牛头刨床机械原理课程设计2点和8点.doc

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

4、图 。 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

5、，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，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。设计数据：设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析 导杆机构的动态静力分析符号 n2 L0204 L02A L04B LBC L04S4 XS6 YS6 G4 G6 P YP JS4单位 r/min mm N mm kgm2 60 380 110 540 0.25L04B0.5L04B240 50 200 700 7000 80 1.1 64

6、350 90 580 0.3L04B0.5L04B200 50 220 800 9000 80 1.2方案 72 430 110 810 0.36L04B0.5L04B180 40 220 620 8000 100 1.21.2 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 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 ） 。

7、图 1-2选择表中方案取 第 2位 置 和 第 8位 置 （ 如 下 图 1-3） 。A图 1-31.3 速 度 分 析 以 速 度 比 例 尺 =(0.01m/s)/mm 和 加 速 度 比 例 尺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 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 4BVC5C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BCaA

8、4aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3rnA4大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： BA O4B AO 2 O4B（向左） O4B（沿导路）2和 8杆ac5VB5=VB4ac5= aB5+ ac5B5大小 ? ?方向 XX BC2杆 速 度 图 ： 如 图 1-4图 1-42杆加速度图：如图 1-5图 1-58杆 速 度 图 ： 如 图 1-6 8杆 加 速 度 图 ： 如 1-7表 格 （ 1-2）位 置 要 求 图 解 法 结 果Vc5（ m/s） 0.41692725252ac5(m/s) 4.137861508Vc5（ m/s） 0.003

9、53267818Ac5(m/s) 6.6947598675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 VA4A3 VA4 Vc52 6.70206432 1.2303581 0.53160027 0.28501622 0.416927258 6.70206432 2.2513116 0.60318215 0.00209391 0.00353267单 位 1rad/s 1rad/s m/s表 1-4项 目位 置aA4nAa4tAa4aA3 aBC Ca2 2.7805705240.2118673412.772487094.042589

10、950.6386011084.1378615088 3.96781309890.0000129749753.9678130 4.042585021.75779059266.69475986单 位 2/sm1.4 导杆机构的动态静力分析已知 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 作 用 反 力 和 加 于 曲柄 上

11、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 。 I6图 2-12.1 矢 量 图 解 法 ：2.1.1 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 方 向 由 C指 向 B， 惯 性 力 Fi6大 小可 由 运 动 分 析 求 得 ， 方 向

12、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=0N，G 6=800N，又 ac=ac5=6.6947598675m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/106.6947598675=-535.580789又 F=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，作为多边行如图 1-7 所示 p6例u=10N)/m图 1-7图 1-7 力多边形可得：FR45=536.4475789NFR16= 830.648267N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

13、，2.1.2 对 3-4 杆 组 示 力 体 分 析 A已 知 ： F 54=-F45=536.4475789N，G 4=220NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=4.60918918m/s2 , S4=15.8937558rad/s2由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/104.60918918N=-101.4202162NMS4=-JS4 S4=-1.215.8937558Nm= -19.072507Nm在图 1-8 中，对 O4 点取矩得：M O4=G4x*lo4B+FIx* lo4B+FR54x* lo4B+FR24x* lo4B+M=0代入数据， 解得FR24=534.961814N ABCDEG4例u=10N)/m2.1.3 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 :h2=0.09m,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即即 M=48.1665633 Nm