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1、广西工学院 机械原理 课程设计说 明 书设计题目 牛头刨床 系 别 机械工程系 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 日 期 2010.06.07-2010.06.18课程设计说明书牛 头 刨 床1. 机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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。刨刀每次削完一次，利用空回行
2、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，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，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，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图1-11导杆机构的运动分析 已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。要求 作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。1.1 设计数据牛头刨床是
3、一种用于平面切削加工的机床。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，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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与棘轮机构带动螺旋机构，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，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
4、很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。设计数据：设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.21.2曲柄位置的确定曲柄位置图的作法
5、为：取1和8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 图1-2选择表中方案取第2位置和第8位置（如下图1-3）。图1-31.3速度分析以速度比例尺=(0.01m/s)/mm和加速度比例尺a=(0.05m/s)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量方程 2和8杆 VA4 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4BVC5C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B
6、BCaA4 aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： BA O4B AO2 O4B（向左） O4B（沿导路） ac5VB5=VB4ac5= aB5+ ac5B5大小 ? ?方向 XX BC2杆速度图：如图1-4图1-42杆加速度图：如图1-5图1-58杆速度图：如图1-6 图1-68杆加速度图：如1-7表格（1-2）位置要求图解法结果2Vc5（m/s）0.4169272525ac5(m/s)4.1378615088Vc5（m/s）0.0035326781Ac5(m/s)6.6947598675各点的速度，加速度分别
7、列入表1-3，1-4中表1-3项目位置24VA4A3VA4Vc526.702064321.23035810.531600270.285016220.4169272586.702064322.25131160.603182150.002093910.00353267单位1rad/s1rad/sm/s表1-4项目位置aA4aA3aBC22.7805705240.2118673412.772487094.042589950.6386011084.13786150883.96781309890.0000129749753.96781304.042585021.75779059266.69475986单
8、位1.4导杆机构的动态静力分析已知 各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。首先按杆组分解实力体，用力多边形法决定各运动副中的作用反力和加于曲柄上的平衡力矩。参考图1-3，将其分解为5-6杆组示力体，3-4杆组示力体和曲柄。图2-12.1矢量图解法：2.1.1 5-6杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45和R16 方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力F16 均垂直于质心，
9、 R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺= (10N)/mm，作力的多边形。将方程列入表2-1。U=10N/mm已知P=0N，G6=800N，又ac=ac5=6.6947598675m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/106.6947598675=-535.580789 又F=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，作为多边行如图1-7所示图1-7图1-7力多边形可得： FR45=536.4475789N FR16= 830.648267N 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，2.1.2对3-4杆
10、组示力体分析已知： F54=-F45=536.4475789N，G4=220NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=4.60918918m/s2 , S4=15.8937558rad/s2 由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/104.60918918N=-101.4202162N MS4=-JS4S4=-1.215.8937558Nm= -19.072507Nm 在图1-8中，对O4点取矩得：M O4=G4x*lo4B+FIx* lo4B+FR54x* lo4B+FR24x* lo4B+M=0代入数据， 解得FR24=534.961814N2.1.3 对曲柄分析，共受2个力，分别为R32,R12和一个力偶M，由于滑块3为二力杆，所以R32= R34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以FR12与FR32等大反力，由此可以求得:h2=0.09m,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即 即M=48.1665633 Nm