1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目 牛頭刨床 - 機(jī)械工程 學(xué)院 車輛工程 專業(yè)- 2008 級(jí) 03 班學(xué)生姓名 齊剛 完成日期 2010-6-24 指導(dǎo)教師 （簽字）重慶大學(xué)國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)基地設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1.1 設(shè)計(jì)題目牛頭刨床1.2 牛頭刨床簡(jiǎn)介 牛頭刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，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(gòu)件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)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(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)（執(zhí)行構(gòu)件之二）應(yīng)具有不

2、同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。1.3 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)要求主執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作行程切削平穩(wěn)、壓力角較小。進(jìn)給機(jī)構(gòu)壓力角不超過許用值。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。表1 牛頭刨床設(shè)計(jì)參數(shù)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)速n150機(jī)架LAC430刨刀行程H400行程速比系數(shù)K1.40連桿與導(dǎo)桿之比LDE/LCD0.30工作阻力F(N)4700導(dǎo)桿質(zhì)量m3(kg)22導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS3(kgm2)1.2滑塊質(zhì)量m5(kg)80進(jìn)給機(jī)構(gòu)從動(dòng)件最大擺角y15凸輪從動(dòng)件桿長(zhǎng)(mm)130推程許用壓力角a推程40回程許用壓力角a回程50滾子半徑rr(mm)15刀具半徑rc(mm)

3、0.08刨刀阻力曲線如圖4所示。刨刀在切入、退出工件時(shí)均有0.05H的空載行程。0.05H0.05HHSFmaxF圖1 刨刀阻力曲線圖2 牛頭刨床系統(tǒng)圖1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)1）完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇原動(dòng)機(jī)，擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，確定各級(jí)傳動(dòng)比，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)圖；2）按工藝要求進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，畫出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖；3）對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)用解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)其中的一個(gè)位置加以驗(yàn)證，并根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果畫出刨刀位移線圖，速度線圖和加速度線圖；4）用圖解法對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析；5）用解析法對(duì)控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析

4、；6）用圖解法繪制控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線及凸輪輪廓曲線；7）根據(jù)機(jī)電液一體化策略和現(xiàn)代控制（包括計(jì)算機(jī)控制）理論，大膽提出一種或一種以上與該機(jī)現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。設(shè) 計(jì) 目 錄主執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析原動(dòng)機(jī)的選擇傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析主執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析（圖解法）附錄一附錄二設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 與 說 明主 要 結(jié) 果 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析： 之所以選擇此方案，是因?yàn)樗淖畲髩毫潜容^小，不會(huì)出現(xiàn)壓力角為90的情況，不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。此外，它是一個(gè)級(jí)基本桿組，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目都比較少。由左右極限位置處假設(shè)曲柄與搖桿垂直，由行程比系數(shù)K=1.4,可知極位夾角=30，

5、進(jìn)而可算出在兩極限位置搖桿所夾銳角為30，又中心距AC=430mm,可知曲柄的長(zhǎng)度LAB=110mm。再根據(jù)導(dǎo)桿DE與搖桿CD的比值為0.30，通過一系列假設(shè)驗(yàn)算，最后去導(dǎo)桿DE的長(zhǎng)為：230mm，搖桿的長(zhǎng)為：773mm原動(dòng)機(jī)的選擇：1. 確定機(jī)構(gòu)效率（1） 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的效率估計(jì)為85%（2） 我們小組擬定選擇用一組皮帶輪，兩對(duì)嚙合齒輪作為變速機(jī)構(gòu)。皮帶輪效率約為95%，齒輪傳動(dòng)效率約為97因?yàn)楦骷?jí)均為串聯(lián)，85%*95%*97%*97%=75.98%2. 確定原動(dòng)機(jī)（1） 最大輸出功率P=F*vmax=3915.1W（2） 最小輸入功率P=3915.1/75.98%=5152.80w（3）

