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1、小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析2021/6/161小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?一、课程设计目的：一、课程设计目的：1. 1. 综综合合运运用用理理论论知知识识，进进行行机机械械系系统统运运动动方方案案设设计计和和主主要要机机构的设计。构的设计。3 3训练从事机械设计工作的基本技能，包括设计计算、查训练从事机械设计工作的基本技能，包括设计计算、查阅资料、工程绘图、计算机操作等方面的能力。阅资料、工程绘图、计算机操作等方面
2、的能力。2 2培养分析问题、解决问题的能力及创新意识和创造能力。培养分析问题、解决问题的能力及创新意识和创造能力。机械原理课程设计2021/6/162小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?小型平面刨削机床运动机构示意图小型平面刨削机床运动机构示意图2021/6/163小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?设计要求设计要求1 1刨削刨削速度尽可能为匀速，并要求刨刀有急回特性。速度尽可能为匀速，并要求刨刀有急回特性。2 2刨削时工件静止不动，刨刀空回程后期刨削时工件静止不动，刨刀空回程后期工件作横向进工件作
3、横向进给给，且每次横向进给量要求相同，横向进给量很小并可，且每次横向进给量要求相同，横向进给量很小并可随工件的不同可调。随工件的不同可调。3 3工件加工面被抛去一层之后，工件加工面被抛去一层之后，刨刀能沿垂直刨刀能沿垂直工件加工工件加工面方向下移一个切削深度，然后工件能方便地作反方向面方向下移一个切削深度，然后工件能方便地作反方向间歇横向进给，且每次进给量仍然要求相同。间歇横向进给，且每次进给量仍然要求相同。4 4原动机采用电动机。原动机采用电动机。2021/6/164小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?设计参数设计参数参数项目参数项目题号题号1
4、23刨削平均速度刨削平均速度vm(mm/s)530550600行程速度变化系数行程速度变化系数K1.461.401.45刨刀冲程刨刀冲程H(mm)310300370切削阻力切削阻力Fr(N)350045005000刨刀越程量刨刀越程量S(mm)161519机器运转许用不均匀系数机器运转许用不均匀系数0.050.050.05学号学号1-11号号题号题号1；1220号号题号题号2；2132号号题号题号32021/6/165小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?设计内容设计内容1 1）对小平面刨削机进行运动分解、拟定运动循环图和执行机构选型。）对小平面刨
5、削机进行运动分解、拟定运动循环图和执行机构选型。2 2）选定运动方案：切削运动选用平面连杆机构，至少要选出）选定运动方案：切削运动选用平面连杆机构，至少要选出3 3种机构种机构运动示意图，从中选出运动示意图，从中选出2 2个进行个进行尺度综合和运动分析尺度综合和运动分析( (两张两张A1A1图图) )，确定，确定最终方案；工件横向进给选棘轮机构和螺旋机构串连；刨刀垂直进给最终方案；工件横向进给选棘轮机构和螺旋机构串连；刨刀垂直进给运动选螺旋机构。运动选螺旋机构。3 3）确定电动机的功率和型号。）确定电动机的功率和型号。4 4）确定传动比及传动比分配，选定减速机构。）确定传动比及传动比分配，选定
6、减速机构。5 5）确定飞轮转动惯量。）确定飞轮转动惯量。6 6）绘制）绘制机构运动简图（机构运动简图（1 1张张A1A1图）图）。7 7）编写）编写设计说明书（设计说明书（2020页左右）页左右）。8 8）答辩。）答辩。2021/6/166小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?机构运动分解机构运动分解根据机器的工艺功能要求，其工艺动作分解如下：根据机器的工艺功能要求，其工艺动作分解如下：1. 1. 刨刀的切削运动：往复移动，近似匀速，具有急回特性。刨刀的切削运动：往复移动，近似匀速，具有急回特性。2 2工件的横向进给运动：间歇移动，每次移动量相同，
