西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書機械子系統(tǒng)綜合設(shè)計與分析牛 頭 刨 床 的 設(shè) 計 說 明 書學 校 名 稱 ： 西安工業(yè)大學 設(shè) 計 者 ： XXXXXX 學 號 ： XXXXXXXX 指 導 教 師 ： XXXXXXXXXX 二 〇 一 〇 年 六 月 十 日西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書目錄機械子系統(tǒng)綜合設(shè)計與分析 .1牛 頭 刨 床 的 設(shè) 計 說 明 書 .1摘要 3關(guān)鍵詞 3第一章：緒論 31） 課 程 設(shè) 計 目 的 .32） 課 程 設(shè) 計 的 任 務 .33） 牛 頭 刨 床 簡 介 .44） 參 數(shù) 設(shè) 計 .4第二章：方案設(shè)計 5運 動 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 91） 電 動 機 選 型 .92） V 帶 設(shè) 計 與 計 算 103） 齒 輪 校 核 .134） 支 撐 件 設(shè) 計 .165） 鍵 聯(lián) 接 的 選 型 與 驗 算 196） 聯(lián) 軸 器 的 選 擇 .20第四章：分析與驗證 21第五章：參考文獻 24第六章：致謝 25西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書摘要：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度 320mm，詳細完成了牛頭刨床方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、Adams 和 Ansys 分析與驗證、裝配圖以及主要零部件。其中詳細進行了刨床電動機選擇、V 帶選型與校核、齒輪選型與點蝕校核、滾動軸承選型與校核……對牛頭刨床推動到最遠處臂的彎曲進行了 Ansys有限元分析。作為本科生課程設(shè)計達到了其目的，完成了書本理論到實踐的轉(zhuǎn)型。關(guān)鍵詞：牛頭刨床、課設(shè)設(shè)計、Ansys第一章：緒論1） 課 程 設(shè) 計 目 的課程設(shè)計目的在于進一步加深學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生的獨立解決有關(guān)課程實際問題的能力，使學生對于機械運動學和動力學的分析和設(shè)計有一個比較完整的概念，具備計算和使用科技資料的能力。2） 課 程 設(shè) 計 的 任 務1.設(shè)計牛頭刨床的參數(shù)，要求包括加工范圍和動力。2.進行至少 2 種傳動方案對比的設(shè)計。3.結(jié)構(gòu)的設(shè)計，包括：電動機選擇、V 帶的選擇與校核、齒輪選型并進行點蝕校核等等。4.對牛頭刨床進行設(shè)計并要求運用 Adams 和 Ansys 分析與驗證。根據(jù)給定的機器的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對各個機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)和運動設(shè)計。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 頁左右說明書等。西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書3） 牛 頭 刨 床 簡 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直線移動，且切削時刨刀的移動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給量的垂直進給；安裝工件的工作臺應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作臺還應具有升降功能，以適應不同高度的工件加工。牛頭刨床機構(gòu)簡圖4） 參 數(shù) 設(shè) 計牛頭刨床參數(shù)表名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù)最大刨削長度 L 320工作臺上平面 T 形抽寬度A（按 GB/T158-1996）14工作臺最大橫向行程 360 工作臺上平面 T 形摘中心距 80西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書滑枕底面至工作臺上平面的最大距離300 主電機功率 (kw) 4工作臺上平面長度 1 320 最大切削力（kN） 3.2工作臺上平面寬度 b 270 外形尺寸（mm） 1780×930×1310刀架最大工作行程 100 工作臺最大承載重 kg 100第二章：方案設(shè)計運 動 要 求（1） 刨刀速度平穩(wěn)，在空回行程時，刨刀快速退回，行車速比系數(shù) K 要在 1.4左右。（2） 切削階段刨刀應近似勻速運動，刨刀行程要在 320mm 左右。方 案 （ 1）西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書說明：桿件 1 為主動件方案（1）如上圖所示采用偏置曲柄滑塊機構(gòu)。1） 結(jié)構(gòu)最為簡單，能承受較大載荷。但其存在有較大的缺點。2） 由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機構(gòu)所需活動空間較大。3） 機構(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)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書說明：桿件 1 為主動件方案（2）如上圖所示由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成。