1、 课 程 设 计 说 明 书 牛 头 刨 床1. 机 构 简 介牛 头 刨 床 是 一 种 用 于 平 面 切 削 加 工 的 机 床 。 电 动 机 经 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 右 行 时 ， 刨 刀 进 行 切 削 ， 称 工 作 行 程 ，此 时 要 求 速 度 较 低 并 且 均 匀 ， 以 减 少 电 动 机 容 量 和 提 高 切削 质 量 ； 刨 头 左 行 时 ， 刨 刀 不 切 削 ，
2、 称 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 作 用 的导 杆 机 构 。 刨 刀 每 次 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 ，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 行 程 中 ， 受 到 很 大 的 切 削 阻 力 ， 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 ，
3、 受 力 变 化是 很 大 的 ， 这 就 影 响 了 主 轴 的 匀 速 运 转 ， 故 需 安 装 飞 轮 来减 少 主 轴 的 速 度 波 动 ， 以 提 高 切 削 质 量 和 减 少 电 动 机 容 量 。图 1-11 导 杆 机 构 的 运 动 分 析 已 知 曲 柄 每 分 钟 转 数 n2， 各 构 件 尺 寸 及 重 心 位 置 ，且 刨 头 导 路 x-x 位 于 导 杆 端 点 B 所 作 圆 弧 高 的 平 分 线上 。要 求 作 机 构 的 运 动 简 图 ， 并 作 机 构 两 个 位 置 的 速 度 、加 速 度 多 边 形 以 及 刨 头 的 运 动 线 图 。
4、 以 上 内 容 与 后 面 动 态静 力 分 析 一 起 画 在 1 号 图 纸 上 。1.1 设 计 数 据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，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。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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 与棘轮机构带动螺旋机构，使工
5、作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，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运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。设计内容导杆机构的运动分析符号 n2 LO2O4 LO2A Lo4B LBC Lo4s4 xS6 yS6单位 r/minmm方案60 380 110 540 0.25lo4B 0.5 lo4B 240 501.2 曲 柄 位 置 的 确 定曲 柄 位 置 图 的 作 法 为 ： 取 1 和 8为 工 作 行 程 起 点 和 终点 所 对 应 的 曲 柄 位
6、 置 ， 1和 7为 切 削 起 点 和 终 点 所对 应 的 曲 柄 位 置 ， 其 余 2、 312 等 ， 是 由 位 置 1 起 ，顺 2 方 向 将 曲 柄 圆 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 图 ） 。图 1-2取 第 方 案 的 第 5位 置 和 第 12位 置 （ 如 下 图 1-3） 。C1B1AO22O46543图 1-31.5 速 度 分 析 以 速 度 比 例 尺 =(0.01m/s)/mm 和 加 速 度比 例 a=(0.05m/s)/mm 用 相 对 运 动 的 图 解 法 作 该 两 个位 置 的 速 度 多 边 形 和 加 速 度 多 边 形 如 下
7、图 1-4， 1-5， 并 将 其 结 果 列 入 表 格 （ 1-2）表 格 1-1位 置 未 知量方 程VA4A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4BVCC5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BCaAaA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3rnA4大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向：BA O4B AO 2 O4B（向左） O4B（沿导路）5和 12acac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向 XX CB BC5号 位 置 速 度 图 ： 如 图 1-4P1:0由 图 解 得 ： Vc