7、在刨工件的横向进给运动：间歇移动，每次移动量相同，在刨刀空回程后期完成移动，要求移动量小且调整容易。工件刀空回程后期完成移动，要求移动量小且调整容易。工件刨去一层之后能方便地作反向间歇横向移动进给，同样要刨去一层之后能方便地作反向间歇横向移动进给，同样要求反向进给量每次相同且易调整。求反向进给量每次相同且易调整。3 3刨刀的垂直进给运动：间歇移动，工件刨去一层之后刨刀刨刀的垂直进给运动：间歇移动，工件刨去一层之后刨刀下移一次，移动量调整方便。下移一次，移动量调整方便。2021/6/167小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?拟定运动循环图拟定运动循
8、环图 考虑到刨刀的垂直进给运动周期相对较长，而且一个考虑到刨刀的垂直进给运动周期相对较长，而且一个周期中的运动时间比静止时间短得多，为了简化机构设计，周期中的运动时间比静止时间短得多，为了简化机构设计，此运动可以采用手动，所有该设计只要求：此运动可以采用手动，所有该设计只要求： 拟定刨刀切削运动执行机构和工件横向进给运动执行拟定刨刀切削运动执行机构和工件横向进给运动执行机构之间的顺序和协调配合关系。机构之间的顺序和协调配合关系。圆周式运动循环图（右图）学号为双号的用直线式运动循环图（下图）学号为单号的用2021/6/168小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 +
9、 + = ?机构选型机构选型-刨刀切削运动刨刀切削运动将将电动机的回转运动电动机的回转运动刨刀的双向移动刨刀的双向移动，常用于实现这一功能的执行机构，常用于实现这一功能的执行机构有以下几种：有以下几种： 1）移动从动件凸轮机构：易实现工作行程为匀速及具有急回特性的要）移动从动件凸轮机构：易实现工作行程为匀速及具有急回特性的要求，但受力差，易磨损，行程大时基圆大，凸轮尺寸大，较难平衡和求，但受力差，易磨损，行程大时基圆大，凸轮尺寸大，较难平衡和制造。制造。 2）平面连杆机构平面连杆机构：受力好，磨损小，工作可靠，且具有急回特性，但：受力好，磨损小，工作可靠，且具有急回特性，但只能实现近似均速运动
10、。只能实现近似均速运动。 3）齿条机构：可实现工作行程为匀速移动的要求，但行程开始及终止）齿条机构：可实现工作行程为匀速移动的要求，但行程开始及终止时有冲击，适用于大行程而不宜小行程，且必须增加换向变速机构才时有冲击，适用于大行程而不宜小行程，且必须增加换向变速机构才能得到急回运动。能得到急回运动。 4）螺旋机构：能得到均速移动的工作行程，且为面接触，受力好，但）螺旋机构：能得到均速移动的工作行程，且为面接触，受力好，但行程开始和终止时有冲击，安装和润滑较困难，且必须增设换向和变行程开始和终止时有冲击，安装和润滑较困难，且必须增设换向和变速机构，才能得到急回运动。速机构，才能得到急回运动。 5
11、）组合机构：如凸轮）组合机构：如凸轮连杆组合机构，能实现给定的运动要求，但连杆组合机构，能实现给定的运动要求，但具有凸轮机构存在的缺点，且设计制造较复杂。具有凸轮机构存在的缺点，且设计制造较复杂。2021/6/169小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?机构选型机构选型-工件横向进给运动工件横向进给运动 工件的横向进给运动量是很小的，且每次要求等量进给，又因为必须工件的横向进给运动量是很小的，且每次要求等量进给，又因为必须防止工件在刨削力的作用下沿横向移动，所以横向进给执行机构除了能实防止工件在刨削力的作用下沿横向移动，所以横向进给执行机构除了能实
12、现小而且等量进给外。因此，可选用螺旋机构作为横向进给运动机构。现小而且等量进给外。因此，可选用螺旋机构作为横向进给运动机构。 工件要能间歇移动，螺旋必须作间歇转动，所以在工件要能间歇移动，螺旋必须作间歇转动，所以在螺旋机构螺旋机构之前必须之前必须串联一个间歇转动机构，且与刨刀切削运动执行机构相联，能够实现将连串联一个间歇转动机构，且与刨刀切削运动执行机构相联，能够实现将连续回转运动转化成间歇转动的机构有：续回转运动转化成间歇转动的机构有：1）槽轮机构：每次转角较大且不可调整，为了反向回转，必须增加反向机构。）槽轮机构：每次转角较大且不可调整，为了反向回转，必须增加反向机构。2）曲柄摇杆棘轮机构
