牛头刨床刨刀

牛头刨床刨刀 牛头刨床 摘要:机械原理课程设计的主要目的是为学生在完成课堂教学基本内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。通过课程设计能够将所学的机械基础理论运用于一个简单的机械系统，通过机械传动总体设计，机构分析和综合，进一步巩固掌握课堂教学知机械原理课程设计识，并结合实际得到工程设计方面的初步训练，培养学生综合运用技术资料，提高绘图、运算的能力。同时，注重学生创新意识的开发。 (一)设计的目的 (1)为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系数在1.4左右。 (2)为了提高刨刀的使用寿命和工件的面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。 (3)曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为7000N。 (二)牛头刨床机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构(图中未画)，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力(在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图1，b)，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。 1 图1，为牛头刨床机构简图及阻力曲线 (三)设计数据 导杆机构的运动分析 导杆机构的动静态分析 n l l l l l x y G G P y J 2o2o4o2Ao4BBCo4s4s6s646ps4 2 r/min Mm N mm kg,m ? 72 430 110 810 0.36 l 0.5 l 180 40 220 620 8000 100 1.2 o4Bo4B 飞轮转动惯量的确定 凸轮机构的设计 ’无 , n z z z” J J J J , l [,] , , , o’1o”1o2o1o”o’maxo9Ds 齿 2 r/min Kg,m , Mm , 轮 ? 0.16 1440 15 19 50 0.5 0.3 0.2 0.2 15 130 42 75 10 65 任 务 (四)设计内容 步骤: 1(设计导杆机构。 按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上(见图1)。 2(作机构运动简图。选取比例尺按表4,2所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图，,l 其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图4,2;取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14个机构位置。 2 m/s3(作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.0168()和加速度比例尺=0.0168,,vamm 2/ms()，用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果mm 列入表。 4(作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上C点的各对应位置，以位置1为起 m始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺=0.0109()，作(t)线图。为了能直接,sscmm从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据(t)线图用图解微风法(弦线法)作出滑块的速sc 度(t)线图，并将结果与其相对运动图解法的结果比较 vc (五)导杆机构的运动分析 1.求原动件上运动副中心速度A的和v和加速度a AA v=ω l ,0.829m/s AOA122 ——B点速度(m/s) 方向丄AO 式中vA22 22a=ω l=6.247m/s OAA12 2 式中a——A点加速度(m/s),方向A ?O 2A 2.解待求点的速度及其相关构件的角速度 由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对 运动关系矢量方程式，作图求解。 a.列出OB杆A点的速度矢量方程 根据平面运动的构件两点间速度的关系 绝对速度=牵连速度+相对速度 先列出构件,、,上瞬时重合点,(,，,)的方程，未知数为两个，其速度方程: 24 , , v+ v AAAA4242 方向:丄AO 丄AO ?AO 424 大小: , ω 1 , OA12 b. 定出速度比例尺 在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v,则速度比例尺µAv2 ,1(m• s/mm) 3 v A,12µ==0.002 m•s/mm vpa c. 作速度多边形，求出ω、ω根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分，则v (m/s)A2412 为 v=µpa=0.829m/s Av2 ω= v/ l=1.3rad/s AAO424 其转向为顺时针方向。 , =ωl=0.612 m/s BbO444 B点速度为,，方向与v同向. BA42 d.列出C点速度矢量方程，作图求解V、V CCB664 V= ,+ V CBCB6464 方向:水平 丄B, 丄BC 4 大小:, ωl , bO44 通过作图，确定,点速度为 V=µbc=0.2909m/s AAv23 V,µpc=1.2207m/s vC 式中V——,点速度，方向丄BC AA523 式中V——,点速度，方向为p?c。 C 故可求出速度V。 3.解待求点的加速度及其相关构件的角加速度 a.列出,点加速度矢量方程式 牵连速度为移动时 绝对加速度,牵连加速度，相对加速度 牵连运动为转动时，(由于牵连运动与相对运动相互影响) 绝对加速度,牵连加速度，相对加速度，哥氏加速度 要求,点加速度，得先求出,点加速度， ,nn,a= a+ a= a+ a+ a’+ a ooAA22哥AA方向:, ?,, 丄,, ?AO 丄AO ?,, 丄,, 22 22大小:, ωl , ωl 0 ? 2ωv AOAOAA444242 4 nb. 