牛头刨床传动机构设计

图 6.16 六杆机构一
图 6.17 六杆机构二
2）方案机构选型
表 6.3 主运动机构方案比较 方案 方案一 机构名称 偏置曲柄滑块机构 回转-平 移变换 满足 满足 满足 承载能力 较大 较大 较大 传力特性 较差 一般 好 机构所占空间 大 更大 小 运动平稳性 一般 一般 较好
方案二 曲柄摇杆-摇杆滑块机构 方案三 摆动导杆-摇杆滑块机构
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3）编程计算 参考第 4 章内容，编写程序，调用导杆机构和曲柄滑块机构子程序，输出相应曲线 和数据。 （4）导杆机构动态静力分析 为便于计算机求解，对该机构受力分析采用矩阵形式表示。该机构共 7 个低副， 1 个 平衡力矩，有 15 个力未知要素待定;而此结构有 5 个活动构件可列出 15 个力平衡方程。
① 速度分析
l b sin ) c
（6.15） （6.16） （6.17）
式（6.12）对时间求导得：
b4ei c5ei vc
两边分别乘以 e i ，取实部，得：
b4 sin( ) vc cos b4 sin( ) vc cos
①位置分析 由封闭矢量多边形 OABO 有：
b c = xC
be ce
i i ( )
（6.11）
xc
（6.12） （6.13） （6.14）
化简，实部虚部分别相等，得：来自百度文库b cos c cos xc 则滑块位置为： xc b cos c cos
arcsin(
i 得： di ae lo A cos
2
（6.1） （6.2） （6.3） （6.4）
a cos lo2 A cos
d a sin lo2 A sin
式（6.3） （6.4）相除，得：
a sin d （6.5） a cos a cos lo2a （6.6） cos i i 对式（6.2）求导，得： a1ie vA2 A3 s4ie tan
Fr
0.05H H
0.05H
x
（a） 图 6.14 牛头刨床
(b) （ b）
2）设计内容 ①根据牛头刨床的工作原理，拟定 2～3 个其他形式的执行机构（连杆机构） ，并对这些 机构进行分析对比； ②根据给定的数据，用解析法对导杆机构进行运动分析，建立参数化的数学模型、编程 分析，并选择一组数据，输出刨头位移曲线（S-φ 曲线） 、速度曲线（v-φ 曲线） 、加速度曲 线（a-φ 曲线） ； ③做导杆机构的动态静力分析；完成飞轮设计及运动循环图的绘制。 （2）主运动机构方案设计 1）拟定传动方案 根据牛头刨床的工作原理，拟定以下三 种执行机构方案 方案一：偏置曲柄滑块机构（如图 6.15） 特点：结构最为简单，能承受较大载荷，但
② 加速度分析
i
式（6.15）对时间求导得：
b4 2 ei c5iei ac
两边分别乘以 e ，展开后取实部并化简，得：
（6.18）
ac
2）机构运动分析设计程序框图
b4 2 sin( ) cos
（6.19）
开始 读入 a,b,c,d, lO2Cy ,,ω2 及一个运动循环曲柄转过角度 θ
综上，本设计主传动方案选取方案三。 （3）导杆机构的运动分析 1）运动分析 该牛头刨床导杆机构为六杆机构，拆分成两个四杆机构： （1）摆动导杆机构； （2）曲柄 滑块机构。求导杆 4 的角位移，角速度，角加速度，分析摆动导杆机构。如图 6.18 所示建 立坐标，可得： 由封闭矢量方程：
lO2 A l AO1 lO1O2
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2、牛头刨床传动机构设计
（1）设计任务 1）牛头刨床工作原理 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 如图 6.14 （a） 。 电动机经过减速传动装置 （皮 带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨头的往复运动。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。刨刀每切 削完一次，利用空回行程的时间，工作台应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 0.05H 的空刀距离，见 图 6.14（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，受力变化较大， 这就影响了主轴的平衡运转， 故需安装飞轮以减小主轴的速度波动， 以提高切削质量和减小 电动机容量。
图 6.15 偏置曲柄滑块机构
其存在有较大的缺点，一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而造成机构所需 活动空间较大；二是机构随着行程速比系数 K 的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。 方案二：六杆机构一（如图 6.16）
1
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特点： 由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成， 在传力特性和执行件的速度变化方面 比方案 1 有所改进，但在曲柄摇杆机构中，随着行程速比系数 K 的增大，机构的最大压力 角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案 1 更大。 方案三：六杆机构二（如图 6.17） 特点：由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成，克服了方案 2 的缺点，传力特性好， 机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。
图 6.18 六杆机构运动分析
（6.7） （6.8）
两边分别乘以 e i ，化简后取实部，得： v A3 A4 a1 sin( )
2
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取虚部，得： 4
a1 sin( ) lO2 A
（6.9） （6.10）
2vA3 A4 a12 sin( ) 对式（6.7）求导并化简，得： 3 lO2 A
θ1=5
求导杆 4 的角位移θ4，角速度ω4，角加速度α4；求 B 点的位移 S4，速度 V 求杆 5 的角位移θ5，角速度ω5；求刨头 E 点位移 SE 速度 VE 及加速度 输出 E 点位移 SE 速度 VE 加速度α 画出位移速度加速度随θ1 变化线图
θ1=θ
+5
是
θ1≤
360？ 否 结束
图 6.19 机构运动分析程序框图 3