杆转动惯量JS3(kgm2)1.2滑块质量m5(kg)80进给机构从动件最大摆角15凸轮从动件杆长(mm)130推程许用压力角[]推程40回程许用压力角[]回程50滚子半径rr(mm)15刀具半径rc(mm)0.08刨刀阻力曲线如图4所示。刨刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程。机械原理课程设计-2-图2牛头刨床系统图0.05H0.05HHSFmaxF图1刨刀阻力曲线机械原理课程设计-3-1.4设计任务1）完成各执行机构的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方案，确定各级传动比，画出机构运动简图及机械系统传动方案设计图；2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；3）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出刨刀位移线图，速度线图和加速度线图；4）用图解法对主执行机构的一个位置进行动态静力分析；5）用解析法对控制工作台横向进给的凸轮机构进行运动分析；6）用图解法绘制控制工作台横向进给的凸轮机构的位移曲线及凸轮轮廓曲线；7）根据机电液一体化策略和现代控制（包括计算机控制）理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。机械原理课程设计-4-设计目录主执行机构分析原动机的选择传动系统设计主执行机构运动分析主执行机构动态静力分析（图解法）附录一附录二机械原理课程设计-5-设计计算与说明主要结果主执行机构分析：之所以选择此方案，是因为它的最大压力角比较小，不会出现压力角为90°的情况，不会出现死点。此外，它是一个Ⅱ级基本杆组，并且结构简单，构件数和运动副数目都比较少。由左右极限位置处假设曲柄与摇杆垂直，由行程比系数K=1.4,可知极位夹角θ=30°，进而可算出在两极限位置摇杆所夹锐角为30°，又中心距AC=430mm,可知曲柄的长度LAB=110mm。再根据导杆DE与摇杆CD的比值为0.30，通过一系列假设验算，最后去导杆DE的长为：230mm，摇杆的长为：773mm原动机的选择：1.确定机构效率LAB=110mmLDE=230mmLy=800mmLCD=773mmLAC=430mm机械原理课程设计-6-（1）主执行机构的效率估计为85%（2）我们小组拟定选择用一组皮带轮，两对啮合齿轮作为变速机构。皮带轮效率约为95%，齿轮传动效率约为97％因为各级均为串联，η＝85%*95%*97%*97%=75.98%2.确定原动机（1）最大输出功率P=F*vmax=3915.1W（2）最小输入功率P＇=3915.1/75.98%=5152.80w（3）由于原动件运动类型为连续回转，我们选择交流异步电动机为原动机；且根据p＇，确定其输出功率为5.5kw,转速960r/min传动系统设计：1.总传动比i0=输入转速/输出转速=960/50＝19.22.皮带轮传动比i:由于皮带轮具有过载保护，其传动比不宜过大，选择其传动比为2，主轮D1=100mm副轮D2=200mm机械原理课程设计-7-3.齿轮传动比：i’:i’=i0/i=9.6i'=(Z4*Z2)/(Z1*Z3)=9.6设计m=5,Z1=Z3=20,Z2=60,Z4=64各齿轮均为标准齿轮，标准安装。凸轮机构的设计：1.我们把基圆半径定为90mm，中心距定为180mm，目的是使得基圆半径不会超过AB的长度，即110mm，并且这样使得推程最大压力角较小。此时的推程最大压力角为25.033°，回程最大压力角为34.957°。使得最大压力角均在许用压力角范围内。m=5,Z1=Z3=20,Z2=60,Z4=64机械原理课程设计-8-2.推程角与回程角为60°，主要是考虑到刨刀回程为150°，则推程角与回城角之和不能超过150°。机械原理课程设计-9-摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数：1.凸轮基本参数：基圆半径rb=90.000mm滚子半径rt=15.000mm机械原理课程设计-10-中心距a=180.000mm摆杆长L=130.000mm凸轮转速n=50.000rpm刀具半径rc=0.080mm2.运动规律选择：（中速中载）推程运动规律:等加速等减速回程运动规律:等加速等减速3.运动规律参数：最大摆角Ψ=15.000°推程角Φ1=60.000°远停角Φ2=0.000°回程角Φ3=60.000°近停角Φ4=240°初始角Ψ0=27.796°4.包络类型：内包络5.设计方向：逆向6.