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1、机械原理课程设计实习报告专业： 机械设计制造及其自动化课题： 牛头刨床机构设计姓名： 熊雷学号： 20081003730班级序号：072081-24指导老师：曾小慧 王玉丹实习时间：2010.7.12-7.24目录一、设计任务二、牛头刨床简介及工作原理三、原始参数四、导杆机构的运动综合五、用解析法作导杆机构的运动分析六、导杆机构的动态静力分析七、Matlab 编程并绘图八、行星轮系设计九、变位齿轮设计十、课程设计总结十一、参考文献十二、粉末成型压机方案设想一、设计任务1 牛头刨床刀杆机构的运动综合、运动分析和动态静力分析；2 对牛头刨床传动装置中行星轮机构、齿轮机构进行综合。二、牛头刨床简介及
2、工作原理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。图 1 牛头刨床外形图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工。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经行星轮系和齿轮 Z4、 Z5 减速带动曲柄 2 转动。刨床工作时，由导杆机构 2-3-4-5-6 带动刨头和刨刀作往
3、复运动。刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产力。三、原始参数H：刨头行程 ； K：行程速比系数； Fc 切削阻力 ； m4 m5 m6分别为导杆、连杆及刨头的质量；J4、J5 分别分别为导杆 4 及导杆5 绕各自质心的转动惯量；m1、mH 分别为行星减速器中心轮及齿轮4、5 的模数；Z4，Z 5 为齿轮 4 及 5 的齿数；n1：电机转速；n2：曲柄 2 及齿轮 5 的转速；k：行星轮个数。导杆机构的运动分析和运动综合 导杆机构的动力分析H K lO2O3 lO3O4/lO3B lBF/lO3B l
4、BS5/lBF m4 m5 m6 Js4 Js5 FC单位 mm mm kg kgm2 kgII 600 1.8 370 0.5 0.3 0.5 22 3 52 0.9 0.015 1400行星轮设计 变位齿轮n1 n2 K 类型 m1 Z4 Z5 mH 单位 rpm mm mmII 1000 80 3 2K-H 5 14 49 16 20四、导杆机构的运动综合设 LO3B=L3 LBF=L4 LO3D=L6 LO2A=L1 LO3O2=L6LO3A=S3 LDE=SE 1、导杆的摆角 K=1.880k51.431-2、导杆的长度 L3 3H/2H60m691.4msin3、连杆的长度 L44
5、3L0.207.44、刨头导路中心线 xx 至 O3 点的垂直距离 L6O3E3cos26.9m根据已知 xx 被认为通过圆弧 BB的绕度 ME 的中点 D 知OE 33O3MD6 3LLL657.2m25、曲柄的长度 L16 16L370msin/2160.56、切削越程长度 0.05H，如图所示则切削越程长度为 0.05H=0.05600=30mm7、机构运动简图8、计算机构的自由度F=3527=1五、用解析法作导杆机构的运动分析如图所示，先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量 、 、 、 。 为求解需建立两个封闭的矢量343SE方程，为此需利用两个封闭的图形 O
6、3AO2O3 及 O3BFDO3，由此可得：O2DBFASEL4L3S3L1L6L6X14ESL64316并写成投影方程为： 643E1631LsinsinL0ScocosisiS由上述各式可解得：O34433E1143364113cosLcosSsinarcsinoLit由以上各式即可求得 、 、 、 四个运动变量，而滑块的方位33SE角 = 。23然后，分别将上式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，及得一下速度和加速度方程式。 0cosinS0cosLcos0 1in-in-Ssin0si-co 11434333 LwvE E 434333 S0cosLcos0 1in-in-sSsi
7、ni-co 0sinco0sinwL-swL-0 ccosinS-scos 0in-in 1144333333 wLi ow而 = 、 =2w323根据以上各式，将已知参数代入，即可应用计算机计算。并根据所得数值作出机构的位置线图、速度线图、加速度线图。这些线图称为机构的运动线图。通过这些线图可以一目了然的看出机构的一个运动循环中位移、速度、加速度的变化情况，有利于进一步掌握机构的性能。六、导杆机构的动态静力分析受力分析时不计摩擦，且各约束力和约束反力均设为正方向（1） 对刨刀进行受力分析FR56yFR16FR56xF6FcG6 cR56x616656yX0 FF01Y2， ， （ ）（2）对
8、 5 杆进行受力分析BFS5FR65xFR65yF5yF5xG5FR45yFR45xM5555x x5y55yMJFmS联立（1） （2） （3） （4）(5)各式可以得到矩阵形式如下：（3） 对滑块 3 进行受力分析(不计重力)FR23xFR23yFR43xxxFR43yA R23x43xyyO2R23x43x11R23y43y11X0,F0(6)Y7M,()Lsin(F)Lcos0(8)(4)对 4 杆进行受力分析O3AS4FR54xFR54yFR14xFR14yFR34xFR34yF4xF4yG4M4B4444x44x4y44yMJFmSR54xR34x14xyyyS4R14xS4O3R
