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牛头刨床机构设计
发表时间:2019-12-04 08:57

  机械原理设计说明书 设计题目: 牛头刨床机构设计 学 生: 汪在福 班 级 : 铁车二班 学 号 : 20116473 指导老师: 何 俊 机械原理设计说明书 设计题目: 牛头刨床机构设计 汪在福 铁车二班 学生姓名 班 级 学 号 20116473 一、设计题目简介 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 二、 设计数据与要求 电动机轴与曲柄轴 2 平行,刨刀刀刃 D 点与铰链点 C 的垂直距离为 50mm,使用寿命 10 年,每日一班制工作,载荷有轻微冲击。允许曲柄 2 转速偏差为± 5%。要求导杆机构的最大压 力角应为最小值;凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内,摆动从动件 9 的升、回程运动规 律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按 0.95 计算,系统有过载保护。按小批量生产 规模设计 题 号 转 速 架 机 作 行 程 工 程 速 比 系 数 C 0 5 4 4 30 00 .4 1 36 0. 800 3 2 2 0 行 连 力 导杆机构运动分析 导杆机构动态 静力分析 工 导 滑 导 动 件 最 大 摆 角 8 .2 1 5 1 1 30 2 4 5 6 0 1 5 6 从 动 杆 杆 长 从 用 压 力 角 许 推 远 程 运 动 角 回 杆与导 作阻 杆 块 杆 杆之比 质 质 转 量 量 动 惯 量 程 休 运 止 动 角 角 凸轮机构设计 三、 设计任务 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、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、用软件(VB、MATLAB、ADAMS 或 SOLIDWORKS 等均可)对执行机构进行运动仿真,并 画出输出机构的位移、速度、和加速度线、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模,细化机构仿真模型,并给系统加力,写出外 加力的参数化函数语句,打印外加力的曲线,并求出最大平衡力矩和功率。 5、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数,确定凸轮的基本尺寸(基圆半径 ro、机架 lO2O9 和滚子半径 rr) ,并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下,在软件中建模, 画出凸轮机构的实际廓线,打印出从动件运动规律和凸轮机构仿线、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。 四.设计过程 (一)方案选择与确定 方案一:如图(1)采用双曲柄六杆机构 ABCD,曲柄 AB 和 CD 不等长。 方案特点: (1) 特性。 (2) 在双曲柄机构 ABCD 上串联偏置式曲柄滑块机构 DCE, 并在滑 主动曲柄 AB 等速转动时, 从动曲柄 DC 做变速运动, 并有急回 块上固结刨头,两个连杆机构串联,使急回作用更加显著。同时回程有较大 的加速度,提高了刨床的效率。 图一 方案二:方案为偏置曲柄滑块机构。如图二 图二 方案特点:结构简单,能承受较大载荷,但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,从而带来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。 方案三:由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的 速度变化方面比方案(二)有所改进,但在曲柄摇杆机构 ABCD 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(二)更大。 如图三 图三 方案四:由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。该方案克服了方案(三)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。如 图四 图四 方案确定:综上,方案四较为合理 (二)传动机构尺寸的确定 令 O4 点为基点用以确定尺寸,滑块 6 导程回路距基点 O4 距离 L ;摆动导杆运动所 绕圆心 O2 距基点 O4 距离 lO2O4 ;导杆 O2 A 的长度 l O2 A ;导杆 O4 B 的长度 l O4 B ;连杆 BC 长 度 l BC 。 由题目已知尺寸及相互关系: 机架 lO2O4 ? 430 mm ; 连杆与导杆之比 工作行程 H=400mm; 行程速比系数 K ? 1.4 。 lBC ? 0.36 ; lO4 B .根据所给数据确定机构尺寸 k ?1 1.4 ? 1 ? 180。 =30。 极位夹角: ? ? 180。 k ?1 1.4 ? 1 H 1 400 1 导杆长度 lBO 4 ? ? ? 773 mm 2 sin ? 2 sin15。 2 连杆长度: l BC =0.36 l BO 4 =278mm 曲柄长度: l AO 2 ? lO 2O 4 sin ? 2 ? 430*sin15 ? 111 mm 为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性; 即要求设计时使得机构的最大压 力角具有最小,,应此分析得出:只有将构件 5 即 B 点移到两极限位置连线的中垂线上, 才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值。分析如下: 解:当导杆摆到左边最大位置时,最大压力角为 ? 3 ,刨头可能的最大压力角位置是 导杆 B 和 B ,设压力角为 ?1 ,? 2 (见下图五) 。根据几何关系 ? 3 = ? 2 ? ? 1 。由于 ? 2 与 ?1 , ? 3 呈背离关系,即 ? 2 增加则 ?1 , ? 3 减小且 ? 3 > ?1 。则要使机构整体压力最小, 1 ? l BO 4 (1 ? cos ) 2 =?2 , 则 arcsin? 