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1、机械原理课程设计牛头刨床一、机构简介与设计数据1机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 如图 4-1 。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， 有倒杆机构 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
2、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 1b) ，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。a)b)图 1牛头刨床机构简图及阻力曲线图2、设计数据， 见表 1。表 1设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析方案n2lO2O4lO2AlO4Bl BClO4S4xS6yS6G4G6PypJS4r/minmmNmmkg.m21603801105400.25l O4B0.5 l O4B240502
3、007007000801.1264350905800.3lO4B0.5 l O4B200502208009000801.23724301108100.36l O4B0.5 l O4B1804022062080001001.2方飞轮转动惯量的确定凸轮机构设计nOz1zOz1 JO2JO1JOJOmaxlO9D s案r/minKg.m2ommo10.1514401020400.50.30.20.2151254075107520.1514401316400.50.40.250.2151353870107030.1614401519500.50.30.20.21513042751065二设计内容1导杆
4、机构的运动分析已知曲柄每分钟转数n2 ，各机构尺寸及重心位置， 且刨头导路 x-x 位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上（见图 2）。要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以图 2 曲柄位置图及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1 号图纸上（参考图例 1）。曲柄位置图的作法为（图2）取 1 和为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置， 和 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 方向将曲柄圆周作 12 等分的位置。2导杆机构的动态静力分析已知各机构的重量 G（曲柄略不计），导杆 4 绕重心的转动惯量2、滑块 3 和连杆 5
5、的重量都可以忽及切削力 P 的变化规律（图 1b）。表2机构位置分配表学生编号123456789101112131415123456789101112123位置编号7612113489学生编号161718192021222324252627282930位置编号45678910111212345610121125273864591011要求按表 4-2 所分配的第二行的一个位置， 求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例1）。3飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数，由动态静力分析所得的平衡力矩 ，具有定传动比的各机构的转动惯量 J，电动机、曲柄的转
6、速 、及某些齿轮的齿数（参见表 4-1 ）。驱动力矩为常数。要求用惯性力法确定安装在轴上的飞轮转动惯量。以上内容作在2 号图纸上（参考图例 2）。4凸轮机构设计已知摆杆 9为等加速等减速运动规律，其推程运动角、远休止角s 、回程运动角（图 4-3 ），摆杆长度，最大摆角，许用压力角 （参见表4-1 ）；凸轮与曲柄共轴。图 4-3摆杆加速度线图要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际轮廓。以上内容作在2 号图纸上（参考图例5）。1、曲柄位置“ 3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“ 3”进行速度分析。因构件 2 和 3 在 A 处的转动副相连，故 V
7、A2 =V A3 ，其大小等于 W2lO2A ， 方向垂直于 O2 A 线，指向与 2 一致。 =2n/60 rad/s=6.28rad/s22 = = l 6.280.11m/s=0.69m/sA3A22O2A=（ O2A）取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程，得 = +A4A3A4A3大小?方向O4AO2AO4B取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm(实际测量值以A1图纸上的尺寸线段为准), 作速度多边形如图 1-2 = = O B/ O A=0.81 m/sB5B4A444取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得C5=B5+C5B5大小?方
8、向XXO4BBCA3A4bPc图 1-22.加速度分析：取曲柄位置“ 3”进行加速度分析。因构件2 和 3 在 A 点处的转动副相连，nn,其大小等于2故 aA2= aA 32 l O2A,方向由 A 指向 O2。2nn=2=6.28222=6.28rad/s,aA3= aA22L O2A0.11 m/s =4.34m/svA4A3 = 4 =v A4/l O4A =0.62/0.48365=1.283rad/s vB= 4lO4BvC= 5 =v CB/l BCanA4 = 42lo4A =1.283 2x0.48365=0.796m/s2aKA4A3 = 24V A4A3 =2x1.283
9、x0.29185=0.75m/s2aN CB= 52 lCB=0.62 2x0.135=0.0519m/s2取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4= a A4n+a A4= a A3n+a A4A3 k+a A4A3 r大小 ? 2lO4A?2 ?44 A4A3方向 ?B A O4BA O2O4B（向右）O4B（沿导路）用加速度影象法求得a B5 = a B4 = a A4 lO4B/lO4A =0.125 m/s2取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC= aB+ aCBn+ aCB大小?方向xxCB BC取加速度极点为 P , 加速度比例尺 a=0.01（m/s2） /mm, 作加速度多边形如图 1-3 所示 .