机械专业课程设计报告平面刨床设计.doc

平面刨床设计报告1. 机器简介： 平面刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。图1为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。 图表1.机械系统示意图 图表2.刨头阻力曲线图1.1设计条件：刨刀行程：H=300mm，空刀距：HO=0.05H；工作台进给量：0.3mm/次；刨头重量：G=400N;切削阻力：P=2.5KN；行程速比系数：K=1.1；速度不均匀系数许用值:0.05；主传动机构许用压力角：主40°，辅传动机构辅45°；工作频率：60次/分；电动机转速：n电=1450r/min;电动机功率储备系数：=1.5。1.2设计任务和要求：1.2.1设计减速系统： 设计减速传动系统。电机转速n电=1450r/min，要减到工作频率为60r/min，试设计传动方案及各级减速传动比的大小，绘制传动简图。说明机器的过载保护装置。 设计齿轮传动，若减速系统采用了齿轮传动，按等强度或等寿命条件设计齿轮传动，绘制齿轮传动啮合图。编写程序计算基本几何尺寸，验算重合度、小轮齿顶厚度、不跟切条件及过渡曲线不干涉条件。1.2.2设计刨削传动系统（传动系统I）设计运动方案，绘制机构示意图。设计机构尺寸，绘制机构运动简图。机构运动分析，打印结果数表，绘制输出构件刨刀的位移、速度、加速度图。机构受力分析，打印结果数表，绘制等效驱动力矩、阻力矩图。设计分论转动惯量，确定电动机功率。若要对行程H进行调节，请绘制可调行程的机构简图。并就实现行程变化的参数对机构进行运动分析和受力分析，输出必要的图表，得出对比结论。1.2.3设计说明 机构受力分析时，只计算切削阻力及刨头重量，不计其他构件重量及运动副摩擦阻力。2. 减速系统2.1一级减速：皮带轮减速（同时也为过载保护装置） 图表 1传动及过载保护装置减速说明：小轮D=40mm，大轮D=240mm,两轮由皮带连接，根据其线速度相等即： 小r小=大r大小=151.77rad/s,大=25.295rad/s。带轮传动不近可以以较为简单的方式使机构达到减速的目的，同时，带轮传动还可以祈祷过载保护的作用，单机构过载时，皮带打滑，则可避免对电动机的损坏。方案评价：单一的用带轮减速要达到24倍的减速会导致大带轮过大，同理用一对齿轮啮合也是相同的问题。而要完全使用带传动则会导致传动动力不足，而完全的多组齿轮啮合，由于齿轮加工繁琐，或导致成本增加，故综合分析选择带轮与齿轮共同减速的机构，同时大带轮还充当了飞轮的作用，起到了过载保护的作用。2.2二级减速：齿轮传动轴1向右连接小齿轮1，即相等。齿轮1与齿轮2啮合，齿轮2即带动主轴旋转。i12=1/2=大/2=4，即：z2/z1=4图表 2齿轮啮合图取m=5，=20°，ha*=1,c*=0.25,z1=17，r1=42.5mm,z2=68,r2=170mm。rb1=r1cosa=39.94mm rb2=r2cosa=157.55mmr1a=r1+ha*m=47.5mm r2a=r2+ha*m=175mmraf=r1-(ha*+c*)m=36.25mm r2f=r2-(ha*+c*)m=163.75mmaa1=cos-1（rb1/ra1）=32.77° aa2=cos-1(rb2/ra2)=25.8°校核重合度：a=z1(tan1-tan)+z2(tan2-tan)/2又acos=acos可得，=20°则有：a=2校核小轮1的齿顶厚度： S=m/2=7.85mm0.25mm两齿轮按标准设计，标准安装，变位系数为0。 3. 传动装置3.1传动方案的选择图表 3传动方案1方案评价：此为变形的曲柄摇杆机构，直接将滑块固接在传动大齿轮上，充当曲柄，该方案对滑槽的强度要求较大，因此从选材上说，材料成本较高。而且由于齿轮惯性较大，这会是固结的销钉磨损较大。图表 4传动方案2方案评价：此为直接采用带传动，由丝杠带动刀头运动。该方案要求大带轮与小轮的直径比较大，造成大轮过大，并且丝杠传动达不到较高的传动速度，其摩擦较大，造成不必要的耗功。图表 5传动方案3方案评价：该方案为方案1的变形，从运动的角度来说，其和方案一完全一直，但从加工和成本的角度来说，简单的滑块便于加工，且由于曲柄较短，则对曲柄强度的考虑可以忽略。从而该方案不仅从运动上是人们熟知的曲柄滑块机构，易于分析，且其机构简单，各构件的强度要求低，加工简单，成本低。3.2基本参数的确定： 图表 6尺寸分析图根据K=1.1，可知，amax=4.29°,则有，O1Bsina=H/2=150mm,解得：O1B=2096.02mm,取O2B=50mm,则有，O1O2=O2B/sin4.29°=668.4mm,取BC=150，由于主传动机构许用压力角：主40°，辅传动机构辅45°，则有H=BCsin40°+AO1cos4.29°=2096.02mm图表 7机构简图 u=53.3位移、速度、加速度分析3.3.1位移分析：Sc=B01sina+BCsinb在水平方向上进行长度投影有：BO1cosa+BCcosb=H/2 在三角形O1O2A由正弦定理得：sina=AO2sin(wt-a)/O1O2(0°a90°) sina=-AO2sin(wt-a)/O1O2(90°a180°)根据判断，当90°a180°时，wt<a,即sin(wt-a)<0,故： sina=AO2sin(wt-a)/O1O2 由得：cos2a=O1O22-AO22sin2(wt-a)/O1O2 cosb=(O1O-BO1cosa)/BC sin2b=1-cos2b即：Sc=B01sina+BCsinb，将上式带入即得Sc的方程。