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简易牛头刨床机构设计


湖南农业大学

机械原理课程设计
简易牛头刨床机构设计说明书

06 级机械设计及自动化专业 指导老师: 高 英 武

姓名: 蒋 毅 学号: 200640601105

2008 年 5 月

目录 第一部分:设计任务书——————————————————————2<

br />1.设计课题 2.运动要求与基本数据 3.设计任务

第二部分:机构方案的确定————————————————————3
1.机床往复运动方案的确定 2.传动方案的确定 3.总传动比 1)各级传动比的分配 2)传动方案示意图

第三部分:运动循环图设计————————————————————6 第四部分:主要机构的设计计算——————————————————7
1.往复运动机构设计和运动误差分析 1)检验 rmin≥70o 2)运动分析 3) 往复运动 H 的调整措施 2.进击运动的驱动机构——凸轮机构的设计 1)根据运动循环图确定 δo 、δs、δo’、δs 2)确定 r0、A、L、φmax 3)凸轮轮廓曲线设计 3.传动系统的低速级齿轮设计计算 4.进给机构的间歇运动机构运动设计(棘轮机构+螺旋机构)

第五部分:对整机设计对结果分析————————————————14 第六部分:收获体会、建议————————————————————14 第七部分:参考文献———————————————————————14 第八部分: 附程序— ———————————————————————16 第九部分: 附 A3 的图纸— ————————————————————15

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第一部分:设计任务书

设计主题

简易牛头刨床机构设计

1) 刨刀运动为往复水平纵向运动,每分钟往复次数为 n1 三级可 调,行程为 H,左行程为切削工作行程,速度均匀,右行程 为回程,回程速度较快,行程速比系数为 K。 2)进给运动为工作台的间歇横向直线进给,工作台进给应在刨 刀非切削时间内进行, 进给量 fz 可调节,共 6 级(设为 n) , 运动要求与基本 数据 参数 n1(str/min) 60、64、72 H(mm) 650 K 1.7 fz(mm/str) 0.3~1.8 按等差级数分布。

数据

设计一种简易牛头刨床,列出几种不同的组合方案,对组合 方案进行定性分析,从中选出最佳方案。接下来从传动系统来设 计三联滑动齿轮机构,从而实现三种速度的转变;设计出运动循 环图,最后对主要机构进行设计计算:分别从往复运动(构件尺 寸、运动误差分析、检验 rmin、运动分析、往复行程 H 的调整措 施) ;进给机构的驱动机构——凸轮机构的设计(摆动从动件的 设计任务 运动规律、运动循环图来确定 δo 、δs、δo’ 、δs’、确定 r0、A、L、 φmax 等参数、凸轮轮廓的曲线设计、凸轮安装角的设计简图及说 明) ;传动系统齿轮设计的计算;进给机构的间歇运动机构运动 设计(棘轮机构+螺旋机构) 。最后对整体机构设计结果的分析、 个人收获和建议及参考文献。 用 A1 号图纸来绘画该小型插床的运动简图以及构件组合的 位移、速度、加速度的曲线和构件的运动分析图及计算结果;凸 轮的设计图和运动循环图。
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第二部分:机构方案的设计

设计内容

满足要求的机构示意图

方案特点

该方案工作效率 方案一 高,结构简单,力学性 能好。

该方案结构简单, 方案二 工作效率也较高,但执 行滑块处的力学性能不 高。

该方案结构复杂, 方案三 执行滑块处力学性能较 差。

通过工作效率,力学性能以及机构结构的复杂程 综合分析 度综合分析,机构方案确定为方案一。

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传动方案示意图
设计内容 传动方案示意图

传 动 方 案 示 意 设 计

简 要 说 明

该传动方案是由电动机的转动带动皮带轮转动,从而使三 联滑移齿轮转动,通过齿轮的啮合实现了从动件的转动,其中 三联滑移齿轮能实现三种不同速度的从动件转动。此机构在运 动过程中运转较平稳,传动效率高、功率大。

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设计内容

计算结果 i1 总=n 电/n1=1440/60=24 i2 总= n 电/n2=1440/64=22.5 i3 总= n 电/n3=1440/72=20 当 n 执=60r/min 时取 i1=2、i3=6 从而 i2=2 取 z1=32 就有 z2=64 、m=5 得 a12=m× (z1+z2) /2=240mm 当 n 执=64r/min 时取 i1’=2、 i3’=6 从而 i2’=1.875 取 z1’=32 就有 z2’=60 、m=5 得 a12’=m× (z1’+z2’) /2=230mm 变位系数:x1+x2=2.2768

