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1、機械原理設計說明書 設計題目： 牛頭刨床機構設計 學生： 汪在福 班級： 鐵車二班 學號：20116473 指導老師： 何 俊 機械原理設計說明書 設計題目： 牛頭刨床機構設計 學生姓名 汪在福 班級 鐵車二班 學號 20116473 一、設計題目簡介 牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機床， 多用于 單件或小批量生產。 為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構件 一刨刀能以數種 不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復直線移動，且切削時刨刀的移動速 度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進給量的垂直進 給；

2、安裝工件的工作臺應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作臺 還應具有升降功能，以適應不同高度的工件加 門機械系獨怠圖 b）刨頭阻力曲歳閤 I 構運動簡S1 設計數據與要求 電動機軸與曲柄軸 2平行，刨刀刀刃 D點與鉸鏈點C的垂直距離為50mm,使用壽命10 年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄 力角應為最小值；凸輪機構的最大壓力角應在許用值 律均為等加速等減速運動。執(zhí)行構件的傳動效率按 2轉速偏差為±5%。要求導桿機構的最大壓 [a之內，擺動從動件9的升、回程運動規(guī) 0.95計算，系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產 題 號 導桿機構運動分析

3、導桿機構動態(tài) 靜力分析 凸輪機構設計 速 轉 架 機 作 行 程 工 彳 程 速 比 系 數 亍 連 桿與導 桿之比 工 作阻 力 桿 質 量 導 塊 質 量 滑 桿 轉 動 慣 量 導動件最大擺角 從 動 桿 桿 長 從 用 壓 力 角 許 程 運 動 角 推休止角 遠 程 運 動 角 C 0 5 30 4 00 4 1 .4 0. 36 3 800 2 2 0 8 .2 1 5 1 30 1 2 4 5 6 0 1 5 規(guī)模設計 回 6 三、 設計

4、任務 1、根據牛頭刨床的工作原理，擬定 2?3個其他形式的執(zhí)行機構（連桿機構），并對這些機 構進行分析對比。 2、 根據給定的數據確定機構的運動尺寸。并將設計結果和步驟寫在設計說明書中。 3、 用軟件（VB MATLAB ADAM或SOLIDWOR等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并 畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。。 4、 導桿機構的動態(tài)靜力分析。通過參數化的建模，細化機構仿真模型，并給系統(tǒng)加力，寫出外 加力的參數化函數語句，打印外加力的曲線，并求出最大平衡力矩和功率。 5、 凸輪機構設計。根據所給定的已知參數，確定凸輪的基本尺寸（基圓半徑 ro、機架IO2O9 和滾子半徑

5、rr），并將運算結果寫在說明書中。將凸輪機構放在直角坐標系下，在軟件中建模， 畫出凸輪機構的實際廓線，打印出從動件運動規(guī)律和凸輪機構仿真模型。 6、 編寫設計說明書一份。應包括設計任務、設計參數、設計計算過程等。 四.設計過程 （一）方案選擇與確定 方案一：如圖（1）采用雙曲柄六桿機構 ABCD，曲柄AB和CD不等長 ~r_*■巧二匚 tL-P- I-*- 萬案特點: (1) 主動曲柄AB等速轉動時，從動曲柄DC做變速運動，并有急回 特性。 (2) 在雙曲柄機構ABCD上串聯(lián)偏置式曲柄滑塊機構 DCE，并在滑 塊上固結刨頭，兩個連桿機構串聯(lián)，使急回作用更加顯著。同時回程有較大

6、 的加速度，提高了刨床的效率。 方案二：方案為偏置曲柄滑塊機構。如圖 圖二 方案特點：結構簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點。一是由于執(zhí)行件 行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機構所需活動空間較大；二是機構隨著行程 速比系數K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。 方案三：由曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的 速度變化方面比方案（二）有所改進，但在曲柄搖桿機構 ABCD中，隨著行程速比系數K 的增大，機構的最大壓力角仍然較大，而且整個機構系統(tǒng)所占空間比方案（二）更大。 如圖三 C ° 圖三 方案四：由擺動導桿機構

