牛头刨床机构设计.

机械原理设计说明书设计题目：牛头刨床机构设计学生： 汪在福班级：铁车二班学号：20116473指导老师：何 俊机械原理设计说明书设计题目：牛头刨床机构设计学生姓名 汪在福班级铁车二班学号 20116473一、设计题目简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多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 一刨刀能以数种 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门机械系獨怠图b）刨头阻力曲歳閤I构运动简S1设计数据与要求电动机轴与曲柄轴 2平行，刨刀刀刃 D点与铰链点C的垂直距离为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 力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值 律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按2转速偏差为5%。要求导杆机构的最大压a之内，摆动从动件9的升、回程运动规0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产题号导杆机构运动分析导杆机构动态 静力分析凸轮机构设计速转 架机作行程工 彳程速比系数亍连杆与导 杆之比工作阻力杆质量导 块 质 量滑 杆 转 动 惯 量导动件最大摆角从 动 杆 杆 长从用压力角许程运动角推休止角远 程 运 动 角C053040041.40.3638002208.21513012456015规模设计回6三、设计任务1、根据牛头刨床的工作原理，拟定 23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机 构进行分析对比。2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3、用软件（VB MATLAB ADAM或SOLIDWOR等均可）对执行机构进行运动仿真，并 画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。5、 凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro、机架IO2O9 和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。四.设计过程（一）方案选择与确定方案一：如图（1）采用双曲柄六杆机构 ABCD，曲柄AB和CD不等长r_*巧二匚 tL-P- I-*- 万案特点:(1) 主动曲柄AB等速转动时，从动曲柄DC做变速运动，并有急回特性。(2) 在双曲柄机构ABCD上串联偏置式曲柄滑块机构 DCE，并在滑 块上固结刨头，两个连杆机构串联，使急回作用更加显著。同时回程有较大 的加速度，提高了刨床的效率。方案二：方案为偏置曲柄滑块机构。如图图二方案特点：结构简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件 行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程 速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案三：由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的 速度变化方面比方案（二）有所改进，但在曲柄摇杆机构 ABCD中，随着行程速比系数K 的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（二）更大。 如图三C 图三方案四：由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。该方案克服了方案（三）的缺 点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。如 图四方案确定：综上匕方案四较为合理图四（二）传动机构尺寸的确定令04点为基点用以确定尺寸，滑块6导程回路距基点04距离L ；摆动导杆运动所绕圆心02距基点04距离1。2。4 ；导杆02A的长度lo2A ；导杆O4B的长度|4b ；连杆BC长C 由题目已知尺寸及相互关系:机架 loo 二 430 mm;工作行程H=400mm；连杆与导杆之比 區二0.36 ;lO4B行程速比系数K =1.4.根据所给数据确定机构尺寸极位夹角：导杆长度lBO4k -1141v -180。 =180o1=30k+11.4+1H 1sin24001sin15二 773mm连杆长度：Ibc =0.36 lBO4=278mm0曲柄长度：Iao2 =lo2O4Sin 430*sin 15 =111mm 2即要求设计时使得机构的最大压为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性;力角具有最小，应此分析得出：只有将构件5即B点移到两极限位置连线的中垂线上 才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值。分析如下:解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为：3，刨头可能的最大压力角位置是 导杆B和B，设压力角为：12 (见下图五)。根据几何关系3=1。由于2与21， 3呈背离关系，即2增加则：1， ：3减小且：3 ： 1。则要使机构整体压力最小，1 二Ibo4 (1 - COS) 只要有2= 3，当刨头处于导杆摆弧平均置 处1 =2，贝卩arcsin2 = ?2l BC所以1日1yCO4 二 LBO4IbO4(1 cos) = 773*773(1 cos15) = 773 13 = 760mm222（图六）（三）机构运动简图的绘制选取一长度比例尺，机构运动简图的绘图如图六所示 通过上面的计算，确定数据汇总如下：极位夹角：30度连杆:278mm导杆:778mm曲柄:111mm高度:760mm（四）静力分析1）对曲柄，由平衡条件有：o2x? Fy =0,F21y +? Fx =0,F21x + Fo2x =0;F2y=0；? MO2 =0; F21xlisin (2-F21y IiC0S(2-Tn =02）对导杆，又平衡条件有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）对滑块，由平衡条件有3212X3232Fx=O,Fy =0,F32Sin 04-Fi2x=0-F32 COS04-Fl2y=O4）对连杆，由平衡条件有32323232Fx=0,Fy =0,O4=0，-F 34x -F max =0 ；F cy-F 34 y =0；Fcyl 4COS 05 + Fmaxl 4Sin 05=0综上所述联立方程求得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 门0 - F max ta n0513COS 04+1/2 m2g I 3 COS 04)Si 门0/ S3F 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 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）凸轮设计1.凸轮机构的设计要求概述：1 ）已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，有题目可以知道该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。 各数据如表：符号书maxIO9DlO9O2rorrsa单位 mm0。数据151301506115651065422）由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表:推程0W 2 wo /2回程 o+sw wo+s+o/2书=24* * /(25* n )2书=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+（书=n /12-24 ( 5 n /12- 2)书=24 (8 n /9- ) 2/25 n3 =96 (5n /12- ) 2/123 =-96 (8n /9- ) 2/25B =-192 n /25B =192 n /253）依据上述运动方程绘制角位移 书、角速度3、及角加速度B的曲线:（1）、角位移曲线: 、取凸轮转角比例尺 z =1.25 /mn和螺杆摆角的比例尺 卩尸0.5 /mn在轴上截取 线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33/代表（先做前半部分抛物线）. 做03的等分点1、2两点，分别过这两点做 书轴的平行线。 、将左方矩形边等分成相同的分数，得到点1/和2 / 、将坐标原点分别与点1/ ,2 / ,3 /相连,得线段01 ,02/和03/ ,分别超过 1,2,3点且平行与屮轴的直线交与1 ,2 和3. 、将点0,1 ,2 ,3 连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分，后 半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.角速度3曲线: 、选凸轮转角比例尺 =1.25 /mm和角速度比例尺 =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。 由角速度方程可得 = o/2, 3 = 3 max ,求得V换算到图示长度,3点处二02,故 3 max位于过3点且平行与3轴的直线.由于运动为等加速、等减速,故连接03,即为此 段的角速度图，下一端为等减速连接3, 6即为这段角速度曲线。 其他段与上述画法相同，只是与原运动相反。五运动仿真通过adams进行运动仿真，仿真图如图5.1图5.1运动仿真图进一步分析得到运动曲线如图5.2，图5.3，图5.4:图5.2刨头输出位移图图5.3刨头输出速度图图5.4刨头输出加速度曲线六三维建模用proe进行三维建模，如图6.1图6.1三维建模图