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1、Harbin Institute of Technology机械原理课程设计说明书课程名称：机械原理设计题目：牛头刨床（方案1）院系：机电工程学院班级：1108301设计者：XXX学号：11108301XX指导教师：古乐设计时间：2013 年 7 月哈尔滨工业大学一、功能描述刨刀水平作往复直线运动，切削安装在工作台上的工件。刨刀每次切削一次，工作台 沿着刨刀运动的水平垂直方向进给0.12、0.24、0.36mm/次，分3档可以调节。刨刀每次 切削一次，工作台沿着刨刀运动的上下垂直方向进给0.08、0.16、0.24mm/次，分3档可以 调节。工作台的水平与垂直进给不能同时进行。刨刀最大行程52
2、0mm，每分钟刨刀切削 15,24,37次，分3档可以调节。电机功率约4KW,额定转速1420转/分。图1-1牛头刨床的使用功能描述简图二、工艺动作分析由使用功能描述可知，牛头刨床在加工平面时有两个工艺动作协调完成，即刨刀每切削一次,工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向移动5mm以及工作台沿着刨刀运动 的水平垂直方向的移动。根据牛头刨床的工艺动作分析，选定执行构件刨刀头作为参考构件, 据此，可以画出牛头刨床的运动循环图。如殆购1I卅内1图2-1机械系统运动循环图三、运动功能分析根据分析的牛头刨床由原动机到执行机构的运动传递与转换的逻辑关系, 可以绘制出牛头刨床的运动功能系统图。图3-1机械系统运动
3、功能系统图四、机械系统运动方案拟定4.1根据运动功能单元确定替代结构（1）一般情况下，在工厂的厂房内使用的普通机床都采用三相交流电动 机作为原动机。因此，牛头刨床也用三相交流电动机作为原动机，其额定转速为1420rpm。图4-1三相交流电动机及其运动功能单兀表达符号（2）带传动机构具有传动可靠、结构简单、安装方便、制造成本低等优点。在对尺寸要求不严格、传运精度要求不高的牛头刨床中，可以选用带传动机构满足过载保护 的功能。图4-2带传动机构及其运动功能单元表达符号（3）圆柱齿轮传动机构具有传动可靠、结构简单、强度高、结构尺寸小等优点。因此，选用带传动机构和圆柱齿轮传动机构共同满足运动功能单元3运
4、动缩小的功能。图4-3带传动机构、齿轮传动机构及其运动功能单元表达符号（4）牛头刨床的功能系统图中的运动功能单元5的功能是把运动功能单元 4的1个输出运动分支成2个运动。图4-4把1个输入运动分支成2个输出运动（5）由于刨刀切削金属时，其切削力较大，需要执行机构传递较大的力。因此，应选用低副机构作为执行机构。为了提高牛头刨床的工作效率，在刨刀返回时应比切 削时的平均运动速度快一些。这也就是说，应使执行机构具有急回特性。根据上述分析，选 用六连杆滑块机构作为执行机构以替代功能单元6。图4-5六连杆滑块机构及其运动功能单元表达符号(6) 选用摆动从动件盘形凸轮机构。考虑到要把摆动从动件的摆动传递较
5、远的距离，可以把铰链四杆机构与摆动从动件盘形凸轮机构组合在一起替代功能单元7。图4-6铰链四杆机构与摆动从动件盘形凸轮机构组合及其运动功能单元表达符号(7) 选用棘轮机构替代功能单元8。图4-7棘轮机构及其运动功能单元表达符号(8) 选用齿轮传动机构替代功能单元10。图4-8齿轮传动机构及其运动功能单元表达符号(9) 选用螺旋机构替代功能单元11。图4-9螺旋机构及其运动功能单元表达符号4.2绘制机械运动简图I.电功塩2. 出彷摊1.圧R 5. 6r 7, it. 15. 16.阴轮已汕腔II).凸疑吋杆 IJ.肺.応打 r2. rTAi IJ.練化 11 啟爪 17.細 J.恆 I.fffr