方案特點如下：1） 凸輪機構(gòu)雖可使從動件獲得任意的運動規(guī)律，但凸輪制造復雜，表面硬度要求高，因此加工和熱處理費用較大。2） 凸輪與從動件為高副接觸，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） 由于滑塊的急回運動性質(zhì)，凸輪機構(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，從而使凸輪和整個機構(gòu)的尺寸十分龐大。5） 需用力封閉或幾何封閉的方法，保持凸輪和從動件始終接觸，使機構(gòu)復雜。方 案 （ 3）西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書說明：桿件 1 為主動件方案（3）如上圖所示有兩個四桿機構(gòu)組成。使 ba，構(gòu)件 1,2,3,6 便構(gòu)成了擺動導桿機構(gòu)，基本參數(shù)為 。構(gòu)件 3,4,5,6 構(gòu)成搖桿滑塊機構(gòu)。方案特點ba??如下：1）為一種平面連桿機構(gòu)，機構(gòu)簡單，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)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書3）滑塊的行程 ， 已經(jīng)確定，因此只需選擇搖桿 CD 的長度，即2sinCDHL????可滿足行程 H 的要求。4）曲柄主動，構(gòu)件 2 和 3 之間的傳動角始終為 。搖桿滑塊機構(gòu)中，當 E 點90?的軌跡位于 D 點所作圓弧高度的平均線上時，構(gòu)件 4 和 5 之間有較大的傳動角，該方案傳力性能良好。5）機構(gòu)橫向與縱向運動尺寸都不大，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 時，得10,38,540,135CDDEambLm??構(gòu)件 2 和 3 間的傳動角為 ，構(gòu)件 4 和 5 間的最小傳動角.46,KH9?，機構(gòu)橫向運動尺寸為 446.5mm，縱向運動尺寸為 540mm?？梢妋in859??此方案加工簡單，占面積小，運動部分靈活，傳動省力。方 案 確 定從以上方案比較中可知，為了實現(xiàn)給定的刨刀運動要求（刨刀速度平穩(wěn)，在空回行程時，刨刀快速退回，行車速比系數(shù) K 要在 1.4 左右。切削階段刨刀應近似勻速運動，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1） 電 動 機 選 型選擇電動機類型○ 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機選擇電動機的容量○ 2工作機所需功率：西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書kWPW16.395.0//max???傳動裝置總效率： 23grcb?由《機械設(shè)計手冊》查得各部分效率如下：V 帶傳動效率 ，齒輪（8 級精度）效率 ，一對滾動軸承效率95.0?b?97.0?g?，萬向聯(lián)軸器效率 ；98.0r 98.0?c24.75.3??所需電機功率： kWPw83.24.0/163/??查 Y 系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動機額定功率 為 4kW 的 Y112M-4 電動機。edP確定電動機轉(zhuǎn)速○ 3電機轉(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 的電動機，查表 10-2 額定功率為 為 4kW 的 Y132M1-6 電動機,其滿載轉(zhuǎn)速 。edP min/960r?2） V 帶 設(shè) 計 與 計 算確定計算功率○ 1 caP由《機械設(shè)計》表 8-7 查 =1.2AK西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書kWPKAca 60.483.21????選擇 V 帶型號○ 2由 和 《機械設(shè)計》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 ，應使 ，小帶輪轉(zhuǎn)速較低，選m75in?min1d?。md10?驗算帶速 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○ 4 dL查《機械設(shè)計》初定中心距 0a)(2)(7.021021 dd???ma830初選 帶長 40?西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書 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)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書代入求根數(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 帶的單位長度質(zhì)量 ，所以mkgq/1.0?NvKzvPFca89)5.2(02?????應使帶的實際初拉力 。??0minF?計算壓軸力○ 9 P??NFzP812sin2m0???3） 齒 輪 校 核齒輪傳動的設(shè)計計算選擇齒輪材料和熱處理、精度等級○ 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；精度等級為 7 級。初選 ， ， ，取 ，傳動比231?z1.i 9.13.212????iz 2?z不變。.7i按齒面接觸疲勞強度設(shè)計?！?2西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書3211 )][(2. HEdZuKTd????