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小型平面刨削機(jī)床運動簡圖設(shè)計與分析,,一、課程設(shè)計目的：,1.綜合運用理論知識，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計和主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計。,3．訓(xùn)練從事機(jī)械設(shè)計工作的基本技能，包括設(shè)計計算、查閱資料、工程繪圖、計算機(jī)操作等方面的能力。,2．培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。,機(jī)械原理課程設(shè)計,小型平面刨削機(jī)床運動機(jī)構(gòu)示意圖,設(shè)計要求,1．刨削速度盡可能為勻速，并要求刨刀有急回特性。2．刨削時工件靜止不動，刨刀空回程后期工件作橫向進(jìn)給，且每次橫向進(jìn)給量要求相同，橫向進(jìn)給量很小并可隨工件的不同可調(diào)。3．工件加工面被拋去一層之后，刨刀能沿垂直工件加工面方向下移一個切削深度，然后工件能方便地作反方向間歇橫向進(jìn)給，且每次進(jìn)給量仍然要求相同。4．原動機(jī)采用電動機(jī)。,設(shè)計參數(shù),學(xué)號1-11號—題號1；12~20號—題號2；21~32號—題號3,設(shè)計內(nèi)容,1）對小平面刨削機(jī)進(jìn)行運動分解、擬定運動循環(huán)圖和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型。2）選定運動方案：切削運動選用平面連桿機(jī)構(gòu)，至少要選出3種機(jī)構(gòu)運動示意圖，從中選出2個進(jìn)行尺度綜合和運動分析(兩張A1圖)，確定最終方案；工件橫向進(jìn)給選棘輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)串連；刨刀垂直進(jìn)給運動選螺旋機(jī)構(gòu)。3）確定電動機(jī)的功率和型號。4）確定傳動比及傳動比分配，選定減速機(jī)構(gòu)。5）確定飛輪轉(zhuǎn)動慣量。6）繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖（1張A1圖）。7）編寫設(shè)計說明書（20頁左右）。8）答辯。,機(jī)構(gòu)運動分解,根據(jù)機(jī)器的工藝功能要求，其工藝動作分解如下：1.刨刀的切削運動：往復(fù)移動，近似勻速，具有急回特性。2．工件的橫向進(jìn)給運動：間歇移動，每次移動量相同，在刨刀空回程后期完成移動，要求移動量小且調(diào)整容易。工件刨去一層之后能方便地作反向間歇橫向移動進(jìn)給，同樣要求反向進(jìn)給量每次相同且易調(diào)整。3．刨刀的垂直進(jìn)給運動：間歇移動，工件刨去一層之后刨刀下移一次，移動量調(diào)整方便。,擬定運動循環(huán)圖,考慮到刨刀的垂直進(jìn)給運動周期相對較長，而且一個周期中的運動時間比靜止時間短得多，為了簡化機(jī)構(gòu)設(shè)計，此運動可以采用手動，所有該設(shè)計只要求：擬定刨刀切削運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和工件橫向進(jìn)給運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的順序和協(xié)調(diào)配合關(guān)系。,圓周式運動循環(huán)圖（右圖）學(xué)號為雙號的用直線式運動循環(huán)圖（下圖）學(xué)號為單號的用,機(jī)構(gòu)選型-刨刀切削運動,將電動機(jī)的回轉(zhuǎn)運動→刨刀的雙向移動，常用于實現(xiàn)這一功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下幾種：1）移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)：易實現(xiàn)工作行程為勻速及具有急回特性的要求，但受力差，易磨損，行程大時基圓大，凸輪尺寸大，較難平衡和制造。2）平面連桿機(jī)構(gòu)：受力好，磨損小，工作可靠，且具有急回特性，但只能實現(xiàn)近似均速運動。3）齒條機(jī)構(gòu)：可實現(xiàn)工作行程為勻速移動的要求，但行程開始及終止時有沖擊，適用于大行程而不宜小行程，且必須增加換向變速機(jī)構(gòu)才能得到急回運動。4）螺旋機(jī)構(gòu)：能得到均速移動的工作行程，且為面接觸，受力好，但行程開始和終止時有沖擊，安裝和潤滑較困難，且必須增設(shè)換向和變速機(jī)構(gòu)，才能得到急回運動。5）組合機(jī)構(gòu)：如凸輪——連桿組合機(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)給定的運動要求，但具有凸輪機(jī)構(gòu)存在的缺點，且設(shè)計制造較復(fù)雜。