设计结果 i1 总=24 i2 总=22.5 i3 总 =20 i2=24 z1=32 、z 2=64 m=5

传 动 方 案 的 确 定

i2’=1.875 z1’=32、z2’=60 m=5

当 n 执=72r/min 时取 i1”=2、 i3”=6 i2”=1.67 ” ” 从而 i2 =1.67 取 z1 =36 z1”=36、z2”=60 ” 就有 z2 =60 m=5 m=5 ” ” ” 得 a12 =m× (z1 +z2 )/2=240mm

带 轮 的 设 计

取 Dmin=60 D/Dmin=i=2 D=60*2=120 取标准 V 带轮的直径: 有 D=120mm

V

D1=60 D2=120

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第三部分:运动循环图设计

简要说明: 插刀的初始运动为刨刀前进方向,即起始位置为推程起始点,即摇杆与曲柄 相互垂直时, (摇杆约为 67°时) 。当曲柄开始逆时针转动(约-23°)时,刨刀 快速进刀,当(摇杆转到约 135 °) ,摇杆开始带动刨刀进入回程段。同时由凸 轮带动工作台进给,在完全退刀以前完成进给,以便于进刀的正常的工作。刨刀 工作时工作台静止。 当刨刀完成完一次进刀和退刀后回到初始位置。然后重复以 上过程。

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第四部分:主要机构的设计计算
主要机构的设计计算过程:

尺度综合: 已知,① 要求设计的机构压力角最小 ② 机架长 400—450mm,取 CA 机架=450mm ③ K=1.7,H=650mm 计算过程: ∵ 机架长度在 400—450mm 之间 ∴ 确定 CA 机架=450mm ∵ K=1.7 , K=(360 - Φ 1)/ Φ 1,Φ 1 = 400/2 ° ∴Φ 3 = 200 / 2 °,Φ 2 = 90 - 200 / 2 ° 在直角三角形 ABC 中,SinΦ 2= 0.3961 ∴ AB=178.245mm 又∵ 要求 H=650mm ∴ CE=820.4999mm ∴ED=325 / Cos 20 = 349.5 ∴CD = 753.3964 mm

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误差分析
误差分析 由公式 i 总=i1×i2×i3…ik Δi/i 理=|(i 理-i 实)|/i 理≤30‰ 一级变速时:i 理=24 i 带=2.02 i1=2 i2=6 i 实=i 带×i1×i2=24.24 就有:Δi/i 理=10‰<30.0‰ 二级变速时:i 理=22.5 分析过程

齿 轮 传 动 比

i 带=2.02 i1=1.875 i2=6 i 实=i 带×i1×i2=22.725 就有:Δi/i 理=15‰<30.0‰ 三级变速时:i 理=20 i 带=2.02 i1=1.67 i2=6 i 实=i 带×i1×i2=20.2404 就有:Δi/i 理=12‰<30.0‰ 由以上可得:此变速系统的齿轮合理

行 程 数 比 、 运 动 机 构
o

K 实=(1800+θ)/(1800-θ)=1.7213 就 有 : ΔK/K H 理=650mm


K 理=1.7


=| ( K



-K



) |/K

=12.5 ‰ <30.0 ‰

H 实=648.23mm 就有:ΔH/ H 理=|(H 理-H 实)|/H 理=2.723‰<30.0‰ 由以上可得:此行程数比 K 和运动机构合理
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检验 rmin≥70 ,即压力角α ﹤20°由几何法解得α ﹤20°故符合要求。

运动分析
点位 1 2 曲柄转角 140° 260° 刨刀位移 (mm) -73.3624 -48.8041 刨刀速度 (mm/s) -629.032 907.496 刨刀加速度 a (mm/ s2) 5381.41 6375.14

速度,加速度,位移计算由 C 语言程序得出。 (详见 第八部分程序)

凸轮机构的设计
1) 摆动从动件运动规律 推程:正弦运动规律 α 1=α0×sin[90×3.14×(δ -15)/85] 回程:余弦运动规律 α 2=α0×cos[90×3.14×(δ-120)/60] 2) 确定 r0=60mm 3) 确定 δ0=85° A=120mm δs=20° L=100mm Φ max=18° δ’’s=15° δ’0=60° δ’s=180°

4) 凸轮轮廓曲线设计
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根据推程角度计算公式和回程角度计算公式可求出一系列数值 数据列表如图所示

