西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書機(jī)械子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與分析牛 頭 刨 床 的 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué) 校 名 稱 : 西安工業(yè)大學(xué) 設(shè) 計(jì) 者 : XXXXXX 學(xué) 號(hào) : XXXXXXXX 指 導(dǎo) 教 師 : XXXXXXXXXX 二 〇 一 〇 年 六 月 十 日西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書目錄機(jī)械子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與分析 .1牛 頭 刨 床 的 設(shè) 計(jì) 說 明 書 .1摘要 3關(guān)鍵詞 3第一章:緒論 31) 課 程 設(shè) 計(jì) 目 的 .32) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù) .33) 牛 頭 刨 床 簡(jiǎn) 介 .44) 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) .4第二章:方案設(shè)計(jì) 5運(yùn) 動(dòng) 要 求 .5方 案 ( 1) .5方 案 ( 2) .6方 案 ( 3) .7方 案 確 定 .9第三章:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 91) 電 動(dòng) 機(jī) 選 型 .92) V 帶 設(shè) 計(jì) 與 計(jì) 算 103) 齒 輪 校 核 .134) 支 撐 件 設(shè) 計(jì) .165) 鍵 聯(lián) 接 的 選 型 與 驗(yàn) 算 196) 聯(lián) 軸 器 的 選 擇 .20第四章:分析與驗(yàn)證 21第五章:參考文獻(xiàn) 24第六章:致謝 25西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書摘要:牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床,多用于單件或小批量生產(chǎn)。本文介紹一種牛頭刨床最大刨削長(zhǎng)度 320mm,詳細(xì)完成了牛頭刨床方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Adams 和 Ansys 分析與驗(yàn)證、裝配圖以及主要零部件。其中詳細(xì)進(jìn)行了刨床電動(dòng)機(jī)選擇、V 帶選型與校核、齒輪選型與點(diǎn)蝕校核、滾動(dòng)軸承選型與校核……對(duì)牛頭刨床推動(dòng)到最遠(yuǎn)處臂的彎曲進(jìn)行了 Ansys有限元分析。作為本科生課程設(shè)計(jì)達(dá)到了其目的,完成了書本理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)型。關(guān)鍵詞:牛頭刨床、課設(shè)設(shè)計(jì)、Ansys第一章:緒論1) 課 程 設(shè) 計(jì) 目 的課程設(shè)計(jì)目的在于進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立解決有關(guān)課程實(shí)際問題的能力,使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)有一個(gè)比較完整的概念,具備計(jì)算和使用科技資料的能力。2) 課 程 設(shè) 計(jì) 的 任 務(wù)1.設(shè)計(jì)牛頭刨床的參數(shù),要求包括加工范圍和動(dòng)力。2.進(jìn)行至少 2 種傳動(dòng)方案對(duì)比的設(shè)計(jì)。3.結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),包括:電動(dòng)機(jī)選擇、V 帶的選擇與校核、齒輪選型并進(jìn)行點(diǎn)蝕校核等等。4.對(duì)牛頭刨床進(jìn)行設(shè)計(jì)并要求運(yùn)用 Adams 和 Ansys 分析與驗(yàn)證。根據(jù)給定的機(jī)器的參數(shù),在此基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。5.繪制 A1 裝配圖、2 張 A2 主要零件零件圖圖紙、1 張彩印 Adams 或 Ansys 的圖紙;編寫小四 25 頁(yè)左右說明書等。西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書3) 牛 頭 刨 床 簡(jiǎn) 介牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床,多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工,要求主執(zhí)行構(gòu)件—刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng),且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度,即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量的垂直進(jìn)給;安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給,以完成平面的加工,工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能,以適應(yīng)不同高度的工件加工。牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖4) 參 數(shù) 設(shè) 計(jì)牛頭刨床參數(shù)表名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù)最大刨削長(zhǎng)度 L 320工作臺(tái)上平面 T 形抽寬度A(按 GB/T158-1996)14工作臺(tái)最大橫向行程 360 工作臺(tái)上平面 T 形摘中心距 80西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書滑枕底面至工作臺(tái)上平面的最大距離300 主電機(jī)功率 (kw) 4工作臺(tái)上平面長(zhǎng)度 1 320 最大切削力(kN) 3.2工作臺(tái)上平面寬度 b 270 外形尺寸(mm) 1780×930×1310刀架最大工作行程 100 工作臺(tái)最大承載重 kg 100第二章:方案設(shè)計(jì)運(yùn) 動(dòng) 要 求(1) 刨刀速度平穩(wěn),在空回行程時(shí),刨刀快速退回,行車速比系數(shù) K 要在 1.4左右。