7、和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案克服了方案（三）的缺 點，傳力特性好，機構系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。如 圖四 方案確定：綜上 匕方案四較為合理 圖四 （二）傳動機構尺寸的確定 令04點為基點用以確定尺寸，滑塊6導程回路距基點04距離L ；擺動導桿運動所 繞圓心02距基點04距離1。2。4 ；導桿02A的長度lo2A ；導桿O4B的長度|°4b ；連桿BC長 C ° 由題目已知尺寸及相互關系: 機架 loo 二 430 mm; 工作行程H=400mm； 連桿與導桿之比 區(qū)二0.36 ; lO4B 行程速比

8、系數K =1.4 .根據所給數據確定機構尺寸 極位夾角： 導桿長度lBO4 k -1 14—1 v -180。— =180o1^^=30° k+1 1.4+1 H 1 sin 2 400 1 sin15° 二 773mm 連桿長度：Ibc =0.36 lBO4=278mm 0 曲柄長度：Iao2 =lo2O4Sin 430*sin 15 =111mm 2 即要求設計時使得機構的最大壓 為了使機構在運動過程中具有良好的傳動力特性; 力角具有最小，，應此分析得出：只有將構件5即B點移到兩極限位置連線的中垂線上 才能保證機構運動

9、過程的最大壓力角具有最小值。分析如下: 解：當導桿擺到左邊最大位置時，最大壓力角為：3，刨頭可能的最大壓力角位置是 導桿B和B'，設壓力角為：'1 2 (見下圖五)。根據幾何關系＞3= 1。由于〉2與 2 ■1， ■' 3呈背離關系，即＞2增加則：'1， ：'3減小且：'3 ＞ ： 1。則要使機構整體壓力最小， 1 二 Ibo4 (1 - COS—) 只要有＞2= ＞3，當刨頭處于導桿擺弧平均置 處〉1 =〉2，貝卩arcsin〉2 = ? 2 l BC 所以 1 日 1 yCO4 二 LBO4 IbO4(1 ?cos—) = 773 *773(1 ~cos15) = 773

10、 ?13 = 760mm 2 2 2 （圖六） （三）機構運動簡圖的繪制 選取一長度比例尺，機構運動簡圖的繪圖如圖六所示 通過上面的計算，確定數據匯總如下： 極位夾角：30度 連桿: 278mm 導桿: 778mm 曲柄: 111mm 高度: 760mm （四）靜力分析 1）對曲柄，由平衡條件有： o2x ? Fy =0, F21y + ? Fx =0, F21x + Fo2x =0; F°2y=0；

11、 ? MO2 =0; F21xlisin (2-F21y IiC0S(2-Tn =0 2）對導桿，又平衡條件有 4 Fx=0 , F O4x +f 43x -F23sin04=O ; Fy =0 , F O4y +f 43y + F 23 cos 04 -m2g=0； Mo4=0, -F43x| 3 si n 04 + F43y |3COS 04-1/2 m2g I3COS04+ F23 S3=0 3）對滑塊，由平衡條件有 32 12X

12、 32 32 Fx=O, Fy =0, F32Sin 04-Fi2x=0 -F32 COS04-Fl2y=O 4）對連桿，由平衡條件有 32 32 32 32 Fx=0, Fy =0, O4=0， -F 34x -F max =0 ； F cy-F 34 y =0； Fcyl 4COS 05 + Fmaxl 4Sin 05=0 綜上所述聯(lián)立方程求得 F 34x =- F max F cy=- F maxtan 05