,機(jī)構(gòu)選型-工件橫向進(jìn)給運動,工件的橫向進(jìn)給運動量是很小的，且每次要求等量進(jìn)給，又因為必須防止工件在刨削力的作用下沿橫向移動，所以橫向進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了能實現(xiàn)小而且等量進(jìn)給外。因此，可選用螺旋機(jī)構(gòu)作為橫向進(jìn)給運動機(jī)構(gòu)。工件要能間歇移動，螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動，所以在螺旋機(jī)構(gòu)之前必須串聯(lián)一個間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，且與刨刀切削運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)將連續(xù)回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成間歇轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)有：1）槽輪機(jī)構(gòu)：每次轉(zhuǎn)角較大且不可調(diào)整，為了反向回轉(zhuǎn)，必須增加反向機(jī)構(gòu)。2）曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)：每次轉(zhuǎn)角較小，容易調(diào)整且為等量轉(zhuǎn)動，采用雙向式棘輪還可以方便地實現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。3）不完全齒輪機(jī)構(gòu)：可實現(xiàn)等速轉(zhuǎn)位和等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)整，如需反轉(zhuǎn)必須增加反向機(jī)構(gòu)。4）凸輪式間歇運動機(jī)構(gòu)：每次轉(zhuǎn)角不可調(diào)，如需反轉(zhuǎn)應(yīng)增設(shè)反向機(jī)構(gòu)。5）星輪機(jī)構(gòu)：具有槽輪機(jī)構(gòu)的啟動性能，又兼有不完全齒輪機(jī)構(gòu)等速轉(zhuǎn)位的優(yōu)點，可以實現(xiàn)等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)，同時星輪加工制造困難。,機(jī)構(gòu)選型-刨刀垂直進(jìn)給運動,為了實現(xiàn)刨刀的垂直進(jìn)給運動，可以在刨刀切削運動執(zhí)行件上設(shè)置一個在垂直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與橫向進(jìn)給類似，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)同樣應(yīng)具有小進(jìn)給量可調(diào)且在非進(jìn)給時具有自動固定的功能，同時考慮到動力源可以采用手動，因此采用一個簡單螺旋機(jī)構(gòu)作為刨刀垂直進(jìn)給運動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，既簡單又工作可靠。,運動方案確定,1．刨刀切削運動采用平面連桿機(jī)構(gòu)。（建議選用平面六桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計要求不少于三種，只要求任選兩種進(jìn)行尺度綜合及運動特性評定，并確定最終方案。）2．工件橫向進(jìn)給運動采用曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)與螺旋機(jī)構(gòu)串聯(lián)。3．刨刀垂直進(jìn)給運動采用螺旋機(jī)構(gòu)。,牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡圖及阻力曲線圖,Fr,Fr,,,,,運動方案示例,牛頭刨床進(jìn)給調(diào)整機(jī)構(gòu)通過調(diào)整桿長來調(diào)擺角,雙動式棘輪機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)尺度綜合(兩張A1圖),刨刀工作行程的刨削平均速度,曲柄AB角速度,極位夾角,,可得,1．原動件曲柄AB的轉(zhuǎn)速n1(r/min),原動件曲柄AB在后面的圖中改為構(gòu)件2（即桿O2A）,機(jī)構(gòu)尺度綜合(第一張A1圖),,2．針對選定兩種平面六桿機(jī)構(gòu)示意圖，確定各構(gòu)件運動尺寸。,假定曲柄AO2長度100mm刨刀終端連桿BC取150mm,,左圖各構(gòu)件構(gòu)件1（機(jī)架）構(gòu)件2（桿O2A）構(gòu)件3（滑塊3）構(gòu)件4（桿O4B）構(gòu)件5（桿BC）構(gòu)件6（滑塊6）,在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的速度分析（14個矢量圖）,VA4＝VA3＋VA4A3,VB的大小可根據(jù)速度影像求得,大??？ω2lO2A？方向⊥AO4⊥AO2∥AO4,VC＝VB＋VCB大??？己知？方向水平己知⊥CB,,vA3,,,,,（?