1 機械原理 課程設計 說明書 日 期 2010.6.16 2 課程設計說明書 牛 頭 刨 床 1. 機構簡介 牛 頭 刨 床 是 一 種 用 于 平 面 切 削 加 工 的 機 床 。 電 動 機 經 皮 帶 和 齒 輪 傳 動 ，帶 動 曲 柄 2 和 固 結 在 其 上 的 凸 輪 8。刨 床 工 作 時 ,由 導 桿 機 構 2-3-4-5-6帶 動 刨 頭 6 和 刨 刀 7 作 往 復 運 動 。刨 頭 右 行 時 ，刨 刀 進 行 切 削 ，稱 工 作行 程 ，此 時 要 求 速 度 較 低 并 且 均 勻 ，以 減 少 電 動 機 容 量 和 提 高 切 削 質 量 ；刨 頭 左 行 時 ，刨 刀 不 切 削 ，稱 空 回 行 程 ，此 時 要 求 速 度 較 高 ，以 提 高 生產 率 。為 此 刨 床 采 用 有 急 回 作 用 的 導 桿 機 構 。刨 刀 每 次 削 完 一 次 ，利 用空 回 行 程 的 時 間 ，凸 輪 8 通 過 四 桿 機 構 1-9-10-11與 棘 輪 帶 動 螺 旋 機 構 ，使 工 作 臺 連 同 工 件 作 一 次 進 給 運 動 ，以 便 刨 刀 繼 續 切 削 。刨 頭 在 工 作 行程 中 ，受 到 很 大 的 切 削 阻 力 ，而 空 回 行 程 中 則 沒 有 切 削 阻 力 。因 此 刨 頭在 整 個 運 動 循 環 中 ， 受 力 變 化 是 很 大 的 ， 這 就 影 響 了 主 軸 的 勻 速 運 轉 ，故 需 安 裝 飛 輪 來 減 少 主 軸 的 速 度 波 動 ，以 提 高 切 削 質 量 和 減 少 電 動 機 容量。 1-1 3 1導桿機構的運動分析 已知 曲 柄 每 分 鐘 轉 數 n2， 各 構 件 尺 寸 及 重 心 位 置 ， 且 刨 頭 導 路 x-x位 于 導 桿 端 點 B 所 作 圓 弧 高 的 平 分 線 上 。 要求 作 機 構 的 運 動 簡 圖 ，并 作 機 構 兩 個 位 置 的 速 度 、加 速 度 多 邊 形 以及 刨 頭 的 運 動 線 圖 。以 上 內 容 與 后 面 動 態 靜 力 分 析 一 起 畫 在 1 號 圖 紙 上 。 1.1 設計數據 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄 2和固結在其上的凸輪 8。刨床工作時，由導桿機構 2-3-4-5-6 帶動刨頭 6 和刨刀 7 作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產效率。為此刨床采用急回作用得導桿機構。刨刀每切削 完一次，利用空回行程的時間，凸輪 8 通過四桿機構 1-9-10-11 與棘輪機構帶動螺旋機構，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質量和電動機容量。 設計內容 導桿機構的運動分析 符號 n2 LO2O4 LO2A Lo4B LBC Lo4s4 xS6 yS6 單位 r/min mm 方案 60 380 110 540 0.25lo4B 0.5 lo4B 240 50 1.2 曲柄位置的確定 曲 柄 位 置 圖 的 作 法 為 ： 取 1 和 8 為 工 作 行 程 起 點 和 終 點 所 對 應 的 曲 柄位置， 1和 7 為 切 削 起 點 和 終 點 所 對 應 的 曲 柄 位 置 ， 其 余 2、 3 12等 ， 是 由 位 置 1 起 ， 順 2 方 向 將 曲 柄 圓 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 圖 ）。 4 5 取 第 方 案 的 第 8位 置 和 第 5位置 （ 如 下 圖 ） 。 O 215423ABABCO 4 6 1.5 速度分析以 速 度 比 例 尺 =(0.01m/s)/mm 和 加 速 度 比 例 尺 a=(0.05m/s)/mm 用 相 對 運 動 的 圖 解 法 作 該 兩 個 位 置 的 速 度 多 邊 形 和 加 速 度 多 邊形 如 下 圖 1-4， 1-5， 并 將 其 結 果 列 入 表 格 （ 1-2） 表格 1-1 位置 未知量 方程 8和5號位置 VA4 A4=A3+A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B VC C5=B5+C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC aA aA4 =anA4+ aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r 大小 : 42lO4A ? 24A4 A3 ? 方向： BA O4B AO 2 O4B（向左） O4B（沿導路） ac ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5 大小 ? ? 