13、曲柄摇杆棘轮机构：每次转角较小，容易调整且为等量转动，采用双向式：每次转角较小，容易调整且为等量转动，采用双向式棘轮还可以方便地实现棘轮反转。棘轮还可以方便地实现棘轮反转。3）不完全齿轮机构：可实现等速转位和等量转角，但不可调整，如需反转必）不完全齿轮机构：可实现等速转位和等量转角，但不可调整，如需反转必须增加反向机构。须增加反向机构。4）凸轮式间歇运动机构：每次转角不可调，如需反转应增设反向机构。）凸轮式间歇运动机构：每次转角不可调，如需反转应增设反向机构。5）星轮机构：具有槽轮机构的启动性能，又兼有不完全齿轮机构等速转位的）星轮机构：具有槽轮机构的启动性能，又兼有不完全齿轮机构等速转位的优
14、点，可以实现等量转角，但不可调，同时星轮加工制造困难。优点，可以实现等量转角，但不可调，同时星轮加工制造困难。2021/6/1610小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?机构选型机构选型-刨刀垂直进给运动刨刀垂直进给运动 为了实现刨刀的垂直进给运动，可以在刨刀切削运动为了实现刨刀的垂直进给运动，可以在刨刀切削运动执行件上设置一个在垂直于刨削方向上能作间歇移动的执行件上设置一个在垂直于刨削方向上能作间歇移动的执行机构。与横向进给类似，该执行机构同样应具有小执行机构。与横向进给类似，该执行机构同样应具有小进给量可调且在非进给时具有自动固定的功能，同时考
15、进给量可调且在非进给时具有自动固定的功能，同时考虑到动力源可以采用手动，因此采用一个简单虑到动力源可以采用手动，因此采用一个简单螺旋机构螺旋机构作为刨刀垂直进给运动的执行机构，既简单又工作可靠。作为刨刀垂直进给运动的执行机构，既简单又工作可靠。 2021/6/1611小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?运动方案确定运动方案确定 1刨刀切削运动采用刨刀切削运动采用平面连杆机构平面连杆机构。（建议选用平面六杆机。（建议选用平面六杆机构，设计要求不少于三种，只要求任选两种进行尺度综合构，设计要求不少于三种，只要求任选两种进行尺度综合及运动特性评定，并确
16、定最终方案。及运动特性评定，并确定最终方案。 ）2工件横向进给运动采用工件横向进给运动采用曲柄摇杆棘轮机构与螺旋机构曲柄摇杆棘轮机构与螺旋机构串联。串联。3刨刀垂直进给运动采用刨刀垂直进给运动采用螺旋机构螺旋机构。牛头刨床机构简图及阻力曲线图牛头刨床机构简图及阻力曲线图FrFr2021/6/1612小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?运动方案示例运动方案示例 牛头刨床进给调整机构牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角通过调整杆长来调摆角双动式棘轮机构双动式棘轮机构2021/6/1613小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设
17、计与分析 + + = ?机构尺度综合机构尺度综合(两张两张A1图图) 刨刀工作行程的刨削平均速度刨刀工作行程的刨削平均速度曲柄曲柄ABAB角速度角速度极位夹角极位夹角可得可得1原动件曲柄原动件曲柄AB的转速的转速n1(r/min) 原动件曲柄原动件曲柄AB在后面的图中在后面的图中改为构件改为构件2（即杆（即杆O2A）2021/6/1614小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?机构尺度综合机构尺度综合 (第一张第一张A1图图) 2针对选定针对选定两种平面六杆机构两种平面六杆机构示示意图，确定各构件运动尺寸。意图，确定各构件运动尺寸。 假定曲柄假定曲柄