(2) 切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng),刨刀行程要在 320mm 左右。方 案 ( 1)西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書說明:桿件 1 為主動(dòng)件方案(1)如上圖所示采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。1) 結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單,能承受較大載荷。但其存在有較大的缺點(diǎn)。2) 由于執(zhí)行件行程較大,則要求有較長(zhǎng)的曲柄,從而帶來機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大。3) 機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù) K 的增大,壓力角也增大,使傳力特性變壞。方 案 ( 2)西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書說明:桿件 1 為主動(dòng)件方案(2)如上圖所示由凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組成。方案特點(diǎn)如下:1) 凸輪機(jī)構(gòu)雖可使從動(dòng)件獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,但凸輪制造復(fù)雜,表面硬度要求高,因此加工和熱處理費(fèi)用較大。2) 凸輪與從動(dòng)件為高副接觸,只能承受較小的載荷,且表面磨損較快,磨損后凸輪的廓線形狀即發(fā)生變化。3) 由于滑塊的急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì),凸輪機(jī)構(gòu)受到的沖擊較大。4) 滑塊的行程 H 比較大調(diào)節(jié)困難,必然使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角過大,為了減小壓力角,必須增大基圓半徑,從而使凸輪和整個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸十分龐大。5) 需用力封閉或幾何封閉的方法,保持凸輪和從動(dòng)件始終接觸,使機(jī)構(gòu)復(fù)雜。方 案 ( 3)西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書說明:桿件 1 為主動(dòng)件方案(3)如上圖所示有兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。使 ba,構(gòu)件 1,2,3,6 便構(gòu)成了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),基本參數(shù)為 。構(gòu)件 3,4,5,6 構(gòu)成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。方案特點(diǎn)ba??如下:1)為一種平面連桿機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,能承受較大載荷。2)具有急回作用,其行程速比系數(shù) ,而 。只要正確選擇180+K=-?? 1arcsin??,即可滿足行程速比系數(shù) k 的要求。??西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書3)滑塊的行程 , 已經(jīng)確定,因此只需選擇搖桿 CD 的長(zhǎng)度,即2sinCDHL????可滿足行程 H 的要求。4)曲柄主動(dòng),構(gòu)件 2 和 3 之間的傳動(dòng)角始終為 。搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中,當(dāng) E 點(diǎn)90?的軌跡位于 D 點(diǎn)所作圓弧高度的平均線上時(shí),構(gòu)件 4 和 5 之間有較大的傳動(dòng)角,該方案?jìng)髁π阅芰己谩?)機(jī)構(gòu)橫向與縱向運(yùn)動(dòng)尺寸都不大,比較勻稱合理。6)工作行程中,能使刨刀的速度比較慢,而且變化平緩,符合切削要求。7)當(dāng) 時(shí),得10,38,540,135CDDEambLm??構(gòu)件 2 和 3 間的傳動(dòng)角為 ,構(gòu)件 4 和 5 間的最小傳動(dòng)角.46,KH9?,機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)尺寸為 446.5mm,縱向運(yùn)動(dòng)尺寸為 540mm??梢妋in859??此方案加工簡(jiǎn)單,占面積小,運(yùn)動(dòng)部分靈活,傳動(dòng)省力。方 案 確 定從以上方案比較中可知,為了實(shí)現(xiàn)給定的刨刀運(yùn)動(dòng)要求(刨刀速度平穩(wěn),在空回行程時(shí),刨刀快速退回,行車速比系數(shù) K 要在 1.4 左右。切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng),刨刀行程要在 320mm 左右。 ) ,以采用第(3)方案較宜。第三章:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 電 動(dòng) 機(jī) 選 型選擇電動(dòng)機(jī)類型○ 1按已知工作條件和要求,選用 Y 系列一般用途的三相異步電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)的容量○ 2工作機(jī)所需功率:西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書kWPW16.395.0//max???