6、由于原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)類型為連續(xù)回轉(zhuǎn)，我們選擇交流異步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)；且根據(jù)p，確定其輸出功率為5.5kw,轉(zhuǎn)速960r/min傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：1. 總傳動(dòng)比i0=輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速=960/5019.22. 皮帶輪傳動(dòng)比i:由于皮帶輪具有過載保護(hù)，其傳動(dòng)比不宜過大，選擇其傳動(dòng)比為2，主輪D1=100mm 副輪D2=200mm3. 齒輪傳動(dòng)比：i: i=i0/i=9.6i=(Z4*Z2)/(Z1*Z3)=9.6設(shè)計(jì)m=5,Z1=Z3=20,Z2=60,Z4=64各齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，標(biāo)準(zhǔn)安裝。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：1. 我們把基圓半徑定為90mm，中心距定為180mm，目的是使得基圓半徑不會(huì)超過AB的長(zhǎng)度，即1

7、10mm，并且這樣使得推程最大壓力角較小。此時(shí)的推程最大壓力角為25.033，回程最大壓力角為34.957。使得最大壓力角均在許用壓力角范圍內(nèi)。2. 推程角與回程角為60，主要是考慮到刨刀回程為150，則推程角與回城角之和不能超過150。擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：1.凸輪基本參數(shù)：基圓半徑 rb=90.000 mm 滾子半徑 rt=15.000 mm 中心距 a=180.000 mm 擺桿長(zhǎng) L=130.000 mm 凸輪轉(zhuǎn)速 n=50.000 rpm 刀具半徑 rc=0.080 mm 2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇：（中速中載）推程運(yùn)動(dòng)規(guī)律:等加速等減速回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律:等加速等減速3.運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)

8、：最大擺角 =15.000 推程角 1=60.000 遠(yuǎn)停角 2=0.000 回程角 3=60.000 近停角 4=240 初始角 0=27.796 4.包絡(luò)類型：內(nèi)包絡(luò)5.設(shè)計(jì)方向：逆 向6.凸輪理論輪廓數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)角（） 角位移（）000 00.000015 01.363030 07.500045 13.637060 15.000075 12.803090 07.500105 02.197 120 00.000主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析：轉(zhuǎn)角() 位移S(mm) 速度(m/s) 加速度(m/s2)000 416.9 -0.245 -4.238015 399.9 -0.429 -3.539030 374

9、.6 -0.575 -2.912045 343.0 -0.687 -2.310060 306.5 -0.767 -1.718075 266.9 -0.815 -1.133090 225.6 -0.833 -0.553105 184.2 -0.822 0.034120 144.0 -0.781 0.657135 106.6 -0.710 1.365150 73.7 -0.602 2.218165 47.2 -0.450 3.272180 29.6 -0.245 4.540195 23.7 0.020 5.937210 32.6 0.344 7.203225 58.8 0.709 7.844240

10、 103.3 1.065 7.161255 163.7 1.330 4.529270 233.1 1.412 0.201285 301.0 1.271 -4.103300 357.3 0.963 -6.511315 396.3 0.600 -6.819330 417.7 0.264 -6.047345 423.6 -0.017 -5.077360 416.9 -0.245 -4.238圖1 位移轉(zhuǎn)角曲線圖圖2 速度轉(zhuǎn)角曲線圖圖3 加速度轉(zhuǎn)角曲線圖主執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析（圖解法）：1. 做出330時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖2. 速度分析（1） 求已知速度 vb2=lAB*w1（2） 列方程 vb2 =

11、v23 + vb3 大小 ? ? 方向 AB CD CD ve = vd + ved 大小 ？ ？方向 水平 CD ED(3)畫速度圖p極點(diǎn)位置muvb2/pb2 (4)結(jié)果vd =mu *pd=0.58 m/sve =mu *pe=0.57 m/sved=mu *de=0.125 m/sv23=mu *b2b3=0.43 m/sw3 = vd /lCD=7.64 rad/sw4 = ve /lDE=0.52 rad/s3.加速度分析(1)求已知加速度ab2=ab2n = w12*lAB ab3n= w32*lBC ac=2w3*v23 aedn=w42*lDE (2)列方程ab2 = a23