凸轮理论轮廓数据：转角Φ（°）角位移ψ（°）000°00.000机械原理课程设计-11-015°01.363030°07.500045°13.637060°15.000075°12.803090°07.500105°02.197120°00.000主执行机构运动分析：转角(°)位移S(mm)速度(m/s)加速度(m/s2)000416.9-0.245-4.238015399.9-0.429-3.539030374.6-0.575-2.912045343.0-0.687-2.310060306.5-0.767-1.718075266.9-0.815-1.133090225.6-0.833-0.553105184.2-0.8220.034120144.0-0.7810.657135106.6-0.7101.36515073.7-0.6022.21816547.2-0.4503.27218029.6-0.2454.54019523.70.0205.93721032.60.3447.20322558.80.7097.844240103.31.0657.161255163.71.3304.529机械原理课程设计-12-270233.11.4120.201285301.01.271-4.103300357.30.963-6.511315396.30.600-6.819330417.70.264-6.047345423.6-0.017-5.077360416.9-0.245-4.238图1位移—转角曲线图机械原理课程设计-13-图2速度—转角曲线图图3加速度—转角曲线图机械原理课程设计-14-主执行机构动态静力分析（图解法）：1.做出330°时的机构简图如下图2.速度分析（1）求已知速度vb2=lAB*1（2）列方程vb2=v23+vb3大小√??方向⊥AB∥CD⊥CDve=vd+ved大小？√？方向水平⊥CD⊥ED机械原理课程设计-15-(3)画速度图pbbdep——极点位置＝vb2/pb2(4)结果vd=*pd=0.58m/sve=*pe=0.57m/sved=*de=0.125m/sv23=*b2b3=0.43m/s3=vd/lCD=7.64rad/s4=ve/lDE=0.52rad/svd=0.58m/sve=0.57m/sved=0.125m/sv23=0.43m/s3=7.64rad/s4=0.52rad/s机械原理课程设计-16-3.加速度分析(1)求已知加速度ab2=ab2n=12*lABab3n=32*lBCac=23*v23aedn=42*lDE(2)列方程ab2=a23+ab3t+ab3n+ac大小√？？√√方向∥AB∥CD⊥CD∥CD⊥CDae=ad+aedn+aedt大小？√√?方向水平√∥ED⊥ED(3)画加速度图p'aedtaednadnab3nab3ta23acab2aenadtadae=2.15m/s2as3=3.75m/s2ad=5.9m/s2ε3=3.649rad/s2机械原理课程设计-17-p’——极点(a=ab2/p’b2)(4)结果ae=a*p’e=2.15m/s2as3=a*p’s3=3.75m/s2ad=a*p’d=5.9m/s2ε3=ad/lCD=3.649rad/s24.动态静力分析将主执行机构拆成基本杆组，并对每一杆组受力分析如下图(1)FNDREmgs5m5aeNm5aeFRmg其中F(工作阻力)＝4700Nm5=22kgas3=a*p’sn解得R34=4740(N)N=1850(N)R34=4740(N)N=1850(N)机械原理课程设计-18-(2)YCXCm3gm3a3R1243Jam3a3R12m3gR43XCYC其中R43=R34(1中)m3=22kgas3=a*p’snFB⊥CD设∠ACD=α连杆DE与水平夹角βas3与水平夹角γ对A点取矩R12*lBC-lCD/2*(R43*cos(β-α)*2+m3g*sinα+m3as3*cos(α+γ))-Jε3=0解出R12=7115(N)R12=7115(N)机械原理课程设计-19-(3)R21AYAXAXAYAR21其中R21=R12，对A取矩有R21*cos(30-α)*lAB-T=0解出T=741.95Nm机械原理课程设计-20-心得与体会时间过得真快，两个星期的课程设计学习就要结束了，通过这两个星期的亲自动手实践，使我学会了许多。课程设计实践是对理论学习的一种检验也是进一步的学习。这次的课程设计，班里一共分了两个大组，我所在的小组设计的是牛头刨。在设计之初我们在一起共同讨论了具体分工和选择方案。但在设计过程中也遇到了一些困难，比如在设计杆件的长度时一开始没有什么数据只能慢慢地一个一个地试，这次实践使我们进一步熟悉了机械制图的一些知识，熟悉了计算机制图这其中也体现了集体的分工合作精神，每个人将自己的做完后再汇总，将整个设计完成。像这样的课程设计实习对我们大多数人来说是第一次很重要，我们要抓住每一次的实践机会来锻炼自己的能力，只有不断地学习才能更好的适应社会工作。在今后的两年我们可能会有更多的实习机会，我们要把握每一次锻炼自己的机会。让自己变得更强才能更好的立足于社会，才会有更好的发展。做为机械的学生，实践是很重要的，通过实践来更深入地学习理论知识为以后的工作打下基础，再者能培养团队的合作精神，培养动手能力。机械原理课程设计-21-参考文献1孟宪源，姜琪.机构构型与应用.北京：机械工业出版社，20032黄茂林，秦伟.机械原理.北京：机械工业出版社，20023申永胜主编.机械原理教程.北京：清华大学出版社，19994王三民主编.机械原理与设计课程设计.北京：机械工业出版社，20055裘建新主编.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社，20056牛鸣歧，王保民，王振甫.机械原理课程设计手册.重庆：重庆大学出版社，20017席伟光，杨光，李波.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社，2003