18、AOAO2 2长度长度100mm100mm刨刀终端连杆刨刀终端连杆BCBC取取150mm150mm左图各构件左图各构件构件构件1（机架）（机架）构件构件2（杆（杆O2A）构件构件3（滑块（滑块3）构件构件4（杆（杆O4B）构件构件5（杆（杆BC）构件构件6（滑块（滑块6）在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离2021/6/1615小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?导杆机构的导杆机构的速度速度分析（分析（14个矢量图）个矢量图） VA4 VA3 VA4A3 VB的大小可根据速度影像求得的大小可根据速度影像求得大小大小 ？ 2lO2A ？
19、方向方向 AO4 AO2 AO4 VC VB VCB大小大小 ？ 己知己知 ？方向方向 水平水平 己知己知 CBvA3pvA4A3vA4vBvCBvC（、BC为同构件两点）为同构件两点）（、A点为两构件同点）点为两构件同点）2021/6/1616小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?机构尺度综合机构尺度综合(第二张第二张A1图图) 假定曲柄长度：假定曲柄长度：100mm100mm刨刀终端连杆取刨刀终端连杆取150mm150mm 作出两张作出两张A1的的尺寸综合尺寸综合后的速度矢量后的速度矢量图，并比较两种方案图，并比较两种方案Vc，速度变化速度变化
20、较小者较小者定为刨刀切定为刨刀切削运动执行机构。将确定好的方削运动执行机构。将确定好的方案的机构运动简图表达在第三张案的机构运动简图表达在第三张A1纸上。纸上。2021/6/1617小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?运动特性评定运动特性评定 因为要求速度波动越小越好，所以可以按照速度均因为要求速度波动越小越好，所以可以按照速度均方根偏差最小的条件对初步选定的两种平面六杆机构进方根偏差最小的条件对初步选定的两种平面六杆机构进行运动特性比较，然后选取行运动特性比较，然后选取速度均方根偏差速度均方根偏差较小者为刨较小者为刨刀切削运动执行机构。刀切削运
21、动执行机构。 速度均方根偏差速度均方根偏差n为对应于刨刀切削工作段曲柄为对应于刨刀切削工作段曲柄AB转角范围所取的计算点数；转角范围所取的计算点数；vi为对应点刨刀的实际速度；为对应点刨刀的实际速度；vm为刨刀的切削平均速度。为刨刀的切削平均速度。 2021/6/1618小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?确定电机功率和选型确定电机功率和选型 1取曲柄取曲柄AB为等效构件，根据机构位置和切削阻力为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循确定一个运动循环中的等效阻力矩环中的等效阻力矩Mr（）。）。2根据根据Mr（）值，采用数值积分中的梯形
22、法，计算曲柄处于各个位）值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置时置时Mr（）的功。因为驱动力矩可视为常数，所以按照确定等效）的功。因为驱动力矩可视为常数，所以按照确定等效驱动力矩驱动力矩Md。3将曲柄位置号（或转角将曲柄位置号（或转角）和对应的）和对应的Mr（）值列成表格。）值列成表格。4由计算刨刀切削运动所需的功率，考虑到机械摩擦损失及工件横向进由计算刨刀切削运动所需的功率，考虑到机械摩擦损失及工件横向进给运动所需功率，按照给运动所需功率，按照Pd1.2P确定电机功率，并选定电机型号。确定电机功率，并选定电机型号。2021/6/1619小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削
23、机床运动简图设计与分析 + + = ?确定减速机构确定减速机构 电机轴转速电机轴转速nd比执行机构原动件（曲柄比执行机构原动件（曲柄AB）的转速）的转速n1大得多，大得多，其比值，所以其间必须配置减速机构，可以根据其比值，所以其间必须配置减速机构，可以根据i值选定减值选定减速机构的类型及其速比。减速机构传动比常用比值如下：速机构的类型及其速比。减速机构传动比常用比值如下： 传动类型（单级）传动类型（单级）传动比传动比i i圆柱齿轮机构（开式）圆柱齿轮机构（开式）4 46 6圆柱齿轮机构（闭式）圆柱齿轮机构（闭式）3 35 5直齿圆锥齿轮机构直齿圆锥齿轮机构2 23 3蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构1
