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1、牛头刨床设计一、设计题目(a) (b)图 3-18牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 318a。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，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，刨刀切削，称空回行程。此时要求速度较高，以提高生产率。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 与棘轮带动螺旋机构(图中未画) ，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(在切削的前后各有一段约
2、 的空刀距离，见图 3-18 )，而H05. b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安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。二、设计数据，见表 3-1 和表 3-2表 3-1导杆机构的运动分析 导杆机构的动态静力分析n2 lO2O4 lO2A lO4B lBC lO4S4 xS6 yS6 G4 G6 P yp JS4方案r/min mm N mm kg.m21 60 380 110 540 0.25 lO4B 0.5lO4B 240 50 200 700 7000 80 1.12 64 350 90 580 0
3、.3 lO4B 0.5lO4B 200 50 220 800 9000 80 1.23 72 430 110 810 0.36 lO4B 0.5lO4B 180 40 220 620 8000 100 1.2表 3-2飞轮转动惯量的确定 凸轮机构设计 齿轮机构的设计 nO z1 zO z1 JO2 JO1 JO JO max lO9D s dO dO m12 mO1 方案r/min Kg.m2 o mm o mm o1 0.15 1440 10 20 40 0.5 0.3 0.2 0.2 15 125 40 75 10 75 100 300 6 3.5 202 0.15 1440 13 16
4、40 0.5 0.4 0.25 0.2 15 135 38 70 10 70 100 300 6 4 203 0.16 1440 15 19 50 0.5 0.3 0.2 0.2 15 130 42 75 10 65 100 300 6 3.5 20三、方案设计及讨论牛头刨床的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为刨头(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍几种仅供参考，更多的方案有待读者自行构思。1、如图 3-19 所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的 6 杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角 始终为
5、 o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工90作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使压力角 尽量小。 图 3-192、如图 3-20 所示，牛头刨床的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在刨头往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律) 。刨刀切削工件时，受到较大的切削阻力作用，空程返回时无切削力作用，只须克服惯性力及运动副摩擦阻力。凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。3、如图 3-21 所示，牛头刨床的主传动机构采
6、用导杆机构和扇 形齿轮、齿条机构。齿条固结于刨头的下方。导杆机构如 1 中所述，扇形齿轮、齿条机构具有精确的传动比，能够承受较大的载荷。扇形齿轮的加工，要求保证一定的精度，工艺上的难度大一些；且扇形齿轮、齿条的中心距要求较高。图 3-20 图 3-214、如图 3-22 所示，牛头刨床的主传动机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。曲柄摇杆机构可以满足牛头刨床的刨削工件时，刨刀的速度较低，而刨刀返回时其速度较高的急回特性要求；在刨削过程中，曲柄摇杆机构的从动件摇杆 3 的压力角是变化的。其它设计方案可由学生自行构思。 图 3-22四、设计步骤1、设计和选择方案牛头刨床的主传动方案的设计与选择，可根
7、据原始数据和没计要求，并充分考虑各种方案的特点进行。此外，还应考虑以下几个方面的问题：1.1 曲柄每分钟的转速 ；2n1.2 机构的结构实现的可能性；1.3 根据所受切削力的大小，机构的传力特性；2、确定设计路线以牛头刨床的主传动方案为例，来说明设计路线。首先，根据所选电动机的转速及曲柄的转速，进行带传动和齿轮传动的参数计算；根据刨头的往复运动并考虑由急回特性的要求，进行导杆机构、连杆滑块机构的设计。由凸轮机构带动棘轮机构，实现牛头刨床的工作台的进给运动。根据原始数据中所给的凸轮设计数据，进行凸轮机构设计。3、设计牛头刨床的导杆机构3.1 根据曲柄每分钟转数 、各构件尺寸及重心位置，设计出导杆
8、机构的机构运动简2n图。且刨头导路 位于导杆端点 B 所作圆弧高的平分线上(见图 4-2)。x3.2 在完成导杆机构设计的基础上，进行运动分析和动态静力分析(仅考虑刨头和摇杆的惯性力) ，包括用解析法建立数学模型，绘制程序框图，用计算机打印源程序与计算结果，并根据计算结果绘制运动线图( 位移、速度、加速度线图)和平衡力矩线图。4、飞轮设计根据表 3-1 中机器运转的不均匀系数 ，具有定传动比的各构件的转动惯量 、 1OJ2OJ、 、 ，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上 )的转速 及某些齿轮的参数 、 、 。OJ 2nz0由动态静力分析所得的平衡力矩 ，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。bM5、设计牛头刨床
9、的凸轮机构凸轮的摆杆推程和回程均为等加速等减速运动规律，其推程运动角 、远休止角 、s回程运动角 ，摆杆长度 ，最大摆角 ，许用压力角 ；凸轮与曲柄共轴。DOl9max5.1 用解析法算出凸轮理轮廓线坐标，绘制凸轮机构的机构运动简图或用图解法进行设计。5.2 检验压力角和最小曲率半径，确定滚子直径，求出凸轮实际廓线。6、设计牛头刨床的齿轮机构6.1 由原始数据电动机的转速 、曲柄的转速 、小带轮直径 、 ，皮带轮直径 ，0n2n0d0d以及齿轮的齿数 、 、 计算齿轮 2 的齿数 ；1z01 z6.2 由原始数据表中模数 、 ，齿轮分度圆压力角 ；齿轮为正常齿制，工作m1O情况为开式传动，进行
10、齿轮机构的设计计算。五、建议完成工作量建议对导杆机构用计算机迸行辅助设计。根据本指导书提供的子程序，要求学生在熟悉各子程序功能、标识符的意义及调用方法的情况下，编制并调试主程序，然后用自己调试好的程序系统算出运动分析结果。动态静力分析，飞轮设计可以根据实际情况作为选作内容；凸轮轮廓可用图解法，亦可用解析法求出。学生应完成：1、3 种主传动机构的运动方案选择，运动循环图。2、三种运动方案的机构运动简图，所选定的运动方案的位移、速度、加速度线图；3、打印学生自己编写的运动分析主程序、主程序流程图，计算结果；4、设计说明书一份。1、 ，2、绘于 1 张 1 号图纸上。完成上述任务需 1.5 周，其中上机机时约为 810 小时。若课程设计的学时为 2 周，可以考虑再作凸轮位移曲线及凸轮廓线图，3 号图纸 1 张；或动态静力分析和飞轮设计的内容，3 号图纸 1 张（平衡力矩图）及相应的程序和计算内容。
