机械原理课程设计牛头刨床.docx
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机械原理课程设计牛头刨床
《机械原理》
课程设计计算说明书
设计题目：
牛头刨床
学院：
机械工程学院
专业班级：
机自1421班
*********
学号：
008
*********
2016年07月04日——2016年07月07日
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。
（a）（b）
图d
一.设计任务
1、运动方案设计。
2、确定执行机构的运动尺寸。
3、进行导杆机构的运动分析。
4、对导杆机构进行动态静力分析。
二.设计数据
本组选择第三组数据
表1
设计内容
符号
方案和数据
单位
I
II
III
1
导杆机构的运动分析
n2
60
64
72
rpm
l0204
380
350
430
mm
l02A
110
90
110
mm
l04B
540
580
810
mm
lBC
mm
表2
设计内容
符号
方案和数据
单位
I
II
III
2
凸轮机构
设计
ψmax
15
15
15
°
L09D
125
135
130
mm
[α]
40
38
42
°
Ф
75
70
75
°
ФS
10
10
10
°
Ф’
75
70
65
°
三.设计要求
1、运动方案设计
根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。
2、确定执行机构的运动尺寸
根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：
为使整个过程最大压力角最小，刨头导路位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图d）。
3、进行导杆机构的运动分析
根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应2个位置的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头3的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。
四.设计方案选定
如图所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。
采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。
适当确定刨头的导路位置，可以使压力角
尽量小。
五.机构的运动分析
点速度分析
当曲柄位于3点时如上图
已知：
ω04=2πn/60=s
VA4=VA3A4+VA3
方向：
⊥杆4∥杆4⊥杆2
大小：
√
已知：
VA3=ω04×L2=×110=s
作图得：
VA4=S
ω04=VA4/LAO==s
VB=ω04×L4=×810=s
Vc=VB+VCB
方向：
∥X-X√⊥杆BC
大小：
√
由作图法得：
：
VC=s
2.3点加速度分析
加速度分析：
取曲柄位置“3”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连，故anA2=anA3,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=s,
anA3=anA2=ω22·LO2A=×m/s2=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=anA4+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3v
大小:
ω42lO4A√2ω4υA4A3
方向B→A⊥O4BA→O2⊥O4B∥O4B（沿导路）取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=（m/s²）/mm,
图1-3
由图1-3知,
aA4=P´a4´·μa=s2
aB4=aB5=aA4*L04B/L04A=799m/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac=aB+acBn+acBτ
大小√ω5l2CB
方向∥X轴√C→B⊥BC
其加速度多边形如图1─3所示,有
ac=p´c·μa=m/s²
点运动分析
取曲柄位置“8”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“3”。
υA4=υA3+υA4A3
大小√
方向⊥O4A⊥O2A∥O4B
υC5=υB5+υC5B5
大小√
方向∥XX⊥O4B⊥BC
由图解得：
Vc=s
由图解得：
aC=s2
计算结果汇总：
项目
位置
ω2
VA3
VB
VC
ω4
aA3
aτA4
ac
大小
方向
3
⊥杆4
8
⊥杆4
单位
1/s
m/s
1/s
m/s2
4.机构运动曲线图
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Vc
0
ac
10
S
0
330
根据数据做出速度、位移、加速度曲线图如下：
六.凸轮机构的设计
已知：
摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ’
，摆杆长度lo9D=810mm，最大摆角Xmax=30度，许用压力角[α]=40度；凸轮与曲柄共轴。
要求：
确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。
以上内容做
步骤：
1）根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的距离H，几何作图法直接绘出（φ）及φ（ψ）线图。
2）求基圆半径r0=45mm及凸轮回转中心O2至从动件摆动中心O4的距离LO2O4。
按φ（ψ）线图划分ψmax角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割ψmax角所对应的弧，自从动件摆动中心O4作辐射线与各分割点想连，则ψmax角便按预定比例分割。
作图时，如取μ1=lO4D*Hμ，则可直接根据线图上各纵坐标值，在O4点的相应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于LO4D*H。
3）根据凸轮转向，摆杆长LO4D，角位移线图ψ=ψ（φ）图和以上要求得的r0，LO2O4，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径Pmin。
然后，再选取滚子半径rg=5mm，画出凸轮的实际廓线。
1）根据给定的r0=45mm和摆杆位置画出从动件的初始位置，再根据从动件运动曲线线图画出从动件的一系列的位置。
2）从基圆上任一点C0开始，沿转动方向将基圆分为与从动件运动曲线线图横轴对应的等份得出多条径向线，过各点作径向射线。
3）以平滑的曲线连接各点成一个封闭的曲线即为凸轮轮廓。
（如下图所示）
八.参考文献
1.《机械原理》（第七版）张春林赵自强等主编机械工业出版社
2.《理论力学》（第七版）哈尔滨工业大学理论力学教研室编
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