方向 XX C B BC 7 8號位置速度圖：如圖 4由圖解得： Vc=0.00092562741m/s 8 8號位置加速度圖：如 圖Pa 4ba 3ka 4cPbb由圖解的： aC=6.9317473396m/s2 9 表格（ 1-2） 位置 要求 圖 解 法 結 果 8 vc（ m/s） 0.00092562741 ac(m/s) 6.9317473396 3 vc（ m/s） 0.6686416567 ac(m/s) 0.51220551952 各 點 的 速 度 ， 加 速 度 分 別 列 入 表 1-3， 1-4中 表 1-3 項目 位置 2 4 VA VB Vc 8 6.702064328 0.00619651064 0.002093915 0.00359397617 0.00092562741 3 6.702064328 1.16322679 0.4869253272 0.674671538 0.6686416567 單位 r/s r/s m/s 10 表 1-4 項目 位置 3AanAa4 tAa4 nBa tBa Ca8 4.04258997 0.0129669756 10- 3 4.04258997 7.06692638 6.9317473396 3 4.04258997 0.566404582 3.2141628081 4.52208379 0.51220551952 單位 2/sm 1.4 導桿機構的動態 靜 力分析 設計數據 導桿機構的動靜態分析 G4 G6 P yp Js4 N mm kgm2 220 800 9000 80 1.2 已知 各構件的重量 G（曲柄 2、滑塊 3 和連桿 5 的重量都可忽略不計），導桿 4 繞重心的轉動慣量 Js4 及切削力 P 的變化規律。 要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內容做在運動分析的同一張圖紙上。 首 先 按 桿 組 分 解 實 力 體 ， 用 力 多 邊 形 法 決 定 各 運 動 副 中 的 作 用 反 力 和加 于 曲 柄 上 的 平 衡 力 矩 。 參 考 圖 1-3， 將 其 分 解 為 5-6 桿 組 示 力 體 ，3-4 桿 組 示 力 體 和 曲 柄 。 圖 2-1 11 2.1 矢量圖解法： 取 5 號 位 置 為 研 究 對 象 ：F 45F I6N G 8xy2.1.1 5-6桿 組 示 力 體 共 受 五 個 力 ， 分 別 為 P、 G6、 Fi6、 R16、 R45, 其中 R45和 R16 方 向 已 知 ，大 小 未 知 ，切 削 力 P沿 X軸 方 向 ，指 向 刀 架 ，重力 G6和 支 座 反 力 F16 均 垂 直 于 質 心 ， R45沿 桿 方 向 由 C指向 B， 慣性力 Fi6大 小 可 由 運 動 分 析 求 得 ， 方 向 水 平 向 左 。 選 取 比 例 尺 = (10N)/mm， 作 力 的 多 邊 形 。 將 方 程 列 入 表 2-1。 U=10N/mm 已知 P=9000N， G6=800N， 又 ac=ac5=4.5795229205m/s2,那么我們可以計算 FI6=- G6/gac =-800/104.5795229205 =-366.361834N 又 F=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0， 方向 /x 軸 B C 大小 9000 800 ？ ？ 12 作為多邊行如圖 1-7 所示PG 6F I6F45N 13 圖 1-7 圖 1-7力多邊形可得： F45=8634.49503048N N=950.05283516 N 在圖 1-6中，對 c點取距，有 MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6y S6=0 代入數據得 x=1.11907557m 分離 3,4構件進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖 1-8所示， 2.1.2 對 3-4 桿 組 示 力 體 分 析 14 F 54F 23F xF yF I4G 4Mu=10N/mm 15 已知 ： F54=-F45=8634.49503048N， G4=220N aB4=aA4 lO4S4/lO4A=2.2610419m/s2 , S4=4=7.79669621rad/s2 由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/102.2610419N=-49.7429218N MS4=-JS4aS4=-9.35603545 在圖 1-8 中，對 O4 點取矩得： MO4= Ms4 + FI4x4 + F23x23+ F54x54 + G4x4 = 0 代入數據， 得MO4=-9.35603545-49.74292180.29+F230.41859878959+8634.495030480.57421702805+2200.04401216867=0 故 F23=11810.773N Fx + Fy + G4 + FI4 + F23 + F54 = 0 方向： ？ ？ M4o4 大小： O4B 16 G 4F I4F 23F 54F xF y由圖解得： Fx=2991.6124744N Fy=1414.4052384N 方向豎直向下 2.1.3 對 曲 柄 分 析 ， 共 受 2 個 力 ， 分 別 為 R32,R12 和 一 個