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1、机械原理课程设计设计计算说明书设计题目 牛头刨床 - 机械工程 学院 车辆工程 专业- 2008 级 03 班学生姓名 齐刚 完成日期 2010-6-24 指导教师 （签字）重庆大学国家工科机械基础教学基地设 计 任 务 书1.1 设计题目牛头刨床1.2 牛头刨床简介 牛头刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，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（执行构件之二）应具有不
2、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。1.3 设计要求及设计参数要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。设计参数如表1所示。表1 牛头刨床设计参数主执行机构曲柄转速n150机架LAC430刨刀行程H400行程速比系数K1.40连杆与导杆之比LDE/LCD0.30工作阻力F(N)4700导杆质量m3(kg)22导杆转动惯量JS3(kgm2)1.2滑块质量m5(kg)80进给机构从动件最大摆角y15凸轮从动件杆长(mm)130推程许用压力角a推程40回程许用压力角a回程50滚子半径rr(mm)15刀具半径rc(mm)
3、0.08刨刀阻力曲线如图4所示。刨刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程。0.05H0.05HHSFmaxF图1 刨刀阻力曲线图2 牛头刨床系统图1.4 设计任务1）完成各执行机构的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方案，确定各级传动比，画出机构运动简图及机械系统传动方案设计图；2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；3）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出刨刀位移线图，速度线图和加速度线图；4）用图解法对主执行机构的一个位置进行动态静力分析；5）用解析法对控制工作台横向进给的凸轮机构进行运动分析
4、；6）用图解法绘制控制工作台横向进给的凸轮机构的位移曲线及凸轮轮廓曲线；7）根据机电液一体化策略和现代控制（包括计算机控制）理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。设 计 目 录主执行机构分析原动机的选择传动系统设计凸轮机构的设计摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数主执行机构运动分析主执行机构动态静力分析（图解法）附录一附录二设 计 计 算 与 说 明主 要 结 果 主执行机构分析： 之所以选择此方案，是因为它的最大压力角比较小，不会出现压力角为90的情况，不会出现死点。此外，它是一个级基本杆组，并且结构简单，构件数和运动副数目都比较少。由左右极限位置处假设曲柄与摇杆垂
5、直，由行程比系数K=1.4,可知极位夹角=30，进而可算出在两极限位置摇杆所夹锐角为30，又中心距AC=350mm,可知曲柄的长度LAB=90.3mm。再根据导杆DE与摇杆CD的比值为0.28，通过一系列假设验算，最后去导杆DE的长为：162.3mm，摇杆的为:579.6mm原动机的选择：1. 确定机构效率（1） 主执行机构的效率估计为85%（2） 我们小组拟定选择用一组皮带轮，两对啮合齿轮作为变速机构。皮带轮效率约为95%，齿轮传动效率约为97因为各级均为串联，85%*95%*97%*97%=75.98%2. 确定原动机（1） vmax=49/60=0.816m/s F=4600N 最大输出
6、功率P=F*vmax=3756.67W（2） 最小输入功率P=3756.67/75.98%=4944.28w（3） 由于原动件运动类型为连续回转，我们选择交流异步电动机为原动机；且根据p选择Y2-132M2-6电动机，确定其输出功率为5.5kw,转速960r/min传动系统设计：1. 总传动比i0=输入转速/输出转速=960/4919.62. 皮带轮传动比i:由于皮带轮具有过载保护，其传动比不宜过大，选择其传动比为2，主轮D1=100mm 副轮D2=200mm3. 齿轮传动比：i: i=i0/i=9.6i=(Z4*Z2)/(Z1*Z3)=9.6设计m=5,Z1=Z3=20,Z2=60,Z4=6
7、4各齿轮均为标准齿轮，标准安装。凸轮机构的设计：1. 我们把基圆半径定为90mm，中心距定为180mm，目的是使得基圆半径不会超过AB的长度，即110mm，并且这样使得推程最大压力角较小。此时的推程最大压力角为25.033，回程最大压力角为34.957。使得最大压力角均在许用压力角范围内。2. 推程角与回程角为60，主要是考虑到刨刀回程为150，则推程角与回城角之和不能超过150。摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数：1.凸轮基本参数：基圆半径 rb=90.000 mm 滚子半径 rt=15.000 mm 中心距 a=180.000 mm 摆杆长 L=130.000 mm 凸轮转速 n=50.0
8、00 rpm 刀具半径 rc=0.080 mm 2.运动规律选择：（中速中载）推程运动规律:等加速等减速回程运动规律:等加速等减速3.运动规律参数：最大摆角 =15.000 推程角 1=60.000 远停角 2=0.000 回程角 3=60.000 近停角 4=240 初始角 0=27.796 4.包络类型：内包络5.设计方向：逆 向6.凸轮理论轮廓数据：转角（） 角位移（）000 00.000015 01.363030 07.500045 13.637060 15.000075 12.803090 07.500105 02.197 120 00.000主执行机构运动分析：转角() 位移S(m
9、m) 速度(m/s) 加速度(m/s2)000 416.9 -0.245 -4.238015 399.9 -0.429 -3.539030 374.6 -0.575 -2.912045 343.0 -0.687 -2.310060 306.5 -0.767 -1.718075 266.9 -0.815 -1.133090 225.6 -0.833 -0.553105 184.2 -0.822 0.034120 144.0 -0.781 0.657135 106.6 -0.710 1.365150 73.7 -0.602 2.218165 47.2 -0.450 3.272180 29.6 -0
10、.245 4.540195 23.7 0.020 5.937210 32.6 0.344 7.203225 58.8 0.709 7.844240 103.3 1.065 7.161255 163.7 1.330 4.529270 233.1 1.412 0.201285 301.0 1.271 -4.103300 357.3 0.963 -6.511315 396.3 0.600 -6.819330 417.7 0.264 -6.047345 423.6 -0.017 -5.077360 416.9 -0.245 -4.238图1 位移转角曲线图图2 速度转角曲线图图3 加速度转角曲线图主执行机构动态静力分析（图解法）：1. 做出330时的机构简图如下图2. 速度分析（1） 求已知速度 vb2=lAB*w1（2） 列方程 vb2 = v23 + vb3 大小 ? ? 方向 AB CD CD ve = vd + ved 大小 ？ ？方向 水平 CD ED(3)画速度图p极点位置muvb2/pb2 (4)结果vd =mu *pd=0.58 m/sve =mu *pe=0.57 m/sved=mu *de