9、34xS4AR54xBS4R1yO3RySAR5yBSX0,FF0(9)Y, G1M0,()()F(y)F()F()()M0(1（5）对原动件曲柄 2 进行受力分析曲柄 2 不计重力，且转动的角速度一定，角加速度为零，惯性力矢和惯性力矩都为零Fx=0,FR32x+F R12x=0；Fy=0,FR32y+F R12y=0;Mo 2=0,FR32xL2sin+FR32yL2cos=0;七、Matlab 编程绘图Matlab 源程序：clear all;clc;%初始条件theta1=linspace(-20.77,339.23,100);%单位度theta1=theta1*pi/180;%转换为弧
10、度制W1=80*pi/30;%角速度 单位rad/sH=0.6;%行程 单位mL1=0.1605;%O2A的长度 单位mL3=0.6914;%O3B的长度 单位mL4=0.2074;%BF的长度 单位mL6=0.370;%O2O3的长度 单位mL6u=0.6572;%O3D的长度 单位mZ=pi/180;%角度与弧度之间的转换dT=(theta1(3)-theta1(2)/W1;%时间间隔for j=1:100t(j)=dT*(j-1);%时间因素end%求解S3、Theta3、Theta4和SE四个变量S3=(L6)2+(L1)2-2*L6*L1*cos(theta1+pi/2).0.5;%
11、求出O3A 的值for i=1:100%求解角度theta3、Theta4和SE的长度theta3(i)=acos(L1*cos(theta1(i)/S3(i);theta4(i)=asin(L6u-L3*sin(theta3(i)/L4);SE(i)=L3*cos(theta3(i)+L4*cos(theta4(i);end%求解完成%求解完成%求解VS3 、W3、W4和VE 四个变量for i=1:100J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0;sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0;0,-L3*sin(
12、theta3(i),-L4*sin(theta4(i),-1;0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0);K=J*W1*-L1*sin(theta1(i);L1*cos(theta1(i);0;0;VS3(i)=K(1);W3(i)=K(2);W4(i)=K(3);VE(i)=K(4);end%求解完成%求解aS3 、a3、a4、aE 四个变量for i=1:100J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0;sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0;0,-L3*sin(theta
13、3(i),-L4*sin(theta4(i),-1;0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0);P=W1*W1*-L1*cos(theta1(i);-L1*sin(theta1(i);0;0;M=-W3(i)*sin(theta3(i),-VS3(i)*sin(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*cos(theta3(i),0,0;W3(i)*cos(theta3(i),VS3(i)*cos(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*sin(theta3(i),0,0;0,-L3*W3(i)*cos(theta3(i),-L4*W4(i)*cos(t
14、heta4(i),0;0,-L3*W3(i)*sin(theta3(i),-L4*W4(i)*sin(theta4(i),0;N=VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i);K=J*(-M*N+P);aS3(i)=K(1);a3(i)=K(2);a4(i)=K(3);aE(i)=K(4);end%求解完成%动态静力分析%初始条件M4=22;M5=3;M6=52;Js4=0.9;Js5=0.015;Fc=1400;Ls4=0.5*L3;Ls5=0.5*L4;%给切削阻力赋值for i=1:100if(abs(SE(1)-SE(i)0.05*H&abs(SE(1)-SE(i)0.95*H)&
15、(theta1(i)pi)Fc(i)=1400;elseFc(i)=0;endend%赋值完成%求解平衡力矩J4=Js4+M4*(0.5*L3)*(0.5*L3);%导杆对点O3的转动惯量for i=1:100Ekk(i)=(M6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+M5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i)/2;%计算总动能enddEkk(1)=Ekk(1)-Ekk(100);%动能的改变量for i=2:100dEkk(i)=Ekk(i)-Ekk(i-1);%动能的改变量endfor i=1:100MM(i)=(dEkk(i)+Fc(i)*abs(VE(i)/W1;%求平衡力矩end%画图%画运动图figure(1);plot(t,theta3,r);hold on;plotyy(t,theta4,t,SE);grid on;xlabel(时间 t/s);
