机械原理牛头刨床设计

牛头刨床设计

一、设计题目

(a) (b)

图 3-18

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图3－18a 。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，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，刨刀切削，称空回行程。此时要求速度较高，以提高生产率。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H 05.0的空刀距离，见图3-18b )，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少电动机容量。

二、设计数据，见表3-1和表3-2

表3-1

方案

导杆机构的运动分析

导杆机构的动态静力分析

n 2 l O2O4

l O2A

l O4B

l BC l O4S4

x S6

y S6

G 4

G 6 P

y p J S4 r/min mm

N mm kg.m 2

1 60 380 110 540 0.25 l O4B 0.5l O4B 240 50 200 700 7000 80 1.1

2 64 350 90 580 0.

3 l O4B 0.5l O4B 200 50 220 800 9000 80 1.2 3

72

430

110

810 0.36 l O4B 0.5l O4B 180

40

220

620

8000 100

1.2

表3-2

方案

飞轮转动惯量的确定

凸轮机构设计

齿轮机构的设计

δ

n O’

z 1 z O ’ z 1’ J O2 J O1 J O" J O ’ ψmax l O9D [α] Ф Фs Ф’ d O ’ d O" m 12 m O"1’ α

r/min

Kg.m 2

o

mm

o

mm

o

1 0.15 1440 10 20 40 0.5 0.3 0.

2 0.2 15 125 40 75 10 75 100 300 6 3.5 20 2 0.15 1440 1

3 16 40 0.5 0.

4 0.2

5 0.2 15 135 38 70 10 70 100 300 6

4 20

3 0.16 1440 15 19 50 0.5 0.3 0.2 0.2 15 130 42 75 10 65 100 300 6 3.5 20

三、方案设计及讨论

牛头刨床的主传动机构的原动件是曲柄；从

动件为刨头(滑块),行程中有急回特性；机构应有较

好的动力特性。要满足这些要求，用单一的四杆

机构是难以实现的。下面介绍几种仅供参考，更

多的方案有待读者自行构思。

1、如图3-19所示，牛头刨床的主传动机构采

用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采

用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角γ始终为

90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行

程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满

足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可

以使压力角α尽量小。图 3-19

2、如图3-20所示，牛头刨床的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在刨头往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律)。

刨刀切削工件时，受到较大的切削阻力作用，空程返回时无切削力作用，只须克服惯性力及运动副摩擦阻力。凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。

3、如图3-21所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮、齿条机构。齿条固结于刨头的下方。导杆机构如1中所述，扇形齿轮、齿条机构具有精确的传动比，能够承受较大的载荷。扇形齿轮的加工，要求保证一定的精度，工艺上的难度大一些；且扇形齿轮、齿条的中心距要求较高。

图 3-20 图 3-21

4、如图3-22所示，牛头刨床的主传动

机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。曲

柄摇杆机构可以满足牛头刨床的刨削工件

时，刨刀的速度较低，而刨刀返回时其速度

较高的急回特性要求；在刨削过程中，曲柄

摇杆机构的从动件摇杆3的压力角α是变

化的。

其它设计方案可由学生自行构思。 图 3-22

四、设计步骤

1、设计和选择方案

牛头刨床的主传动方案的设计与选择，可根据原始数据和没计要求，并充分考虑各种方案的特点进行。此外，还应考虑以下几个方面的问题：

1.1曲柄每分钟的转速2n ；

1.2机构的结构实现的可能性；

1.3根据所受切削力的大小，机构的传力特性； 2、确定设计路线

以牛头刨床的主传动方案Ⅰ为例，来说明设计路线。

首先，根据所选电动机的转速及曲柄的转速，进行带传动和齿轮传动的参数计算；根据刨头的往复运动并考虑由急回特性的要求，进行导杆机构、连杆滑块机构的设计。由凸轮机构带动棘轮机构，实现牛头刨床的工作台的进给运动。根据原始数据中所给的凸轮设计数据，进行凸轮机构设计。

3、设计牛头刨床的导杆机构

3.1根据曲柄每分钟转数2n 、各构件尺寸及重心位置，设计出导杆机构的机构运动简图。且刨头导路x x -位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上(见图4-2)。 3.2在完成导杆机构设计的基础上，进行运动分析和动态静力分析(仅考虑刨头和摇杆的惯性力)，包括用解析法建立数学模型，绘制程序框图，用计算机打印源程序与计算结果，并根据计算结果绘制运动线图(位移、速度、加速度线图)和平衡力矩线图。

4、飞轮设计

根据表3-1中机器运转的不均匀系数δ，具有定传动比的各构件的转动惯量1O J 、2O J 、

O J '、O J ''，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上)的转速2n 及某些齿轮的参数1z 、0''z 、1'z 。由动态

静力分析所得的平衡力矩b M ，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。

5、设计牛头刨床的凸轮机构

凸轮的摆杆推程和回程均为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ、远休止角s Φ、回程运动角Φ'，摆杆长度D O l 9，最大摆角max ψ，许用压力角[]α；凸轮与曲柄共轴。