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 318a。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 的空刀距离，见图 3-18 )，而H05. b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导杆机构的运动分析 导杆机构的动态静力分析n2 lO2O4 lO2A lO4B lBC lO4S4 xS6 yS6 G4 G6 P yp JS4方案r/min mm N mm kg.m21 60 380 110 540 0.25 lO4B 0.5lO4B 240 50 200 700 7000 80 1.12 64 350 90 580 0.3 lO4B 0.5lO4B 200 50 220 800 9000 80 1.23 72 430 110 810 0.36 lO4B 0.5lO4B 180 40 220 620 8000 100 1.2表 3-2飞轮转动惯量的确定 凸轮机构设计 齿轮机构的设计 nO z1 zO z1 JO2 JO1 JO JO max lO9D s dO dO m12 mO1 方案r/min Kg.m2 o mm o mm o1 0.15 1440 10 20 40 0.5 0.3 0.2 0.2 15 125 40 75 10 75 100 300 6 3.5 202 0.15 1440 13 16 40 0.5 0.4 0.25 0.2 15 135 38 70 10 70 100 300 6 4 203 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 始终为 o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工90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 尽量小。 图 3-192、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 3-214、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 ；2n1.2 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 、各构件尺寸及重心位置，设计出导杆机构的机构运动简2n图。且刨头导路 位于导杆端点 B 所作圆弧高的平分线上(见图 4-2)。x3.2 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 ，具有定传动比的各构件的转动惯量 、 1OJ2OJ、 、 ，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上 )的转速 及某些齿轮的参数 、 、 。OJ 2nz0由动态静力分析所得的平衡力矩 ，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。bM5、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 、远休止角 、s回程运动角 ，摆杆长度 ，最大摆角 ，许用压力角 ；凸轮与曲柄共轴。DOl9max5.1 用解析法算出凸轮理轮廓线坐标，绘制凸轮机构的机构运动简图或用图解法进行设计。5.2 检验压力角和最小曲率半径，确定滚子直径，求出凸轮实际廓线。6、设计牛头刨床的齿轮机构6.1 由原始数据电动机的转速 、曲柄的转速 、小带轮直径 、 ，皮带轮直径 ，0n2n0d0d以及齿轮的齿数 、 、 计算齿轮 2 的齿数 ；1z01 z6.2 由原始数据表中模数 、 ，齿轮分度圆压力角 ；齿轮为正常齿制，工作m1O情况为开式传动，进行齿轮机构的设计计算。五、建议完成工作量建议对导杆机构用计算机迸行辅助设计。根据本指导书提供的子程序，要求学生在熟悉各子程序功能、标识符的意义及调用方法的情况下，编制并调试主程序，然后用自己调试好的程序系统算出运动分析结果。动态静力分析，飞轮设计可以根据实际情况作为选作内容；凸轮轮廓可用图解法，亦可用解析法求出。学生应完成：1、3 种主传动机构的运动方案选择，运动循环图。2、三种运动方案的机构运动简图，所选定的运动方案的位移、速度、加速度线图；3、打印学生自己编写的运动分析主程序、主程序流程图，计算结果；4、设计说明书一份。1、 ，2、绘于 1 张 1 号图纸上。完成上述任务需 1.5 周，其中上机机时约为 810 小时。若课程设计的学时为 2 周，可以考虑再作凸轮位移曲线及凸轮廓线图，3 号图纸 1 张；或动态静力分析和飞轮设计的内容，3 号图纸 1 张（平衡力矩图）及相应的程序和计算内容。