、BC為同構(gòu)件兩點）,（?、A點為兩構(gòu)件同點）,機(jī)構(gòu)尺度綜合(第二張A1圖),,假定曲柄長度：100mm刨刀終端連桿取150mm,,作出兩張A1的尺寸綜合后的速度矢量圖，并比較兩種方案Vc，速度變化較小者定為刨刀切削運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將確定好的方案的機(jī)構(gòu)運動簡圖表達(dá)在第三張A1紙上。,運動特性評定,,因為要求速度波動越小越好，所以可以按照速度均方根偏差最小的條件對初步選定的兩種平面六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動特性比較，然后選取速度均方根偏差較小者為刨刀切削運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。速度均方根偏差,n為對應(yīng)于刨刀切削工作段曲柄AB轉(zhuǎn)角范圍所取的計算點數(shù)；vi為對應(yīng)點刨刀的實際速度；vm為刨刀的切削平均速度。,確定電機(jī)功率和選型,,1．取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)位置和切削阻力Fr確定一個運動循環(huán)中的等效阻力矩Mr（φ）。2．根據(jù)Mr（φ）值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄處于各個位置時Mr（φ）的功。因為驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照確定等效驅(qū)動力矩Md。,,,3．將曲柄位置號（或轉(zhuǎn)角φ）和對應(yīng)的Mr（φ）值列成表格。4．由計算刨刀切削運動所需的功率，考慮到機(jī)械摩擦損失及工件橫向進(jìn)給運動所需功率，按照Pd＝1.2P確定電機(jī)功率，并選定電機(jī)型號。,確定減速機(jī)構(gòu),,電機(jī)軸轉(zhuǎn)速nd比執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件（曲柄AB）的轉(zhuǎn)速n1大得多，其比值，所以其間必須配置減速機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)i值選定減速機(jī)構(gòu)的類型及其速比。減速機(jī)構(gòu)傳動比常用比值如下：,傳動比的分配：要求傳動比分配時前小后大,估算飛輪轉(zhuǎn)動慣量,,1．由M（φ）＝Md－M（φ）確定等效力矩M（φ）。2．根據(jù)M（φ）的值采用數(shù)值積分中的梯形法，計算一個運動循環(huán)中曲柄處于計算位置時等效力矩M（φ）的功ΔW（φ）。3．將曲柄位置號和對應(yīng)的M（φ）及ΔW（φ）值列成表格。4．由[W]＝ΔWmax-ΔWmin求出最大贏虧功[W]。5．求電機(jī)轉(zhuǎn)子及減速機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量Jc。6．設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件同一軸上，按照計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。,,繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖（1張A1圖）,,,編寫設(shè)計說明書,,,1．目錄：包含標(biāo)題和頁次。2．設(shè)計題目：包含機(jī)器工藝功能要求和原始參數(shù)。3．機(jī)器運動方案簡圖初步擬定：1）機(jī)器工藝動作分解及要求。2）機(jī)器運動循環(huán)圖。3）三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型，要求先繪出示意圖。4．刨刀切削運動機(jī)構(gòu)的尺度綜合及運動特性評定：1）機(jī)構(gòu)運動尺寸計算。2）原動件轉(zhuǎn)速n1的計算。3）速度均方根偏差計算等。,編寫設(shè)計說明書,,,5．電機(jī)功率與型號的確定：包含1）等效阻力矩Mr（φ）求值。2）等效驅(qū)動力矩Md求值。3）電機(jī)功率Pd計算。Mr（φ）及其積分值Mr（φ）可以用列表形式列出。6．飛輪轉(zhuǎn)動慣量的估算：包含求飛輪轉(zhuǎn)動慣量的各個步驟。其中M（φ）及ΔW（φ）值可以用列表形式給出。7．減速機(jī)構(gòu)的選定：包含減速比i，減速機(jī)構(gòu)的類型及其傳動比值的確定。8．機(jī)械運動簡圖的最終確定及繪制。9．參考資料：包括序號、編著者、資料名、出版單位、出版年月。10．設(shè)計心得與意見。,四、課程設(shè)計要求：,1.按規(guī)定的時間和地點進(jìn)行設(shè)計（每天考勤）,2.設(shè)計小組中每人方案及分析計算不能完全相同,圖紙內(nèi)容均為手工作圖：運動方案圖兩張（A1）---即尺度綜合和運動分析機(jī)構(gòu)運動簡圖一張（A1）（機(jī)構(gòu)運動簡圖中均包括原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分）4.說明書封面統(tǒng)一,,