【正文】 (b) 圖 318 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖 3－ 18a。電動機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄 2 和固結(jié)在其上的凸輪 8。刨床工作時，刨頭 6 和刨刀 7 作往復(fù)運(yùn)動。刨頭右行時，刨刀進(jìn)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(jī)容量和提高切削質(zhì)量。刨頭左行時，刨刀切削， 稱 空回行程。此 時 要求 速度較高， 以提高生產(chǎn)率 。 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(jī)構(gòu) 191011 與棘輪帶動螺 旋 機(jī)構(gòu) (圖中未畫 )， 使工作 臺 連同工 件 作 一 次進(jìn)給運(yùn)動，以 便刨刀繼續(xù) 切削 。 刨頭在工作行程中，受到很 大的切削阻力 (在切削的前后各有一段約 的空刀距離，見圖 318b )，而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運(yùn)動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)．故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減少電動機(jī)容量。 二、 設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù) ，見 表 31 和表 32 24 表 31 方案 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析 n2 lO2O4 lO2A lO4B lBC lO4S4 xS6 yS6 G4 G6 P yp JS4 r/min mm N mm 1 60 380 110 540 lO4B 240 50 200 700 7000 80 2 64 350 90 580 lO4B 200 50 220 800 9000 80 3 72 430 110 810 lO4B 180 40 220 620 8000 100 表 32 方案 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) δ nO’ z1 zO’ z1’ JO2 JO1 JO JO’ ψmax lO9D [α] Ф Фs Ф’ dO’ dO m12 mO1’ α r/min o mm o mm o 1 1440 10 20 40 15 125 40 75 10 75 100 300 6 20 2 1440 13 16 40 15 135 38 70 10 70 100 300 6 4 20 3 1440 15 19 50 15 130 42 75 10 65 100 300 6 20 三 、 方案設(shè)計(jì)及討論 牛頭刨床的 主傳動機(jī)構(gòu)的 原動件是曲柄；從動件為刨頭 (滑塊 ),行程中有急回特性；機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的動力特性。要滿足這些要求，用單一的四桿機(jī)構(gòu)是難以實(shí)現(xiàn)的。 下面介紹幾種僅供參考，更多的方案有待讀者自行構(gòu)思。 如圖 319 所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的 6 桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動角 ? 始終為90 o，且 適當(dāng) 確定構(gòu)件尺寸，可 以 保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻 ，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。 適當(dāng) 確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使壓力角 ? 盡量小。 圖 319 如圖 320 所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。適當(dāng)選擇凸輪運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計(jì)出凸輪廓線，可以實(shí)現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性 ；在刨頭往復(fù)運(yùn)動的過程中，避免加減速度的突變發(fā)生 (采用正弦加速度運(yùn)動規(guī)律 )。 刨刀切削工件時，受到較大的切削阻力作用，空程返回時無切削力作用，只須克服慣性力及運(yùn)動副摩擦阻力。凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，不宜承受較大的載荷。 如圖 321 所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和扇 形齒輪、齒條機(jī)構(gòu)。齒條固結(jié)于刨頭的下方。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如 1 中所述，扇形齒輪、齒條機(jī)構(gòu)具有精確的傳動比，能夠承受較大的載荷。扇形齒輪的加工，要求保證一定的精度，工藝上的難度大一些；且扇形齒輪、齒條的中心距要求較高。 25 圖 320 圖 321 如圖 322 所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以滿足牛頭刨床的刨削工件時，刨刀的速度較低，而刨刀返回時其速度較高的急回特性要求；在刨削過程中，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的從動件搖桿 3 的壓力角 ? 是變化的 。 其它設(shè)計(jì)方案可由學(xué)生自行構(gòu)思。 圖 322 四 、 設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)和選擇方案 牛頭刨床的主傳動方案的設(shè)計(jì)與選擇 ，可根據(jù)原始數(shù)據(jù)和沒計(jì)要求，并充分考慮各種方案的特點(diǎn)進(jìn)行。此外，還應(yīng)考慮以下幾個方面的問題： 曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)速 2n ； 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性； 根據(jù)所受切削力的大小，機(jī)構(gòu)的傳力特性； 確定設(shè)計(jì)路線 以 牛頭刨床的主傳動方案 Ⅰ 為例，來說明設(shè)計(jì)路線。 