24、0104040V V带传动带传动2 24 4链传动链传动2 25 5传动比的分配：要求传动传动比的分配：要求传动比分配时前小后大比分配时前小后大2021/6/1620小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?估算飞轮转动惯量估算飞轮转动惯量 1由由M（）MdM（）确定等效力矩）确定等效力矩M（）。）。2根据根据M（）的值采用数值积分中的梯形法，计算一个运动循环中曲柄）的值采用数值积分中的梯形法，计算一个运动循环中曲柄处于计算位置时等效力矩处于计算位置时等效力矩M（）的功）的功W（）。）。3将曲柄位置号和对应的将曲柄位置号和对应的M（）及）及W（）值列成
25、表格。）值列成表格。4由由WWmax-Wmin求出最大赢亏功求出最大赢亏功W。5求电机转子及减速机构各构件的等效转动惯量求电机转子及减速机构各构件的等效转动惯量Jc。6设飞轮安装在等效构件同一轴上，按照计算飞轮转动惯量设飞轮安装在等效构件同一轴上，按照计算飞轮转动惯量JF。2021/6/1621小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?绘制机构运动简图绘制机构运动简图（1张张A1图）图） 2021/6/1622小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?编写设计说明书编写设计说明书 1目录：包含标题和页次。目录：
26、包含标题和页次。2设计题目：包含机器工艺功能要求和原始参数。设计题目：包含机器工艺功能要求和原始参数。3机器运动方案简图初步拟定：机器运动方案简图初步拟定：1）机器工艺动作分解及要求。）机器工艺动作分解及要求。2）机器运动循环图。）机器运动循环图。3）三个执行机构的选型，要求先绘出示意图。）三个执行机构的选型，要求先绘出示意图。4刨刀切削运动机构的尺度综合及运动特性评定：刨刀切削运动机构的尺度综合及运动特性评定：1）机构运动尺寸计算。）机构运动尺寸计算。2）原动件转速）原动件转速n1的计算。的计算。3）速度均方根偏差计算等。）速度均方根偏差计算等。2021/6/1623小型平面刨削机床运动简图
27、设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?编写设计说明书编写设计说明书 5电机功率与型号的确定：包含电机功率与型号的确定：包含1）等效阻力矩）等效阻力矩Mr（）求值。求值。2）等效驱动力矩）等效驱动力矩Md求值。求值。3）电机功率）电机功率Pd计算。计算。Mr（）及其积分值）及其积分值Mr（）可以用列表形式列出。）可以用列表形式列出。6飞轮转动惯量的估算：包含求飞轮转动惯量的各个步骤。飞轮转动惯量的估算：包含求飞轮转动惯量的各个步骤。其中其中M（）及）及W（）值可以用列表形式给出。）值可以用列表形式给出。7减速机构的选定：包含减速比减速机构的选定：包含减速比i，减速机构的类型
28、及其，减速机构的类型及其传动比值的确定。传动比值的确定。8机械运动简图的最终确定及绘制。机械运动简图的最终确定及绘制。9参考资料：包括序号、编著者、资料名、出版单位、出参考资料：包括序号、编著者、资料名、出版单位、出版年月。版年月。10设计心得与意见。设计心得与意见。2021/6/1624小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ?四、课程设计要求：四、课程设计要求：1. 按规定的时间和地点进行设计按规定的时间和地点进行设计 （每天考勤）（每天考勤）2. 设计小组中每人方案及分析计算不能完全相同设计小组中每人方案及分析计算不能完全相同3.图纸内容均为手工作图：图纸内容均为手工作图： 运动方案图两张（运动方案图两张（A1）-即即尺度综合和运动分析尺度综合和运动分析 机构运动简图一张（机构运动简图一张（A1） （机构运动简图中均包括原动机、传动机构、执行机构三大部分）机构运动简图中均包括原动机、传动机构、执行机构三大部分）4. 说明书封面统一说明书封面统一2021/6/1625小型平面刨削机床运动简图设计与分析小型平面刨削机床运动简图设计与分析 + + = ? 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
