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1、機械原理設計說明書設計題目：牛頭刨床機構設計學生： 汪在福班級：鐵車二班學號：20116473指導老師：何 俊機械原理設計說明書設計題目：牛頭刨床機構設計學生姓名 汪在福班級鐵車二班學號 20116473一、設計題目簡介牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構件 一刨刀能以數(shù)種 不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復直線移動，且切削時刨刀的移動速 度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進給量的垂直進 給；安裝工件的工作臺應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作臺 還應
2、具有升降功能，以適應不同高度的工件加門機械系獨怠圖b）刨頭阻力曲歳閤I構運動簡S1設計數(shù)據(jù)與要求電動機軸與曲柄軸 2平行，刨刀刀刃 D點與鉸鏈點C的垂直距離為50mm,使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄 力角應為最小值；凸輪機構的最大壓力角應在許用值 律均為等加速等減速運動。執(zhí)行構件的傳動效率按2轉速偏差為5%。要求導桿機構的最大壓a之內(nèi)，擺動從動件9的升、回程運動規(guī)0.95計算，系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產(chǎn)題號導桿機構運動分析導桿機構動態(tài) 靜力分析凸輪機構設計速轉 架機作行程工 彳程速比系數(shù)亍連桿與導 桿之比工作阻力桿質量導 塊 質 量滑 桿 轉 動 慣 量導動件最大擺
3、角從 動 桿 桿 長從用壓力角許程運動角推休止角遠 程 運 動 角C053040041.40.3638002208.21513012456015規(guī)模設計回6三、設計任務1、根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定 23個其他形式的執(zhí)行機構（連桿機構），并對這些機 構進行分析對比。2、根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構的運動尺寸。并將設計結果和步驟寫在設計說明書中。3、用軟件（VB MATLAB ADAM或SOLIDWOR等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并 畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。4、導桿機構的動態(tài)靜力分析。通過參數(shù)化的建模，細化機構仿真模型，并給系統(tǒng)加力，寫出外加力的參數(shù)化函數(shù)語句，打印外加力的曲線，
4、并求出最大平衡力矩和功率。5、 凸輪機構設計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪的基本尺寸（基圓半徑ro、機架IO2O9 和滾子半徑rr），并將運算結果寫在說明書中。將凸輪機構放在直角坐標系下，在軟件中建模，畫出凸輪機構的實際廓線，打印出從動件運動規(guī)律和凸輪機構仿真模型。6、編寫設計說明書一份。應包括設計任務、設計參數(shù)、設計計算過程等。四.設計過程（一）方案選擇與確定方案一：如圖（1）采用雙曲柄六桿機構 ABCD，曲柄AB和CD不等長r_*巧二匚 tL-P- I-*- 萬案特點:(1) 主動曲柄AB等速轉動時，從動曲柄DC做變速運動，并有急回特性。(2) 在雙曲柄機構ABCD上串聯(lián)偏置式曲柄滑塊機
5、構 DCE，并在滑 塊上固結刨頭，兩個連桿機構串聯(lián)，使急回作用更加顯著。同時回程有較大 的加速度，提高了刨床的效率。方案二：方案為偏置曲柄滑塊機構。如圖圖二方案特點：結構簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點。一是由于執(zhí)行件 行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機構所需活動空間較大；二是機構隨著行程 速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。方案三：由曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的 速度變化方面比方案（二）有所改進，但在曲柄搖桿機構 ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K 的增大，機構的最大壓力角仍然較大，而且整個機構系統(tǒng)所占空間比方案（二）更大。 如圖三C
6、 圖三方案四：由擺動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案克服了方案（三）的缺 點，傳力特性好，機構系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。如 圖四方案確定：綜上匕方案四較為合理圖四（二）傳動機構尺寸的確定令04點為基點用以確定尺寸，滑塊6導程回路距基點04距離L ；擺動導桿運動所繞圓心02距基點04距離1。2。4 ；導桿02A的長度lo2A ；導桿O4B的長度|4b ；連桿BC長C 由題目已知尺寸及相互關系:機架 loo 二 430 mm;工作行程H=400mm；連桿與導桿之比 區(qū)二0.36 ;lO4B行程速比系數(shù)K =1.4.根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定機構尺寸極位夾角：導桿長度lBO4
7、k -1141v -180。 =180o1=30k+11.4+1H 1sin24001sin15二 773mm連桿長度：Ibc =0.36 lBO4=278mm0曲柄長度：Iao2 =lo2O4Sin 430*sin 15 =111mm 2即要求設計時使得機構的最大壓為了使機構在運動過程中具有良好的傳動力特性;力角具有最小，應此分析得出：只有將構件5即B點移到兩極限位置連線的中垂線上 才能保證機構運動過程的最大壓力角具有最小值。分析如下:解：當導桿擺到左邊最大位置時，最大壓力角為：3，刨頭可能的最大壓力角位置是 導桿B和B，設壓力角為：12 (見下圖五)。根據(jù)幾何關系3=1。由于2與21， 3