（1） 確定式中各項數(shù)值： 1） 因載荷有輕微沖擊，初選 =1.3tK2） 計算小齒輪傳遞的轉(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度極限 ，MPaH601lim??大齒輪接觸疲勞強度極限 。aH502lim??6）由式 10-13 計算應力循環(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）計算解除疲勞許用應力。 MPaSKHNH540][1lim1??.22li2（2）計算。1）試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 設(shè)計齒輪參數(shù)1tdMPaH5.2][??西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書將確定后的各項數(shù)值代入設(shè)計公式，求得： mZuKTdHEdt 396.5)][(123. 21 ?????2） 計算圓周速度 。Vsnvt /29.3/106.943106????3） 計算齒寬 b 165.39.6dtm?????4） 計算齒寬與齒高之比。模數(shù) 12.75ttdz?齒高 .6.3thm10.7b?5） 計算載荷系數(shù)。查《機械設(shè)計》表得到 1?AK12.?vK43.?H1??則 594.1???HVAK6）按實際的載荷系數(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)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書 mKdtt 95.63.15496.31 ???7)計算模數(shù) m。 12.9dmz?選取第一系列標準模數(shù) n3幾何尺寸計算○ 31） 計算分度圓直徑 12437dzm??，選取23.5.280z?28034dz??2） 計算中心距 1256am??3） 計算齒輪寬度 172db?取 210,5Bm?4） 支 撐 件 設(shè) 計滾動軸承的選擇計算(1)選擇軸承類型和型號選擇圓錐滾子軸承 30207。西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書查《機械設(shè)計》表 13-5，30207 軸承的， ，e=0.37,Y=1.6kNCr2.54?kr5.630?（2） 計算軸承的徑向載荷。計算外力：圓周力 NdTFt 2710.7953821???徑向力 Fntr 10679310cos2tan27cosa???????軸向力 NtA 5179310tan27an?????西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計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) 計算軸承的軸向載荷西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書 NYFrs 3526.121???rs 7.92因為 ，故軸承 1 壓緊，軸承 2 放松1286sAs FNF???,NFAsa8621??sa752(4) 計算動載荷對于軸承 1 eFra??05.12861 NYXfParp 2517)86.4.()(111 ??????對于軸承 2 eFra??3.0215967NfPrp21.22??（5）計算軸承壽命 因為 ，該對軸承的最短壽命為21P? yearrCnLrh 3528301)87.254(.37601)(6011 ?????yearLh10?故該對軸承壽命足夠。西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書5） 鍵 聯(lián) 接 的 選 型 與 驗 算齒輪周向定位采用 A 型普通平鍵聯(lián)接，由《機械設(shè)計》表 6-1 查得平鍵截面。mLhb7018???鍵聯(lián)接的強度計算：根據(jù)平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件 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)接的強度足夠。6） 聯(lián) 軸 器 的 選 擇根據(jù)軸的計算轉(zhuǎn)矩，mNTKAca ?????214.736.23.1轉(zhuǎn)速 和三軸的最小直徑，從《機械設(shè)計課程設(shè)計》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)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書第四章：分析與驗證按照選用的方案設(shè)計做出的 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，機床設(shè)計的刨銷長度 L=320mm，滿足設(shè)計要求。西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書速度曲線圖加速度曲線圖西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書按照設(shè)計的要求用 Ansys 校核主要傳動機構(gòu)中的搖桿部分。搖桿 Ansys 分析圖第五章：參考文獻西安工業(yè)大學機電工程學院 2007 級課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書[1]濮良貴,紀名剛.機械設(shè)計 . 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