首先，根據(jù)所選電動機(jī)的轉(zhuǎn)速及曲柄的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行帶傳動和齒輪傳動的參數(shù)計(jì)算；根據(jù)刨頭的往復(fù)運(yùn)動并考慮由急回特性的要求，進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由凸輪機(jī)構(gòu)帶動棘輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)牛頭刨床的工作臺的進(jìn)給運(yùn)動 。根據(jù)原始數(shù)據(jù)中所給的凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 26 設(shè)計(jì)牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 2n 、各構(gòu)件尺寸及重心位置，設(shè)計(jì)出導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。且刨頭導(dǎo)路 xx? 位于導(dǎo)桿端點(diǎn) B 所作圓弧高的平分線上 (見圖 42)。 在完成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析 (僅考慮刨頭和搖桿的慣性力 )，包括用解析法建立數(shù)學(xué)模型，繪制程序 框圖，用計(jì)算機(jī)打印源程序與計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制運(yùn)動線圖 (位移、速 度、加速度線圖 )和平衡力矩線圖。 飛輪設(shè)計(jì) 根據(jù)表 31 中機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù) ? ， 具有定傳動比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量 1OJ 、 2OJ 、OJ? 、 OJ? ，曲柄 (飛輪安裝在曲柄軸上 )的轉(zhuǎn)速 2n 及某些齒輪的參數(shù) 1z 、 0?z 、 1?z 。由動態(tài)靜力分析所得的平衡力矩 bM ， 驅(qū)動力矩為常數(shù) ，進(jìn)行飛輪計(jì)算 。 設(shè)計(jì)牛頭刨床的凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪的擺桿推程和回程均為等加速等減速運(yùn)動規(guī)律，其推程運(yùn)動角 ? 、遠(yuǎn)休止角 s? 、回程運(yùn)動角 ?? ，擺桿長度 DOl9 ，最大擺角 max? ，許用壓力角 ??? ；凸輪與曲柄共軸。 用解析法算出凸輪理 輪 廓線坐標(biāo)，繪制凸輪機(jī)構(gòu)的 機(jī) 構(gòu)運(yùn)動簡圖或用圖解法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 檢驗(yàn)壓力角和最小曲率半徑，確定滾子直徑，求出凸輪實(shí)際廓線。 設(shè)計(jì)牛頭刨床的齒輪機(jī)構(gòu) 由原始數(shù)據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 39。0n 、曲柄的轉(zhuǎn)速 2n 、小帶輪直徑 39。0d 、皮帶輪直徑 0?d ，以及齒輪的齒數(shù) 1z 、 0?z 、 1?z 計(jì)算齒輪 2 的齒數(shù) 2z ； 27 由原始數(shù)據(jù)表中 模數(shù) 12m 、 1??Om ， 齒輪 分度圓壓力角 ? ；齒輪為正常齒制，工作情況為開式傳動 ，進(jìn)行齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 。 五 、 建議完成 工作量 建議對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)用計(jì)算機(jī)迸行輔助設(shè)計(jì)。根據(jù) 本 指導(dǎo)書提供的子程序，要求學(xué)生在熟悉各子程序功能、標(biāo)識符的意義及調(diào)用方法的情況下，編制并調(diào)試主程序，然后用自己調(diào)試好的程序系統(tǒng)算出運(yùn)動分析結(jié)果 。 動態(tài)靜力分析 ，飛輪設(shè)計(jì) 可以根據(jù)實(shí)際情況作為選作內(nèi)容；凸輪輪廓可用圖解法，亦可用解析法求出。 學(xué)生應(yīng)完成 ： 3 種主傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方案選擇，運(yùn)動循環(huán)圖。 三種運(yùn)動方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，所選定的運(yùn)動方案的 位移、速度、加速度線圖 ； 打印 學(xué)生自己編寫的運(yùn)動分析主程序、 主程序流程圖， 計(jì)算結(jié)果 ； 設(shè)計(jì) 說明書一份。 ， 繪于 1 張 1 號圖紙上。 完成上述任務(wù)需 周，其中上機(jī)機(jī)時約為 8～ 10 小時。 若課程設(shè)計(jì)的學(xué)時為 2 周，可以考慮再作 凸輪位移曲線及凸輪廓線圖， 3 號圖紙 1 張；或 動態(tài)靜力分析和飛輪設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ， 3 號圖紙 1 張（平衡力矩圖）及相應(yīng)的程序和計(jì)算內(nèi)容。 167。 34 插床設(shè)計(jì) 一、 設(shè)計(jì)題目 圖 323 圖 324 插床 主要由齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等組成，如圖 323 所示。電動機(jī)經(jīng)過減速裝置 (圖中只畫出齒輪 21,zz )， 使曲柄 1 轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 123456， 使 裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路 yy? 作往復(fù)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具切削運(yùn)動。為了縮短空程時間，提高生產(chǎn)率，要 28 求刀具具有急回運(yùn)動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運(yùn)動，是由固結(jié)于軸 2O 上的凸輪驅(qū)動擺動從動桿 DO4 和其他有關(guān)機(jī)構(gòu) (圖中未畫出 )來完成的。 二 、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ，見 表 3－ 3 表 33 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動 分析 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 的動態(tài)靜力 分析及飛輪轉(zhuǎn)動慣量確定 n1 K H lBC lO2O3 a b c ψmax [α] lO4D Ф ФS Ф’ z1 z2 m Α G3 G5 JS3 d Q δ r/min mm lO3B mm o mm o mm o N kgm2 mm N 60 2 100 1 150 50 50 125 15 40 125 60 10 60 13 40 8 20 160 320 120 1000 1/25 注：從動桿的加速度運(yùn)動規(guī)律為等加速、等減速運(yùn)動。 