6、 IJ. T 杵対.2：瞪摆 也傑了約.Ilii柄 & 甫从25. 4-图4-10牛头刨床运动方案机械运动简图五、机械系统构件尺寸确定51牛头刨床刨刀运动执行机构运动尺寸的确定牛头刨床刨刀运动执行机构是六杆机构。根据上述牛头刨床的已知条件, 滑枕行程为H=520mm并设，连杆BC驱动滑枕的最大压力角为该牛头刨床的行程速比系数为K=1.5图5-1牛头刨床主运动执行机构时，连杆BC驱动滑枕的最大压力角最小。牛头刨床的行程为曲柄摆动导杆机构的极为夹角为根据已知行程速比系数，极为夹角为于是，导杆的长度为连杆BC的长度为设则5.2牛头刨床主传动机构运动尺寸的确定5.2.1带传动设计按传递功率4kW进行设
7、计。（1）传动带类型和带传动形式选择普通V带开口传动。（2）普通V带传动的设计计算表5-1 V带传动的设计计算序计算项目符号单位计算公式和参数选定号1设计功率kW2选定带型根据和选A型普通V带3初定传动比i4小带轮基准直径mm5大带轮基准直径mm6传动比i计入滑动率取7带速vm/s普通V带8初定轴间距mm，取9所需基准长度mm，取10实际轴间距amm11小带轮包角o12单根V带 传递的额 定功率kW13传动比kW的额定功率增量14V带的根数z，取z=45.2.2 齿轮机构设计（1） 牛头刨床齿轮传动机构的传动比分配齿轮传动的传动比为采用两级齿轮减速，每级齿轮传动的传动比为（3）牛头刨床齿轮传动
8、的几何尺寸计算以为设定实际中心距的计算基础，且以第一级传动为例。表 5-2 齿轮传动几何尺寸计算序名称代号公式齿轮1齿轮21模数m3mm2齿数z17923分度圆柱螺旋角04分度圆压力角5齿顶咼系数16顶隙系数0.257分度圆直径d51mm276mm8基圆直径47.924mm259.355mm9齿距p9.425mm10基圆齿距8.856mm11齿顶咼3mm12齿根咼3.75mm13全齿高h6.75mm14齿顶圆直径57mm282mm15齿根圆直径43.5mm268.5mm16中心距a163.5mm17齿顶压力角18重合度根据表 5-2 中齿轮的齿数，两级齿轮传动的实际传动比为5.3 牛头刨床辅传
9、动机构运动尺寸的确定5.3.1 牛头刨床辅传动机构基本参数的确定（1） 凸轮运动角的确定凸轮运动角决定着工作台与刨刀运动协调的时序。由牛头刨床运动循环图看到，当牛 头刨床的刨刀在工作行程时，其工作台静止。当牛头刨床的刨刀空回到行程的一半时，其工 作台开始进给运动，当刨刀空回到行程的四分之三时，其工作台停止进给运动。表 5-3 凸轮运动角运动角名称近休止角升程运动角远休止角回程运动角运动角值结果2） 凸轮、棘轮、丝杠、齿轮基本参数的确定 工作台驱动丝杠的参数以工作台沿着水平垂直方向进给0.12mm/次为例，即选取梯形螺纹丝杠，其公称直径为其螺距为丝杠每次所需转角为 工作台驱动丝杠前端传动齿轮与棘
10、轮机构的参数工作台驱动丝杠前端传动齿轮为齿轮14、齿轮15，齿轮14与棘轮13 固联，齿轮15 与丝杠 21 固联。考虑到齿轮14 和齿轮 15啮合时的性能更好一些，两者的齿数值互为质数，取考虑到棘轮各齿的均匀磨损，和值互为质数，取齿轮 15（丝杠21）的转角为工作台（螺母）22每次进给量为棘轮驱动摆杆12的摆角为 凸轮机构和双摇杆机构的参数凸轮机构的推杆10 是双摇杆机构的主动件，棘轮机构的驱动摆件12 是双摇杆机构的从 动件。凸轮9 的升程就是推杆10的最大摆角，即棘轮驱动摆杆12 的摆角可取为双摇杆机构一般都具有摆角的缩小和放大功能。可以利用双摇杆机构的摆角放大功能 使得凸轮机构的升程不至于过大，可取凸轮的升程为六、机械系统真实运动循环图滑枕20工作行程（切削）空回行程（退刀）工作台22停止进给停止凸轮9近休止升程回程曲柄16图 6-1 牛头刨床真实机械运动循环图可以看到，牛头刨床运动方案的真实机械运动循环图可以满足牛头刨床工艺动作的要求。
