具有急回運動特性的牛頭刨床的設（shè）計（jì）
2016-9-1 來源：長安大（dà）學 作者： 徐赫彤
摘 要：牛頭刨床是用於（yú）金屬的切削和加工的機械設備，通過設備上各類刀具的移動來對固定在機（jī）床上（shàng）的金屬就行（háng）各（gè）類（lèi）的加工，以達到需要的要（yào）求和功能。牛頭刨床主（zhǔ）要包括導杆機（jī）構，凸輪機構，棘輪（lún）機構和齒輪傳動部分。
關鍵詞（cí）：牛（niú）頭（tóu）刨床；設（shè）計；運動（dòng）
1、牛頭刨床的工作簡介
機床工作時，電動機帶動各部分有條不（bú）紊的進行。然後，為了提高金屬（shǔ）加工速（sù）度，加快生產的效率，往往對牛頭刨床產生新的要求，其中最為重要的，就是使機械具有急回（huí）特性，在工作行程時（shí），對工件的加工更為精細；而（ér）在空行程時（shí），則（zé）工件迅速進給並讓刀具迅速退回到初始位置以便快速的（de）為（wéi）下一個工件就行切（qiē）削加工。牛頭刨床在工作過程中（zhōng），會受到很大的切削阻力（lì），而空行程時（shí）又不受力的作用，因此為了應對受（shòu）力的變化並使整個（gè）機械平穩的進行工作，安裝了飛輪（lún），保證了機械的正常（cháng）工作。機構簡圖如下：
圖1 牛頭刨床機構簡圖及阻力曲線圖
2、設計（jì）方案及內容
2.1 導杆機構的設計
（1）導杆機構的運動分析。導杆機構作為機床的主要（yào）運動傳動機（jī）構，其作用是十分重要的。因此我們應對（duì）導杆的運動情（qíng）況進行分析，導杆機構中的滑塊3 的運動軌跡是一（yī）個（gè）以O2 位圓心的圓，而導杆4 上B 點的運動軌跡事一個以O4 為圓心的圓弧。因此我們假設B點為工（gōng）作行程的初始點，B’是工作行程（chéng）的終止點，兩個位置下導杆與滑塊（kuài）的運（yùn）動軌跡相切，因此我們順時針將滑（huá）塊的運動軌跡按等角
度均（jun1）分，並（bìng）取其（qí）中的點進（jìn）行運動和力的分析。由“點的速度合（hé）成定理（lǐ）”和“點的加速度合成定理”做（zuò）出任取位置點的（de）速度和加速度多邊形，選取適當（dāng）比例尺求出該點速度加速度的大小（xiǎo）和方向，以供下一步分析使用。
（2）導杆機構的動態（tài）靜力分析。在導杆機構運動的過程中起（qǐ）受力情況是十分複雜的但卻是十分重要的，因此我們有必要進行動態靜力分析以達到進一步優化整個機構運（yùn）動情況的目的。取機構中各運動副作為單獨部件進行相互間作用力（lì）的分析，並利用“達朗伯原理”附加慣性力，將（jiāng）運動的部件看做靜止受平衡力（lì）的部件，選取合適的比例尺並作出力的多邊形，以（yǐ）計算出各構件所受的力及需要作（zuò）用在曲柄上的平衡力矩。
2.2 凸輪（lún）機構的設計
凸輪（lún）機（jī）構（gòu）在刨床中有著（zhe）重要的作用（yòng），一方麵控製著金屬加工件的進給量，另一方麵也控製著刀具的進刀量，對有（yǒu）著多種且精細要求的金屬加工作用（yòng）很大（dà）。
（1）運動方程的確定。由於從動件要求具有運動平穩性，因（yīn）此我們確定擺杆（gǎn）的等加速等減速運（yùn）動規律（lǜ），其（qí）回程和推程的方程如下：