8、呈背離關系，即2增加則：1， ：3減小且：3 ： 1。則要使機構整體壓力最小，1 二Ibo4 (1 - COS) 只要有2= 3，當刨頭處于導桿擺弧平均置 處1 =2，貝卩arcsin2 = ?2l BC所以1日1yCO4 二 LBO4IbO4(1 cos) = 773*773(1 cos15) = 773 13 = 760mm222（圖六）（三）機構運動簡圖的繪制選取一長度比例尺，機構運動簡圖的繪圖如圖六所示 通過上面的計算，確定數(shù)據(jù)匯總如下：極位夾角：30度連桿:278mm導桿:778mm曲柄:111mm高度:760mm（四）靜力分析1）對曲柄，由平衡條件有：o2x? Fy =0,F21y
9、 +? Fx =0,F21x + Fo2x =0;F2y=0；? MO2 =0; F21xlisin (2-F21y IiC0S(2-Tn =02）對導桿，又平衡條件有4Fx=0 ,F O4x +f 43x -F23sin04=O ;Fy =0 ,F O4y +f 43y + F 23 cos 04 -m2g=0；Mo4=0,-F43x| 3 si n 04 + F43y |3COS 04-1/2 m2g I3COS04+ F23 S3=03）對滑塊，由平衡條件有3212X3232Fx=O,Fy =0,F32Sin 04-Fi2x=0-F32 COS04-Fl2y=O4）對連桿，由平衡條件有3
10、2323232Fx=0,Fy =0,O4=0，-F 34x -F max =0 ；F cy-F 34 y =0；Fcyl 4COS 05 + Fmaxl 4Sin 05=0綜上所述聯(lián)立方程求得F 34x =- F maxF cy=- F maxtan 05F 34y =- F maxtan 05F 23 =(Fmaxl 3Si n 04 - F max ta n 0I3COS0+1/2 m2g l 3 COS 04 ) / S3F O4x =-Fmax+ ( F max I 3Si 門0 - F max ta n0513COS 04+1/2 m2g I 3 COS 04)Si 門0/ S3F
11、O4 y =m2g- F max ta n 05- ( Fmax l 3 S S 04 - F max ta n 05l 3COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 )COS 04 / S3F 12x =:-(Fmaxl 3S in 04 - F max ta n 05 1 3 COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 ) Si n04/ S3F12y =:(Fmaxl 3S in 04 - F maxta n 05 l 3COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 ) COS 04 / S3Fo2x =F 12xFo2y =:F 12yTn：=(Fmaxl
12、3S in 04 - F maxta n 05 l 3 COS 04+1/2 m2g l 3 COS 04 ) l 1 COS( 02 - 04)/ S3（五）凸輪設計1.凸輪機構的設計要求概述：1 ）已知擺桿9作等加速等減速運動，要求確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，有題目可以知道該凸輪機構的從動件運動規(guī)律為等加速等減速運動。 各數(shù)據(jù)如表：符號書maxIO9DlO9O2rorrsa單位 mm0。數(shù)據(jù)151301506115651065422）由以上給定的各參數(shù)值及運動規(guī)律可得其運動方程如下表:推程0W 2 wo /2回程 o+sw wo+s+o/2書=24* * /(25* n )2書=
13、n /12-24 ( -17 n /36 ) /25 n3 =96 /2523 =-96 ( -17 n /36 ) 2/25B =192 n /25B =-192 n /25推程o /2 w wo回程o+s+/2w wo+s+（書=n /12-24 ( 5 n /12- 2)書=24 (8 n /9- ) 2/25 n3 =96 (5n /12- ) 2/123 =-96 (8n /9- ) 2/25B =-192 n /25B =192 n /253）依據(jù)上述運動方程繪制角位移 書、角速度3、及角加速度B的曲線:（1）、角位移曲線: 、取凸輪轉角比例尺 z =1.25 /mn和螺桿擺角的比
14、例尺 卩尸0.5 /mn在軸上截取 線段代表，過3點做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33/代表（先做前半部分拋物線）. 做03的等分點1、2兩點，分別過這兩點做 書軸的平行線。 、將左方矩形邊等分成相同的分數(shù)，得到點1/和2 / 、將坐標原點分別與點1/ ,2 / ,3 /相連,得線段01 ,02/和03/ ,分別超過 1,2,3點且平行與屮軸的直線交與1 ,2 和3. 、將點0,1 ,2 ,3 連成光滑的曲線，即為等加速運動的位移曲線的部分，后 半段等減速運動的位移曲線的畫法與之相似.角速度3曲線: 、選凸輪轉角比例尺 =1.25 /mm和角速度比例尺 =0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。 由角速度方程可得 = o/2, 3 = 3 max ,求得V換算到圖示長度,3點處二02,故 3 max位于過3點且平行與3軸的直線.由于運動為等加速、等減速,故連接03,即為此 段的角速度圖，下一端為等減速連接3, 6即為這段角速度曲線。 其他段與上述畫法相同，只是與原運動相反。五運動仿真通過adams進行運動仿真，仿真圖如圖5.1圖5.1運動仿真圖進一步分析得到運動曲線如圖5.2，圖5.3，圖5.4:圖5.2刨頭輸出位移圖圖5.3刨頭輸出速度圖圖5.4刨頭輸出加速度曲線六三維建模用proe進行三維建模，如圖6.1圖6.1三維建模圖
牛頭刨床機構設計.