3.3.2速度分析 VB=VeBO1/AO1由余弦定理有：AO12=O1O22+AO22+2O1O2coswtVe=VAcos(wt-a) Vr=VAsin(wt-a)2AO1=2VrVe/AO1+W2AO1sin(wt-a)Vc=VB+VBC 即：Vc·j=VBg(a)+VCBg(b) ·g(b): Vcsinb=VBsin(b-a) Vc=VBsin(b-a)/sinb3.3.3加速度分析： aA=ar+aen+aet+akAO1=W2AO2sin(wt-a)+2VrWeaC=aBn+aCBn+aBt+aCBt其中：aBn =Ve2BO1/AO12 aBt=2BO1aC·j=-aBne(a)+aBtg(a)-Ve2BCe(b)/AO12+2BCg(b)·e(b)有：aCsina=-aBncos(a-b)+aBtsin(b-a)- Ve2BC/AO12aC=-aBncos(a-b)+aBtsin(b-a)- Ve2BC/AO12/ sinawt/°sin1cos1sin2cos2Sc/mvc/(m/s) ac/(m/s/s)0010.7959720.6053330.1193960.876891-0.32766374100.0120980.9999270.7952270.6063120.1435430.8581470.680128061200.0238980.9997140.7930540.6091510.1668780.8186531.656242283300.0351050.9993840.7896380.6135730.188840.7593512.574199414400.0454310.9989670.7852840.6191360.2088920.6813813.408637664500.0545940.9985090.7804090.625270.2265340.5860884.135594838600.0623260.9980560.775520.6313230.2413060.4750154.732870636700.068380.9976590.7711750.6366240.2527930.3498955.1805155800.0725330.9973660.7679210.6405450.2606320.2126655.461524874900.0745970.9972140.7662180.642580.2645160.0655295.5628379071000.0744320.9972260.7663570.6424150.264205-0.08895.4766914041100.0719530.9974080.7683890.6399830.25954-0.247375.2022105031200.0671490.9977430.7720960.6355060.250463-0.405774.7468435931300.060090.9981930.7770080.629490.237045-0.558914.1270110061400.0509410.9987020.7824690.6226890.219518-0.70063.367356051500.0399620.9992010.7877370.6160120.198293-0.823962.4983998061600.0275090.9996220.7920990.6103920.173977-0.922021.5530919551700.0140220.9999020.7949710.6066480.147362-0.988520.563350963180010.7959720.6053330.119396-1.01869-0.4422034190-0.014020.9999020.7949710.6066480.091129-1.0099-1.43864176200-0.027510.9996220.7920990.6103920.063653-0.96198-2.40344028210-0.039960.9992010.7877370.6160120.038028-0.87717-3.31445755220-0.050940.9987020.7824690.6226890.015223-0.75989-4.14832111230-0.060090.9981930.7770080.62949-0.00394-0.61622-4.88003322240-0.067150.9977430.7720960.635506-0.01883-0.45336-5.48400722250-0.071950.9974080.7683890.639983-0.02902-0.279-5.93621058260-0.074430.9972260.7663570.642415-0.0343-0.10077-6.21678372270-0.07460.9972140.7662180.64258-0.034650.074302-6.31243201280-0.072530.9973660.7679210.640545-0.030260.240133-6.21801078290-0.068380.9976590.7711750.636624-0.021440.391865-5.93699185300-0.062330