傳動(dòng)裝置總效率: 23grcb?由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得各部分效率如下:V 帶傳動(dòng)效率 ,齒輪(8 級(jí)精度)效率 ,一對(duì)滾動(dòng)軸承效率95.0?b?97.0?g?,萬(wàn)向聯(lián)軸器效率 ;98.0r 98.0?c24.75.3??所需電機(jī)功率: kWPw83.24.0/163/??查 Y 系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù),選電動(dòng)機(jī)額定功率 為 4kW 的 Y112M-4 電動(dòng)機(jī)。edP確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速○ 3電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍 min/180~in/)12~8()3250rringbwd ???可選同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 和 1000r/min。選用同步轉(zhuǎn)速 1000r/min 的電動(dòng)機(jī),查表 10-2 額定功率為 為 4kW 的 Y132M1-6 電動(dòng)機(jī),其滿載轉(zhuǎn)速 。edP min/960r?2) V 帶 設(shè) 計(jì) 與 計(jì) 算確定計(jì)算功率○ 1 caP由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-7 查 =1.2AK西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書kWPKAca 60.483.21????選擇 V 帶型號(hào)○ 2由 和 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 8-11 選用 A 型 V 帶。????????1選擇帶輪 、○ 3 1d2由表 8-8,查取 A 型帶輪 ,應(yīng)使 ,小帶輪轉(zhuǎn)速較低,選m75in?min1d?。md10?驗(yàn)算帶速 v smnd/53.10694.3106?????帶速在 5~25m/s 之間, 選擇合適。1did2750.12???參考表 8-8 給出的帶輪直徑系列,取 。md280?轉(zhuǎn)速誤差 %5018.2758????確定中心距 a 和帶長(zhǎng)○ 4 dL查《機(jī)械設(shè)計(jì)》初定中心距 0a)(2)(7.021021 dd???ma830初選 帶長(zhǎng) 40?西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書 mddaLd 1430)()(22210 ??????查表 8-2 取 md4?中心距 Lad385200???a 的調(diào)整范圍 mLd364015.min???ad27.x?驗(yàn)算小帶輪上的包角○ 6 1???????543.718012aD?大于 滿足小帶輪包角要求?確定 V 帶根數(shù)○ 7按式(8-26)LadArcaKPz)(0???由表 8-4a kW3.1由表 8-4b 查得 .0?由表 8-5 查得 93.aK由表 8-2 查得 6.0?L西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書代入求根數(shù)公式(5-21) ,得 98.36.09)1.03(42)(0 ???????LadAKPz取 z=4確定初拉力○ 8 ??0minF查表 8-3 得 A 型 V 帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量 ,所以mkgq/1.0?NvKzvPFca89)5.2(02?????應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 。??0minF?計(jì)算壓軸力○ 9 P??NFzP812sin2m0???3) 齒 輪 校 核齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)○ 1由表 10-1 選擇小齒輪 40Cr(調(diào)質(zhì)) ,齒面硬度 280HBS,大齒輪 45 鋼(調(diào)質(zhì)) ,齒面硬度 240HBS,兩者材料硬度差為 40HBS;精度等級(jí)為 7 級(jí)。初選 , , ,取 ,傳動(dòng)比231?z1.i 9.13.212????iz 2?z不變。.7i按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。○ 2西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書3211 )][(2. HEdZuKTd????(1) 確定式中各項(xiàng)數(shù)值: 1) 因載荷有輕微沖擊,初選 =1.3tK2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 mNT??9538013)由表 10-7 選取齒寬系數(shù), 1?d?4)由表 10-6,選 MPazE8.195)由圖 10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ,MPaH601lim??大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 。aH502lim??6)由式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 81 1042.5308147.360????hjLnN8125i7)由圖 10-19 取解除疲勞壽命系數(shù), ;90.1?HNK95.2?HN8)計(jì)算解除疲勞許用應(yīng)力。 MPaSKHNH540][1lim1??.22li2(2)計(jì)算。1)試算小齒輪分度圓直徑 ,代入 設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)1tdMPaH5.2][??西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式,求得: mZuKTdHEdt 396.5)][(123. 21 ?????2) 計(jì)算圓周速度 。