2 ? 2 l BC 只要有 ? 2 = ? 3 , 当刨头处于导杆摆弧平均置处 ?1 所以 1 ? 1 yCO 4 ? LBO 4 ? lBO 4 (1 ? cos ) ? 773 ? *773(1 ? cos15) ? 773 ? 13 ? 760mm 2 2 2 (图五) (图六) (三)机构运动简图的绘制 选取一长度比例尺,机构运动简图的绘图如图六所示 通过上面的计算,确定数据汇总如下: 极位夹角:30 度 连杆:278mm 导杆:778mm 曲柄:111mm 高度:760mm (四)静力分析 1)对曲柄,由平衡条件有: ? Fx =0, F21 x + Fo 2 x =0; ? Fy =0, F21 y + Fo2 y =0; ? MO2 =0; F21 x l 1 sinθ2- F21 y l 1 cosθ2-T N =0 2)对导杆,又平衡条件有: ? ? Fx =0, Fy =0, F O4 x +F 43x -F 23 sinθ 4 =0 ; F O4 y +F 43y + F 23 cosθ 4 -m 2 g=0; - F 43x l 3 sinθ 4 + F 43y l 3 cosθ 4 -1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 + F 23 s 3 =0 ? M o4 =0, 3)对滑块, 由平衡条件有 ? ? Fx =0, Fy =0, F 32 sinθ 4 -F 12 x =0 - F 32 cosθ 4 -F 12 y =0 4)对连杆,由平衡条件有 ? ? Fx =0, Fy =0, -F 34 x -F max =0; F cy -F 34 y =0; F cy l 4 cosθ 5 + F max l 4 sinθ 5 =0 ? M o4 =0, 综上所述联立方程求得 F 34 x =- F max F cy =- F max tanθ 5 F 34 y =- F max tanθ 5 F 23 =(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 )/ s 3 F O4 x =- F max +(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 )sinθ 3 / s 3 F O4 y = m 2 g- F max tanθ 5 -(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 ) cosθ 4 / s 3 F 12 x =-(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 )sinθ 4 / s 3 F 12 y =(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 )cosθ 4 / s 3 Fo 2 x = F 12 x Fo2 y = F 12 y T N =(F max l 3 sinθ 4 - F max tanθ 5 l 3 cosθ 4 +1/2 m 2 g l 3 cosθ 4 )l 1 cos(θ 2 -θ 4 )/ s 3 (五)凸轮设计 1. 凸轮机构的设计要求概述: 1)已知摆杆 9 作等加速等减速运动,要求确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子 半径,有题目可以知道该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。 各数据如表: 符号 ψ max 单位 数据 15 lO9D mm ° . 130 15061 15 65 lO9O2 ro rr Φ ° 10 65 Φs Φ’ α 。 42 2)由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表: 推程 0≤2φ ≤Φ o /2 ψ =24*Φ *Φ /(25*π ) ω =96φ /25 β =192π /25 推程Φ o /2≤φ ≤Φ o 2 π ω =96(5π /12-φ ) /12 回程Φ o+Φ s≤φ ≤Φ o+Φ s+Φ o/2 ψ =π /12-24(φ -17π /36)2/25π ω =-96(φ -17π /36)2/25 β =-192π /25 回程Φ o+Φ s+Φ ’o/2≤φ ≤Φ o+Φ s+Φ ’o ω =-96(8π /9-φ )2/25 β =192π /25 ψ =π /12-24(5π /12-φ )2/25 ψ =24(8π /9-φ )2/25π β =-192π /25 3)依据上述运动方程绘制角位移ψ 、角速度ω 、及角加速度β 的曲线) 、角位移曲线: ψ( ) φ( ) φ( ) 图(1) ①、取凸轮转角比例尺μ φ =1.25°/mm 和螺杆摆角的比例尺μ ψ =0.5°/mm 在轴上截取 线 点做横轴的垂线, 并在该垂线' 代表(先做前半部分抛物线 两点,分别过这两点做ψ 轴的平行线。 ②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点 1'和 2 ' 。 ③、将坐标原点分别与点 1',2',3'相连,得线 点且平行与 轴的直线"连成光滑的曲线,即为等加速运动的位移曲线的部分,后 半段等减速运动的位移曲线)角速度ω 曲线: ①、选凸轮转角比例尺μ φ =1.25°/mm 和角速度比例尺μ ω =0.0837(rad/s)/mm,在轴上 截取线段代表。 ω( ) ' φ (°) 10' 图(2) ②由角速度方程可得φ =φ o/2, ω = ω max ,求得 v 换算到图示长度,3 点处φ =Φ 0/2,故 ω max 位于过 3 点且平行与ω 轴的直线.由于运动为等加速、等减速,故连接 03'即为此 段的角速度图,下一端为等减速连接 3'6 即为这段角速度曲线。 ③其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。 五.运动仿真 通过 adams 进行运动仿线 运动仿真图 进一步分析得到运动曲线 刨头输出位移图 图 5.3 刨头输出速度图 图 5.4 刨头输出加速度曲线 六.三维建模 用 proe 进行三维建模,如图 6.1 图 6.1 三维建模图

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