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—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

二、 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2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计

题号 转速 架 机作行程 工程速比系数 C 0 54410.30 00 .4 36 3800 2 20 行连导杆机构运动分析 导杆机构动态静力分析 工导滑导动件最大摆角 81.2 5 1130 2 45 60 15 6

质质转量 量 动惯量 杆与导作阻杆块杆杆之比 力 凸轮机构设计 从动杆杆长 从用压力角 许推远程运角 回

程休运止角 动角 动

三、 设计任务

1、根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3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、ADAMS或SOLIDWORKS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lO2O9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。

方案特点：

（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。

图一

方案二：方案为偏置曲柄滑块机构。如图二

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

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

图四

方案确定：综上，方案四较为合理

（二）传动机构尺寸的确定

令O4点为基点用以确定尺寸，滑块6导程回路距基点O4距离L；摆动导杆运动所绕圆心O2距基点O4距离lO2O4；导杆O2A的长度lO2A；导杆O4B的长度lO4B；连杆BC长度lBC。

2）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0≤2φ≤Φo /2 ψ=24*Φ*Φ/(25*π) ω=96φ/25 β=192π/25 推程Φo /2≤φ≤Φo ψ=π/12-24（5π/12-φ）ω=96（5π/12-φ）2/12 β=-192π/25 回程Φo+Φs≤φ≤Φo+Φs+Φ'o/2 ψ=π/12-24（φ-17π/36）2/25π ω=-96（φ-17π/36）2/25 β=-192π/25 回程Φo+Φs+Φ’o/2≤φ≤Φo+Φs+Φψ=24（8π/9-φ）2/25π ω=-96（8π/9-φ）2/25 β=192π/25 3）依据上述运动方程绘制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲线： （1）、角位移曲线：

ψ（）φ（）φ（）图(1)

①、取凸轮转角比例尺μφ =1.25°/mm和螺杆摆角的比例尺μψ=0.5°/mm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ψ轴的平行线。

②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1＇和2 ＇。

③、将坐标原点分别与点1＇,2＇,3＇相连,得线段O1＇,O2＇和03＇,分别超过1,2,3点且平行与Ψ轴的直线交与1＂,2＂和3＂.

④、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. (2)角速度ω曲线:

①、选凸轮转角比例尺μφ=1.25°/mm和角速度比例尺μω=0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。

ω（）＇φ（°）10＇图(2)②由角速度方程可得φ=φo/2, ω= ωmax ,求得v换算到图示长度,3点处φ=Φ0/2,故ωmax位于过3点且平行与ω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。

③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

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