定出加速度比例尺 在一号图纸中取p为加速度极点，去矢量pa’代表a，则加速度比例A ,2尺µ(m•s/mm) a na B2µ==0.219 m/s/mm apa' ,,c.作加速度多边形，求出a、a、a根据矢量方程图的pa’nka部分，则 a=µa,BAaAB 2a=0.7949 m/s 2a’=µka=6.247m/s aA 2a=µpa=0.519 rad/s 方向为 水平向右下12º aA ,,2a= a• l/ l=3.279m/s BAbOAO42 n22a=ω• l=1.225 m/s BbO44 n,d.列出C点加速度矢量方程，作图求解a 、a、 a CBCBc n,n,a = a+ a+ a+ a CBCBBBc 方向: 水平 ?BC 丄BC ?AB 丄AB ,22大小: , V/l ? ωl al/ l ACBbObOAOBC464442 由上式可得: ,2 a=0.0.15m/s CB 2a=0.178m/s c 确定构件4的角加速度a由理论力学可知，点A的绝对加速度与其重合点A的绝对加速度443 tnrk之间的关系为 a，a,a，a，a4443433aaaaaa 方向:?OB?OB? OB ?OA?OA 4 4 4 4 2 22大小: , ,l ? 2,V ,lo2A4a4a3o2A 42 tnk其中a和a是a的法向和切向加速度。a为科氏加速度。 a4a4a4a4a3 '从任意极点O连续作矢量O和k’代表a和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219;A3a3 n再过点o作矢量oa代表a，然后过点k’作直线k’a’平行于线段oa代表相对加速度的4”44”a4a3 t方向线，并过点a’’作直线a’’a’垂直与线段k’a’，代表a的方向线，它们相交于a’，则44444a4 5 矢量oa’便代表a。 44 t构件3的角加速度为a/lOA 4a4 t将代表a的矢量k’a’平移到机构图上的点A，可知,的方向为逆时针方向。 444a4 Kntn , v v V VCB v VB , a a a a a a 项 2A2A2A33C4A3A4A3A4A4CBc目 位 大方 置 小 向 4 7.530.820.1710.811 0.0641.2210.611.3 6.240.511.223.270.010.17 顺时6 9 8 9 6 2 7 9 6 9 5 8 针 根据以上方法同样可以求出位置九的速度和加速度,如下表: Kntn , 3 a a a a a Vva2v 3VCB CVB , A3A4A3A4A4CBc项 A24目 v A2A3位 大方 置 小 向 4 7.5.080.170.810.061.220.61.3 6.240.621.223.270.010.17 36 29 18 1 49 16 12 顺时7 5 6 9 5 8 针 9 7.50.81.230.660.331.530.80 6.230.422.433.274.244.23 36 29 1 78 49 79 27 8 5 2 9 5 7 2单1/s m/s 1/s m/s 位 (六)导杆机构的动态静力分析 分析步骤: N(),(1)选取阻力比例尺= 555.6 ，根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。 Qmm (2)根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 ，PMii并将其合为一力，求出该力至重心的距离。 (3)按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。 图为导杆机构 6 动态静力分析过程: 在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。 首先说明刨头的力的分析过程: 对于刨头可以列出以下力的平衡方程式: ?F=0 P + G+ F+ R+ R=0 6 i6 45 16 方向:?x轴 ?y轴 与a反向 ?BC ?y轴 6 大小:8000 620 -ma ? ? 66 以作图法求得: 位置4 R= 7958.3 N 位置1’ R=8550.648 N 45 45 位置4 R= 284.7 N 位置 1’ R= N 16 16 力矩平衡方程式: ?M=0 P*y+G*h+F*h+R*h=0 p6gi661616 我们还可以得到: R=R 4565 对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式: ?F=0 R+ R+ F+ G+ R=0 54 34 i4 4 14 方向: ?BC ?OB ?a ?y轴 ? 44 大小: R , ma 220 ? 5444 力矩平衡方程式: ?M=0 R*h-R*h-M-F*h-G*h=0 54543434i4i4i444 由此可以求得R的大小:R= 7958.3 N 位置1’ R=14366.93 343434最后可以利用力的平衡方程式做力的多边形解出 位置4 R=12023.66 N 32 位置1’ R= 244.376N 32在摇杆上可以得到R=-R 3432 最终得 出位置 4 My=1257.11Nm 位置1’=689.612Nm (七)心得体会 通过几天日日夜夜的奋斗，在同学们的密切配合下，当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终 于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们 努力的结晶。在这几天中，我有很多的体验，同时也有我 7 也找到许多的毛病，仅就计算机辅助绘图而言，操作的就远远不够熟练，专业知识也不能熟练应用。但是通过这次实践设计，我觉得我有了很打的提高。其次，通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法;再次，自己的计算机绘图水平也有了一定的提高，并对所学知识有了进一步的理解。当然，作为自己的这一次设计，其中肯定有太多的不足，希望在今后的设计中，能够得到改正，使自己日益成熟，专业知识日益深厚。“功到自然成.”只有通过不锻炼,自己才能迎接更大的挑战和机遇,我相信我自己一定能够在锻炼成长。 参考文献 1.《机械原理课程设计》邹慧君主编，高等教育出版社，1998 2.《机械原理课程设计》曲继方主编，机械工业出版社 3.《机械原理》黄茂林，秦伟主编. . 北京:机械工业出版社，2002 4.《 机械原理教程.》 申永胜主编. 北京:清华大学出版社， 1999 5.《机械原理》邹慧君等主编，高等教育出版社，1999 8