（2）凸輪基圓半（bàn）徑的（de）確（què）定。本（běn）課題中凸（tū）輪基圓半徑由幾何法確定，首先選擇比例尺並以任（rèn）一（yī）點起始點做射線，每兩條射線間的夾角為擺杆的（de）擺角。隨後作圖在射線上沿凸輪旋轉方向一次截取（qǔ）速度大小長度的線段，並以此線段再為（wéi）起點做射線，交點即為凸輪基圓圓心，根據比例尺即可確定基圓半徑。
（3）凸輪滾子半（bàn）徑的確（què）定。凸輪機構的工作強度極大，點接觸時工作應力極高，很有可能發生（shēng）局部破（pò）壞造成凸輪機構失效以致於影響整個機械的工作，因此通常使凸（tū）輪與從動件間加一滾子，是點接觸變成線接觸，提高凸輪機構的工作壽命。凸輪滾子半徑的選擇應遵（zūn）循滾子半（bàn）徑小於凸輪輪廓線（xiàn）最小曲率半徑，以防止變尖或失真現象的產生。
（4）凸輪實際廓線及凸輪外形的確（què）定（dìng）。由於凸輪的實際（jì）廓（kuò）線由（yóu）滾子中心點繞凸輪（lún）理論廓線旋轉（zhuǎn）一周形成，因此首要確定理論廓線，此處我們選用反轉法設計出凸輪的理論廓線，再用滾子做（zuò）出一係列（liè）的圓，並順次連接圓心，即可得到凸輪的實際廓線（xiàn）。
2.3 齒輪機（jī）構的設計
齒輪機構（gòu）作為（wéi）極為重要的中間傳動機構（gòu），重要性不言而喻。因此選用合適的齒輪，並對齒輪做出修正是首要之事。
（1）齒輪齒數的計算。根據機構（gòu）的（de）工作情（qíng）況，我們采用行星輪係齒輪進行（háng）傳動。而各齒輪齒數的確定遵從（cóng）四個條件：
1）傳動比條件：行星輪係中各個齒輪的齒數必須滿足齒輪之間傳動比；
2）同心條件：行星輪係中個構件的軸線必（bì）須在同一平麵內；
3）均布安裝條件：行（háng）星輪係中各齒輪之間應該均勻安裝，相互間分開適當的相等角度；
4）臨界條件：相（xiàng）鄰行星輪不發生幹涉，齒頂圓不會相碰。
根據以（yǐ）上四個（gè）條件，即可（kě）得到各個齒輪的齒輪及傳動比。
（2）齒輪的變位係（xì）數。齒輪在相互（hù）齧合時，由於一個齒輪的齒頂會深入到另一個齒輪的齒（chǐ）根，造成根切現（xiàn）象，對齒輪的壽命產生很大的影響，已發生輪齒脆（cuì）斷；另外，由於齒輪中心距確定但安裝（zhuāng）好的齒輪運轉不平（píng）穩，發出振動甚至出現脫齒或跳齒等現象，對於齒輪傳動是十分（fèn）不利的；除（chú）此（cǐ）之外，由於齒輪傳動選用大小齒輪相互齧合，小齒輪（lún）在工作過程中齧合次數多，對齒厚的削弱現象較為明顯（xiǎn），因此，本課題選擇采用變位齒輪對齒（chǐ）輪進行修正並使（shǐ）其滿足強度、剛度及平穩性的要求。計算變位係數時，采用等變位齒輪傳動，小齒輪變位係數X1 和大（dà）齒輪變位係數X2 的和為0，即X1+X2=0。這樣，即可使變位齒輪與（yǔ）標準齒輪一樣，分度圓相切且（qiě）節圓做純滾動。
通（tōng）過以上分析，我（wǒ）們確定了導杆機構的運動和受力情況，並選用等加速等（děng）減速形式的凸輪機構和（hé）等變位齒輪機構組成具有急回特性的牛頭刨床。
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