12、 + ab3t + ab3n + ac 大小 ？ ？ 方向 AB CD CD CD CD ae = ad + aedn + aedt大小 ？ ?方向水平 ED ED (3)畫加速度圖p極點(diǎn)(ma=ab2/pb2)(4)結(jié)果ae=ma*pe=2.15 m/s2as3=ma*ps3=3.75 m/s2ad=ma*pd=5.9 m/s23= ad/lCD=3.649 rad/s24.動(dòng)態(tài)靜力分析將主執(zhí)行機(jī)構(gòu)拆成基本桿組，并對(duì)每一桿組受力分析如下圖(1) 其中F(工作阻力)4700 N m5=22kg as3=ma*psn 解得R34=4740(N) N=1850 (N)(2)其中R43= R34 (

13、1中) m3=22 kg as3=ma*psnFBCD 設(shè)ACD= 連桿DE與水平夾角 as3與水平夾角對(duì)A點(diǎn)取矩R12*lBC-lCD/2*(R43*cos(-)*2+m3g*sin+m3as3*cos(+)-J3=0解出R12=7115 (N) (3) 其中R21=R12，對(duì)A取矩有R21*cos(30-)*lAB-T=0解出T=741.95 Nm LAB=110mmLDE =230mmLy=800mmLCD=773mmLAC=430mmm=5,Z1=Z3=20,Z2=60,Z4=64vd =0.58 m/sve =0.57 m/sved =0.125 m/sv23=0.43 m/sw3=

14、7.64 rad/sw4=0.52 rad/sae =2.15 m/s2as3 =3.75 m/s2ad =5.9 m/s23=3.649 rad/s2R34=4740(N) N=1850 (N)R12=7115 (N)心得與體會(huì)時(shí)間過得真快，兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)就要結(jié)束了，通過這兩個(gè)星期的親自動(dòng)手實(shí)踐，使我學(xué)會(huì)了許多。 課程設(shè)計(jì)實(shí)踐是對(duì)理論學(xué)習(xí)的一種檢驗(yàn)也是進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。這次的課程設(shè)計(jì)，班里一共分了兩個(gè)大組，我所在的小組設(shè)計(jì)的是牛頭刨。在設(shè)計(jì)之初我們?cè)谝黄鸸餐懻摿司唧w分工和選擇方案。但在設(shè)計(jì)過程中也遇到了一些困難，比如在設(shè)計(jì)桿件的長(zhǎng)度時(shí)一開始沒有什么數(shù)據(jù)只能慢慢地一個(gè)一個(gè)地試，這次實(shí)踐使我們進(jìn)一步熟悉了機(jī)械制圖的一些知識(shí)，熟悉了計(jì)算機(jī)制圖這其中也體現(xiàn)了集體的分工合作精神，每個(gè)人將自己的做完后再匯總，將整個(gè)設(shè)計(jì)完成。像這樣的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)對(duì)我們大多數(shù)人來說是第一次很重要，我們要抓住每一次的實(shí)踐機(jī)會(huì)來鍛煉自己的能力，只有不斷地學(xué)習(xí)才能更好的適應(yīng)社會(huì)工作。在今后的兩年我們可能會(huì)有更多的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，我們要把握每一次鍛煉自己的機(jī)會(huì)。讓自己變得更強(qiáng)才能更好的立足于社會(huì)，才會(huì)有更好的發(fā)展。 做為機(jī)械的學(xué)生，實(shí)踐是很重要的，通過實(shí)踐來更深入地學(xué)習(xí)理論知識(shí)為以后的工作打下基礎(chǔ)，再者能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的合作精神，培養(yǎng)動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)1 孟憲源，姜琪. 機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)