Vsnvt /29.3/106.943106????3) 計(jì)算齒寬 b 165.39.6dtm?????4) 計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) 12.75ttdz?齒高 .6.3thm10.7b?5) 計(jì)算載荷系數(shù)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表得到 1?AK12.?vK43.?H1??則 594.1???HVAK6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正系數(shù)校正所得的分度圓直徑,由式(10-10a)得西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書 mKdtt 95.63.15496.31 ???7)計(jì)算模數(shù) m。 12.9dmz?選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) n3幾何尺寸計(jì)算○ 31) 計(jì)算分度圓直徑 12437dzm??,選取23.5.280z?28034dz??2) 計(jì)算中心距 1256am??3) 計(jì)算齒輪寬度 172db?取 210,5Bm?4) 支 撐 件 設(shè) 計(jì)滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算(1)選擇軸承類型和型號(hào)選擇圓錐滾子軸承 30207。西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13-5,30207 軸承的, ,e=0.37,Y=1.6kNCr2.54?kr5.630?(2) 計(jì)算軸承的徑向載荷。計(jì)算外力:圓周力 NdTFt 2710.7953821???徑向力 Fntr 10679310cos2tan27cosa???????軸向力 NtA 5179310tan27an?????西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書軸承受力分析圖水平面支反力 mNdFMa ?????179320.751)()( 3213321 LFLFQARH ??NMRQ78)32311 ???FFQRH951067812 ????垂直方向支反力 3321)(LtV??NLFtV 80657321??VtV1942??合成支反力 NFHVr 12578032211 ?????r 9942222(3) 計(jì)算軸承的軸向載荷西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書 NYFrs 3526.121???rs 7.92因?yàn)?,故軸承 1 壓緊,軸承 2 放松1286sAs FNF???,NFAsa8621??sa752(4) 計(jì)算動(dòng)載荷對(duì)于軸承 1 eFra??05.12861 NYXfParp 2517)86.4.()(111 ??????對(duì)于軸承 2 eFra??3.0215967NfPrp21.22??(5)計(jì)算軸承壽命 因?yàn)?,該對(duì)軸承的最短壽命為21P? yearrCnLrh 3528301)87.254(.37601)(6011 ?????yearLh10?故該對(duì)軸承壽命足夠。西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書5) 鍵 聯(lián) 接 的 選 型 與 驗(yàn) 算齒輪周向定位采用 A 型普通平鍵聯(lián)接,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 6-1 查得平鍵截面。mLhb7018???鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算:根據(jù)平鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件 ppkldT][1023?????k=0.5h=0.5×11mm=5.5mm,l=L-b=70mm-12mm=52mm,d=64mm, 由表 4-1 查得,MPap120][?? pp MPa][716452.0833 ??????所以平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度足夠。6) 聯(lián) 軸 器 的 選 擇根據(jù)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,mNTKAca ?????214.736.23.1轉(zhuǎn)速 和三軸的最小直徑,從《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 16-2 查得,min/91.43rn?采用彈性柱銷聯(lián)軸器,203514/248??TGBYAJHL其公稱轉(zhuǎn)矩 ,許用轉(zhuǎn)速 。mNTn??1250min/][rn?由于 ,nca?][3可知聯(lián)軸器滿足要求。西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書第四章:分析與驗(yàn)證按照選用的方案設(shè)計(jì)做出的 Adams 分析如下圖所示:位移曲線圖由圖可以看出刨銷的行程約為 480mm,機(jī)床設(shè)計(jì)的刨銷長(zhǎng)度 L=320mm,滿足設(shè)計(jì)要求。西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書速度曲線圖加速度曲線圖西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書按照設(shè)計(jì)的要求用 Ansys 校核主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的搖桿部分。搖桿 Ansys 分析圖第五章:參考文獻(xiàn)西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2007 級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說明書[1]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì) . 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