.9980560.775520.631323-0.008650.525898-5.4808372310-0.054590.9985090.7804090.625270.0075890.639789-4.86758916320-0.045430.9989670.7852840.6191360.0266930.732061-4.12011521330-0.035110.9993840.7896380.6135730.0480520.801966-3.26440303340-0.02390.9997140.7930540.6091510.0710380.849279-2.328155350-0.01210.9999270.7952270.6063120.0950260.874127-1.33976802360010.7959720.6053330.1193960.876891-0.32766374图表 8wt的变化曲线图表 9Sc的变化曲线图表 10Vc变化曲线图图表 11加速度变化曲线图3.4受力分析 Mrwo=FVc wo为飞轮，即大皮带轮的转速 F=2.5KN由此可得：Mr=2500VBsin(b-a)/sinb/25.295用EXCEL编辑以上公式，可得到Mr的曲线。令：Sc=0.05H时，wt=,Sc=0.95H时，wt=,则，Mr的曲线仅有与间的一段，其余部分由于不受切削阻力，Mr=0，其中 又有平衡条件可知：Md=Mr,而Md为常数，则利用曲线图，可知，Md为与Mr在与间的曲线与坐标轴所围面积相等的举行，其长为2，高即为等效工作力。具体操作见EXCEL表格。 0 0<Sb<0.2491 即 0<wt<70°Mr= -FV/w。 0.2491<Sb<-0.201 即 70°<wt<240° 0 其它 即 240°<wt<360°Mr/(N*m)Wr/(N*m)Wmax/(N*m)Md/(N*m)0026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.91896-34.5814-6.035626.91896-21.0185-3.6684226.91896-6.47652-1.1303726.918968.7862391.53348826.9189624.448964.267149-0.431126.9189640.103816.9994352.30119126.9189655.239199.6410574.94281326.9189669.2431712.085217.38696826.9189681.4353514.213159.51490526.9189691.1269915.9046611.2064226.9189697.6990617.051712.3534626.91896100.681117.5721612.8739126.9189699.8126317.4205912.7223526.9189695.075716.5938411.895626.9189686.693615.1308910.4326426.9189675.1023513.107838.40958826.9189660.9034610.629665.93141426.9189644.807447.8203733.12212826.9189600112.662326.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918960026.918963.5转动惯量一周期内：阻力矩做功：Wr=169.1368N*M, 等效驱动力矩：Md=Wr/2=26.919N*M,在Mr圆周，Mr=26.919N*M得：Wt=120°所以最大盈亏工：Wmax=112.6623N*M，飞轮Jfe=Wmax/w。=3.52kg*m*m,电动机功率P=Md*w。*=1.021kw图表 12阻力矩变化图图表 13等效驱动力矩图3.6，可变行程的设计15，16为螺纹螺母连接，可以通过松动螺母移动光杆17，选择确定的H后，将螺母拧紧，即能得到不同的行程。 由位移分析可知：BO1cosa+BCcosb=H/2BO1,BC为定值，b为压力角，其有许用值，因此只可能是a角发生改变，而a=180°(K-1)/(k+1),因此，形成速比系数改变，即，V快/V慢改变。 由速度分析可知：Vc=VBsin(b-a)/sinb故Vc亦改变。 由加速度分析知：aC=-aBncos(a-b)+aBtsin(b-a)- Ve2BC/AO12/ sina4. 心得体会通过此次设计，学会如何利用手边的资源解决实际问题，如何查阅资料，如何通过观察实际生活中的事物结合专业产生创新性的想法。其次，在这半周的时间中还复习了之前学习的如理论力学方面的知识，从某种角度上巩固了自己的专业基本功，将理论运用到实践中，更深刻的理解了基础知识。并且这次设计有部分内容是小组作业，也让自己学会了如何在小组中相互配合相互协调。参考文献：1魏文军，高英武，张云文主编.机械原理.中国农业大学出版社， 20042张云文，李海涛，姚海蓉主编.机械原理辅助教材.20063邹慧君主编.机械运动方案设计手册.上海交通大学出版社 ，19944郭仁生主编.机械工程设计分析和matlab应用.机械工业出版社，20065王云，玉安主编.机械设计基础案例教程.北京航空航天大学出版社，20066哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.高等教育出版社，2002