13、 F 34y =- F maxtan 05 F 23 = (Fmaxl 3Si n 04 - F max ta n 0I3COS0+1/2 m2g l 3 COS 04 ) / S3 F O4x = =-Fmax+ ( F max I 3 Si 門0 - F max ta n 05 1 3COS 04 +1/2 m2g I 3 COS 04 ) Si 門0/ S3 F O4 y = =m2g- F max ta n 05- ( Fmax l 3 S S 04 - F max ta n 05l 3COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 ) COS 04 /

14、S3 F 12x = :-(Fmaxl 3S in 04 - F max ta n 05 1 3 COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 ) Si n04/ S3 F12y = :(Fmaxl 3S in 04 - F maxta n 05 l 3COS 04 +1/2 m2g l 3 COS 04 ) COS 04 / S3 Fo2x = F 12x Fo2y = :F 12y Tn： =(Fmaxl 3S in 04 - F maxta n 05 l 3 COS 04+1/2 m2g l 3 COS 04 ) l 1 COS( 02 - 04)/ S3

15、 （五）凸輪設計 1.凸輪機構的設計要求概述： 1 ）已知擺桿9作等加速等減速運動，要求確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子 半徑，有題目可以知道該凸輪機構的從動件運動規(guī)律為等加速等減速運動。 各數據如表： 符號 書max IO9D lO9O2 ro rr ① ①s ①' a 單位 ° mm 0 。 數據 15 130 15061 15 65 10 65 42  2）由以上給定的各參數值及運動規(guī)律可得其運動方程如下表: 推程0W 2 ? w①o /2 回程 ①o+①sw ? w①o+①s+①'o/2 書=2

16、4* ① * ① /(25* n ) 2 書=n /12-24 ( ? -17 n /36 ) /25 n 3 =96 ? /25 2 3 =-96 ( ? -17 n /36 ) 2/25 B =192 n /25 B =-192 n /25 推程①o /2 w ?w①o 回程①o+①s+①'/2w ? w①o+①s+（ 書=n /12-24 ( 5 n /12- ? 2 ) 書=24 (8 n /9- ? ) 2/25 n 3 =96 (5n /12- ? ) 2/12 3 =-96 (8n /9- ? ) 2/25 B =-192 n /25 B =192

17、 n /25 3）依據上述運動方程繪制角位移 書、角速度3、及角加速度B的曲線: （1）、角位移曲線: ① 、取凸輪轉角比例尺 z =1.25° /mn和螺桿擺角的比例尺 卩尸0.5 /mn在軸上截取 線段代表，過3點做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33/代表（先做前半部分拋物線）. 做03的等分點1、2兩點，分別過這兩點做 書軸的平行線。 ② 、將左方矩形邊等分成相同的分數，得到點1/和2 / ③ 、將坐標原點分別與點1/ ,2 / ,3 /相連,得線段01 ,02/和03/ ,分別超過 1,2,3點且平行與屮軸的直線交與1" ,2 "和3". ④ 、將點0,1 " ,2

18、" ,3 "連成光滑的曲線，即為等加速運動的位移曲線的部分，后 半段等減速運動的位移曲線的畫法與之相似. ⑵角速度3曲線: ① 、選凸輪轉角比例尺 —=1.25 ° /mm和角速度比例尺 ―=0.0837(rad/s)/mm,在軸上 截取線段代表。 ② 由角速度方程可得? =? o/2, 3 = 3 max ,求得V換算到圖示長度,3點處?二①02,故 3 max位于過3點且平行與3軸的直線.由于運動為等加速、等減速,故連接03,即為此 段的角速度圖，下一端為等減速連接3, 6即為這段角速度曲線。 ③ 其他段與上述畫法相同，只是與原運動相反。 五?運動仿真 通過adams進行運動仿真，仿真圖如圖5.1 圖5.1運動仿真圖 進一步分析得到運動曲線如圖5.2，圖5.3，圖5.4: 圖5.2刨頭輸出位移圖 圖5.3刨頭輸出速度圖 圖5.4刨頭輸出加速度曲線 六?三維建模 用proe進行三維建模，如圖6.1 圖6.1三維建模圖