机械原理课程设计牛头刨床设计

机械原理课程设计

实习报告

一、设计任务

二、牛头刨床简介及工作原理

三、原始参数

四、导杆机构的运动综合

五、用解析法作导杆机构的运动分析

六、导杆机构的动态静力分析

七、Matlab编程并绘图

八、行星轮系设计

九、变位齿轮设计

十、课程设计总结

十一、参考文献

十二、粉末成型压机方案设想

一、设计任务

1牛头刨床刀杆机构的运动综合、运动分析和动态静力分析； 2对牛头刨床传动装置中行星轮机构、齿轮机构进行综合。

二、牛头刨床简介及工作原理

牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。

为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动

速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同

进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经行星轮系和齿轮Z 4、 Z 5减速带动曲柄2转动。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头和刨刀作往复运动。刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产力。

图1牛头刨床外形图

三、原始参数

H ：刨头行程 ； K ：行程速比系数； Fc 切削阻力 ； m 4 m 5 m 6分别为导杆、连杆及刨头的质量；J 4、J 5分别分别为导杆4及导杆5绕各自质心的转动惯量；m 1、m H 分别为行星减速器中心轮及齿轮4、5的模数；Z 4，Z 5为齿轮4及5的齿数；n 1：电机转速；n 2：曲柄2及齿轮5的转速；k ：行星轮个数。

四、导杆机构的运动综合

设L O3B =L 3 L BF =L 4 L O3D =L '6 L O2A =L 1 L O3O2=L 6 L O3A =S 3 L DE =S E 1、导杆的摆角ψ K=1.8

180k 51.43180-︒+ψ

=⇒ψ=︒

︒ψ

2、导杆的长度L 3

3H/2

H 600mm L 691.4mm sin /2

=⇒==ψ

3、连杆的长度L 4

43L 0.3L 207.4mm =⨯=

4、刨头导路中心线xx 至O3点的垂直距离L '6

O3E 3L L cos 2622.9mm =⨯ψ=

根据已知xx 被认为通过圆弧BB ’的绕度ME 的中点D 知

O E

'

33O3M DM 63L L L L L L 657.2mm 2

-=-=-=

5、曲柄的长度L 1

616L 370mm L L sin /2160.5mm =⇒=⨯ψ=

6、切削越程长度0.05H ，如图所示

则切削越程长度为0.05H=0.05×600=30mm

7、机构运动简图

8、计算机构的自由度 F=3×5－2×7=1

五、用解析法作导杆机构的运动分析

如图所示，先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量3θ、

4θ、3S 、E S 。为求解需建立两个封闭的矢量方程，为此需利用两个封闭的图形O 3AO 2O 3及

O 3BFDO 3，由此可得：

→

→→

→

→

→→+=+=+E

S L L '6

4L3S3L1L6

并写成投影方程为：

’6

4433E 44331

16331133L sin L sin L 0S cos L cos L sin sin cos cos =+=-++==θθθθθθθθL L S L S

由上述各式可解得：

4

433E 3

1

1343

3641

11

163cos L cos L S cos cos L S L sin L L arcsin

cos L sin L L arctan

θθθθθθθθθ⨯+⨯=⨯=

⨯-=⨯⨯+=⋅

由以上各式即可求得3θ、4θ、3S 、E S 四个运动变量，而滑块的方位角2θ=3θ。

然后，分别将上式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，及得一下速度和加速度方程式。

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡//-=⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-∙00

cos sin S 0cos L cos L 0

1sin L -sin L -000cos S sin 00sin S -cos 11

1114334

433443333333θθθθθθθθ

θθL L w v w w E =⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-∙∙E αααθθθθθθ

θθ4334

4334433333333

S 0cos L cos L 0

1sin L -sin L -000cos S sin 00sin S -cos ⎥

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡//-+⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡

---∙

∙

00sin cos 0sin w L -s w L -00c w L -cos w L -0

00sin w S -cos cos 00cos w S sin S -sin 11

111114443334443333333333

3333333θθθθθθθθθθθθw L w L w in os S w w 而2w =3w 、

2α=3α

根据以上各式，将已知参数代入，即可应用计算机计算。并根据所得数值作出机构的位置线图、速度线图、加速度线图。这些线图称为机构的运动线图。通过这些线图可以一目了然的看出机构的一个运动循环中位移、速度、加速度的变化情况，有利于进一步掌握机构的性能。