8、=0.7796588803m/s图 1-45号位置加速度图：如图P1:0P图 1-5由 图 解 的 ： aC=0.6700434555m/s212号 位 置 速 度 图 ： 如 图 1-61:0P图1-6由图解得：V c=0.6230007022m/s12号 位 置 加 速 度 图 ： 如 1-7P1:0P1:0图 1-7有 图 解 得 ： ac=9.05895656m/s2表 格 （ 1-2）位 置 要 求 图 解 法 结 果vc（ m/s） 0.77965888035 ac(m/s) 0.6700434555vc（ m/s） 0.623000702212ac(m/s) 9.05895656
9、各 点 的 速 度 ， 加 速 度 分 别 列 入 表 1-3， 1-4中表 1-3项 目位 置 2 4 VA VB Vc5 6.7020643281.099911090.5899439270.7820588970.77965888012 6.7020643281.348377410.32280025120.6379484350.623000702单 位 r/s r/s m/s表 1-4项 目位 置3AanAa4tAa4nBatBaC5 4.042589970.7954670660.47085474940.01010219751.01920609540.6700443455512 4.0425
10、89970.3550515754.5683517290.1186032741.27793490119.05895656单 位 2/sm1.4 导杆机构的动态静力分析设计数据导杆机构的动静态分析G4 G6 P yp Js4N mm kgm2220 800 9000 80 1.2已知 各构件的重量 G（曲柄 2、滑块 3 和连杆 5 的重量都可忽略不计） ，导杆 4 绕重心的转动惯量 Js4 及切削力 P的变化规律。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。首 先 按 杆 组 分 解 实 力 体 ， 用 力 多 边 形 法 决 定 各 运 动 副 中的
11、 作 用 反 力 和 加 于 曲 柄 上 的 平 衡 力 矩 。 参 考 图 1-3， 将 其 分 解 为 5-6 杆 组 示 力 体 ， 3-4 杆 组 示 力 体 和曲 柄 。图 2-12.1 矢 量 图 解 法 ：取 12 号 位 置 为 研 究 对 象 ： F45I6NG8xy2.1.1 5-6杆 组 示 力 体 共 受 五 个 力 ， 分 别 为P、 G6、 Fi6、 R16、 R45, 其 中 R45和 R16 方 向 已 知 ， 大 小未 知 ， 切 削 力 P沿 X轴 方 向 ， 指 向 刀 架 ， 重 力 G6和 支 座反 力 F16 均 垂 直 于 质 心 ， R45沿 杆
12、 方 向 由 C指 向 B， 惯性 力 Fi6大 小 可 由 运 动 分 析 求 得 ， 方 向 水 平 向 左 。 选取 比 例 尺 = (10N)/mm， 作 力 的 多 边 形 。 将 方 程 列 入 表2-1。U=10N/mm已知 P=9000N，G 6=800N，又 ac=ac5=4.5795229205m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/104.5795229205=-366.361834N又 F=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0，方向 /x 轴 BC 大小 9000 800 ？ ？作为多边行如图 1-7 所示 PG6FIF45N图
13、 1-7图 1-7 力多边形可得：F45=8634.49503048NN=950.05283516 N在图 1-6 中，对 c 点取距，有MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6yS6=0代入数据得 x=1.11907557m分离 3,4 构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-8 所示，2.1.2 对 3-4 杆 组 示 力 体 分 析u=10N/mm已 知 ： F 54=-F45=8634.49503048N，G 4=220NaB4=aA4 lO4S4/lO4A=2.2610419m/s2 , aS4=a4=？rad/s 2由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/102
14、.2610419N=-49.7429218NMS4=-JS4BS4=？在图 1-8 中，对 O4 点取矩得：M O4= F54lh1+FI4lh2+G4lh3-FR34lo4A+M=0代入数据， 得 MO4=467.982920.53871848-69.066749860.24694178+2000.3336747- FR340.27761537+12.61028309=0 故 FR34=916.1573602N2.1.3G4FI2354xy对 曲 柄 分 析 ， 共 受 2 个 力 ， 分 别 为 R32,R12 和一 个 力 偶 M， 由 于 滑 块 3 为 二 力 杆 ， 所 以 R32= R34， 方 向 相 反 ， 因 为 曲 柄 2 只 受 两 个 力 和 一 个力 偶 ， 所 以 FR12 与 FR32 等 大 反 力 ， 由 此 可 以 求得 :32MF1h2=99.471635mm,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即M-916.157360299.47163510-3=0， 即 M=91.1316705 NM
