牛头刨床机构设计讲解

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

学生姓名汪在福

班级铁车二班

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

回

6

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、和加速度线图。。

4、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真模型。

6、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）主动曲柄AB等速转动时，从动曲柄DC做变速运动，并有急回特性。

（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4O 点为基点用以确定尺寸，滑块6导程回路距基点4O 距离L ；摆动导杆运动所绕圆心2O 距基点4O 距离42O O l ；导杆A O 2的长度A O l 2；导杆B O 4的长度B O l 4；连杆BC 长度BC l 。

由题目已知尺寸及相互关系：

机架 24430O O l mm =； 工作行程H=400mm ； 连杆与导杆之比

40.36BC

O B

l l =； 行程速比系数 1.4K =。 .根据所给数据确定机构尺寸

极位夹角：k 1 1.41

180180=301 1.41

k θ--==++。。。

导杆长度414001

77322sin15sin 2BO H l θ===。

mm 连杆长度：BC l =0.36 4BO l =278mm 曲柄长度:224sin

430*sin151112

AO O O l l θ

===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3α，刨头可能的最大压力角位置是导杆B 和'B ，设压力角为1α ，2α （见下图五）。根据几何关系3α=

12

αθ

+。由于2α与

1α，3α呈背离关系，即2α增加则1α，3α减小且3α＞1α。则要使机构整体压力最小，

只要有2α=3α，当刨头处于导杆摆弧平均置处1α =2α，则 BC

BO l l )

2cos 1(2

1arcsin 42θ

α-=所以

44411

(1cos )773*773(1cos15)77313760222

CO BO BO y L l mm θ=--=--=-=