凸轮转角δ 0° 9° 18° 27° 36° 45° 54° 63°

推程α 0°

1

凸轮转角δ 63° 54° 45° 36° 27° 18° 9° 0°

回程α

2

12.473° 11.986° 10.254° 7.176° 3.736° 1.500° 0.836° 0°

0.836° 1.500° 3.736° 7.176° 10.254° 11.986° 12.473°

根据表中的数据用图解法可以求出凸轮的轮廓曲线。 凸轮的轮廓曲线的作图步骤如下: ① 以 O 为圆心,分别以 A 和 r0 为半径作同心圆,摆杆取 L=100mm。 ② 用反转法在大圆上取相应的推程运动角、远休止角、回程运动角、 近休止角。将推程运动角平均分成 9 份,回程运动角平均分成 9 份, 以每个等分点为圆心,摆杆长度为半径画圆弧,与小圆交于一系列 的点,连接这一系列的点与相应的等分点,再根据相应的 Φ 将摆杆 偏转,与刚才所画的圆弧的交点即为凸轮理论轮廓上的点,用光滑 的曲线将各点连接起来,得到凸轮的理论轮廓线。在轮廓线上取一 系列的点为圆心以 r 滚为半径的小圆,这些小圆的内包络线就是凸轮 的实际轮廓曲线。

传动系统的低速级齿轮设计计算及 Sa、ε a 的校核
已知:6>m≥4 Zmin﹤17

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齿轮参数表
齿轮 尺寸 名称 i x 1+x2 x m z d ha hf a da df db s e α α
a

1 6 0 0

2

3 2.0 0

4

5 1.875 2.276

6

7 1.67 0 0

8

0

0

0 5

1.130

1.146

0

16 80 5 6.25 280 490 467.5 451.05

96 480 5 6.25

32 160 5 6.25 240

64 320

32 168.6 5 6.25 240

60 311.2

36 180 5 6.25 240

60 300

90 67.5 75.17 7.85 7.85 20°

170 147.5 150.35

330 307.5 300.70

178.6 156.1 151.83

321.2 298.7 280.25

190 167.5 169.14

310 287.5 281.91 7.85 7.85 20°

7.85 7.85 20° 27.82 24.33

7.85 7.85 25.771° 27.49 24.43 27.10

23.00

33.35

24.58

Sa ε y △y
a

1.66

1.70

对以上数据进行校核都符合要求。
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进给机构的间歇运动机构运动设计(棘轮机构+螺旋机构)
1)计算棘轮机构齿数 Z,齿顶圆直径 Da 已知棘轮模数 m=2,丝杆螺距 t=6mm,单头 Z=总级数(n)/进给量(fz)=6/0.3=20 Da=mZ=20×2=40mm 2 进给机构的间歇运动机构示意图

机构实际组装图

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第五部分:对整机设计的结果分析
总体评价:该设计方案基本满足机械原理的功能和要求,有较好的稳定性,合
理性,经济性等优点,大体上能够满足工作要求,但仍然存在不足 的地方有待改进。

设计结果的主要不足:
1. 在机构方案确定的过程中,由于缺乏实践经验,以及对所学知识不牢,所 确定的机构可能不是最佳方案。 2. 在求速度、加速度等运动分析计算过程中用的是 C 语言编的程序,由于 编程能力有限,无法时确保精度与准确率,或者,可能由于语法出错,逻辑 不严谨,存在一定的误差。 3. 在传动比的设计过程中, 采用的是计算和拼凑的方法,计算出的齿轮传动 方案不是最佳,存在设计上的缺陷。 4. 在设计凸轮驱动进给机构时,推程有加速度突变,存在柔性冲击。

设计结果的改进:
1)设计传动齿轮过程中, 改善传动质量, 减少磨损, 尽可能设计成变位齿轮。 齿轮的传动比设计也不是很理想。 2)在设计过程中应多应用计算机,进行计算和仿真等功能。 3)凸轮的设计应尽量使其在不同的运动过程中采用不同的运动规律, 避免行 程中的突变,减少冲击。

第六部分:收获体会、建议
在本次课程设计中, 发现自己在机械原理这门课上还有很多的不足,但是此 次在进行与完成设计的同时, 也给了自己一次查漏补缺的的机会,巩固了前面所 学的知识。而且此次设计是一次团队的合作,锻炼了我们团队协作能力。再者, 通过查阅资料,增加了见识,开拓了视野,激发了我们思维,锻炼了我们的创新 能力。 建议在以后的学习中多开设有关设计和动手实践的课时,以及对同学们的 创新设计提供一个更好的平台。

第七部分:参考文献
【1】 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].7 版.北京:高等教育出版社,2006. 【2】 高英武,杨文敏.机械原理机械原理课程设计.湖南农业大学工学院,2008.

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