三 、 方案設(shè)計(jì)及討論 插 床的主傳動機(jī)構(gòu)的原動件是曲柄；從動件為滑塊 5,行程中有急回特性；機(jī)構(gòu)應(yīng)有較好的動力特性。下面介紹幾種僅供參考。 如圖 323 所示，插床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的 6 桿機(jī)構(gòu)。采用 擺動 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動角 ? 始終為 ?90 ，且 適當(dāng)?shù)?確定構(gòu)件尺寸，可保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。恰當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使壓力角 ? 盡 量小。 圖 325 圖 326 圖 327 如圖 326 所示，插床的主傳動機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 滑塊 2 與導(dǎo) 29 桿 3 之間的傳動角 ? 始終為 ?90 ； 可以實(shí)現(xiàn) 插刀 的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性； 采用對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 插刀 的 往復(fù)運(yùn)動。 主傳動機(jī)構(gòu)采用 6 桿機(jī)構(gòu)， 沒有 高副， 因此 可以承受較大的載荷。 與擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相比，在其他 條件相同的情況下，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)占據(jù)較大的空間。 如圖 327 所示， 插 床的主傳動機(jī)構(gòu)采用 雙曲柄 機(jī)構(gòu)和 曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)。 主動構(gòu)件 1勻速轉(zhuǎn)動，構(gòu)件 3 作變速運(yùn)動； 雙曲柄機(jī)構(gòu)中， 從動件 3 的壓力角 ? 是一個隨雙曲柄機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動而變化的值 ；可以實(shí)現(xiàn)插刀的工作行程速度較低，而返回行程速度較高的急回特性 。主傳動機(jī)構(gòu)采用 6 桿機(jī)構(gòu)，沒有高副，因此可以承受較大的載荷。 其它設(shè)計(jì)方案可由學(xué)生自行構(gòu)思。 四 、 設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)和選擇方案 插床的主傳動方案的設(shè)計(jì)與選擇，可根據(jù)原始數(shù)據(jù)和沒計(jì)要求，并 充分考慮各種方案的特點(diǎn)進(jìn)行。此外，還應(yīng)考慮以下幾個方面的問題： 曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)速 2n ； 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性； 根據(jù)所受切削力的大小，機(jī)構(gòu)的傳力特性； 確定設(shè)計(jì)路線 以插床的主傳動方案 Ⅰ 為例，來說明設(shè)計(jì)路線。 首先，根據(jù)曲柄的轉(zhuǎn)速 1n ，進(jìn)行齒輪傳動的參數(shù)計(jì)算；根據(jù)插刀的往復(fù)運(yùn)動并考慮急回特性的要求，進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。刀具與工作臺之間的 進(jìn)給運(yùn)動， 由凸輪機(jī)構(gòu) 和其他有關(guān)機(jī)構(gòu) (圖中未畫出 )實(shí)現(xiàn) 。根據(jù)原始數(shù)據(jù)中所給的凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)插床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 1n 、行程速比系數(shù) k 及刨刀的行程 H ，根據(jù)表 33 所給的各構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)出導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。且刨頭導(dǎo)路 yy? 位于導(dǎo)桿端點(diǎn) B 所作圓弧高的平分線上 (見圖 319)。 在完成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，由各構(gòu)件尺寸及重心位置進(jìn)行運(yùn)動分析和動態(tài) 靜力分析 (僅考慮滑塊 5 和搖桿 3 的慣性力 )，包括用解析法建立數(shù)學(xué)模型，繪制程序框圖，打印學(xué)生自己編寫的主 程序與計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制運(yùn)動線圖（位移、速度、加速度線圖）和平衡力矩線圖。 飛輪設(shè)計(jì) 根據(jù)表 33 中機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù) ? ，具有定傳動比的各構(gòu)件的 重量 3Q 、 5Q 及 轉(zhuǎn)動慣量 3SJ ，曲柄的轉(zhuǎn)速 1n 及某些齒輪的參數(shù) 1z 、 2z ，飛輪安裝在曲柄軸上 由動態(tài)靜力分析 30 所得的平衡力矩 bM ，驅(qū)動力矩為常數(shù)， 將飛輪安裝在曲柄軸上， 進(jìn)行飛輪計(jì)算。 設(shè)計(jì) 插床 的凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪的擺桿推程和回程均為等加速等減速運(yùn)動規(guī)律，其推程運(yùn)動角 ? 、遠(yuǎn)休止角 s? 、回程運(yùn)動角 ?? ，擺 桿長度 DOl4 ，最大擺角 max? ，許用壓力角 ??? ；凸輪與曲柄共軸。 用解析法算出凸輪理論廓線坐標(biāo)，繪制凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖或用圖解法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 檢驗(yàn)壓力角和最小曲率半徑，確定滾子直徑，求出凸輪實(shí)際廓線。 設(shè)計(jì) 插 床的齒輪機(jī)構(gòu) 由原始數(shù)據(jù)表中模數(shù) 12m 、 1??Om ，齒輪