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1、姚海培的机械原理课程设计牛头刨床说明书 机械原理课程设计 计算说明书 设计题目：牛头刨床设计 学校：广西工学院 院（系）：机械工程系 班级：机自Y102班 姓名：姚海培 学号：202200103057 指导教师：罗玉军 时间：2月13日至2月24日共两周 2022年2月24日 目录： 一、课程设计的目的与要求 (2) 二、设计正文 (2) 1、设计题目 (2) 2、牛头刨床机构简介 (2) 3、机构简介与设计数据 (4) 4、设计内容 (5) 三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 (11) 四、飞轮转动惯量的确定 (14) 五、齿轮机构的设计 (15) 六、参考文献 (16) 七、心得体会 (
2、16) 八、附件 (17) 一、课程设计的目的与任务 1、目的 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，他是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统涉及的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 2、任务 本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和静
3、力分析。并在此基础上确定飞轮的转动惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。 二、设计正文(详情见A1图纸) 1、设计题目：牛头刨床 1)为了提高工作效率，在空车回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。 2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。 3）曲柄转速在60r/min，熬到的行程在300mm左右为好，切削阻力约为7000N，其运动规律如图所示。 2、牛头刨床机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。电动机经皮带 和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3
4、-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H 的空刀距离，见图4-1，b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞
5、轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。 3、机构简介与设计数据 3.1.机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传 动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6 带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作 切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量； 刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生 产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，
6、以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。 4、设计内容 导杆机构的运动分析 4.1、已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x 位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。 要求：做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。 4.2、画机构的运动简图 1）以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。确定机构运动时的左右
7、极限位置。曲柄位置图的作法为：取1和8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 取第方案的第“4”位置（详情见A1图纸）。 4.3、机构运动分析 4.3.1速度分析 （1）曲柄位置“4”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“4”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故V A2=V A3，其大小等于W2l O2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.69rad/s A3=A2=2l O2A=6.690.09m/
8、s=0.602m/s（O2A） 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3 +A4A3 大小? ? 方向O4B O2A O4B 取速度极点P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm ,作速度多边形（如图A1图纸上的速度多边形图） 由速度多边行可知，A4=Pa4?v=1180.005=0.59m/s A4A3=a3a4?v=230.005=0.115m/s 用速度影像定理求得， b5=b4=A4O4B/O4A=0.59580436=0.7848m/s 4=A4/L04A=0.590.436=1.3532rad/s 又 取构件五作为研究对像，列速度矢量方程，得 C5 =
9、B5 + C5B5 大小? ? 方向XXO4BBC 取速度极点P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm, 由速度多边形图可知， C5=Pc5v=1530.005=0.765m/s C5B5=b5c5v=90.005=0.045m/s cb=C5/L CB=0.765(0.580.3)=4.3965rad/s 4.3.2、加速度分析 取曲柄位置“4”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连， 故a n A2=a n A3,其大小等于22l O2A,方向由A指向O2。 2=6.69rad/s, a n A3=a n A2=22L O2A=6.6920.09m/s2=4.028049m/
10、s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： a A4 = a n + a A4= a A3n + a A4A3K + a A4A3r A4 大小: ? 42l O4A? 24A4A3? 方向：? BA O4B AO2O4BO4B 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 a c5=a B5 + a c5B5n + a c5B5 大小? w42Lbo4w52 Lbc ? 方向XX a4 cb BC 取加速度极点为,加速度比例尺a=0.02（m/s2）/mm, 做加速度多变行（图如A1图上的加速度多边行图）， 由加速度多边形得， 4=A4/ l O4A=0.590.436=1.35
11、2rad/s C5B5=55c bv=90.005=0.045m/s a n A4=42Lo4A=1.353220.436=0.798m/s2 a A4A3k=24A4A3=21.35320.115=0.310m/s2 a B5=42O4B=1.353220.58=1.060m/s2 a c5B5n= w52BC=4.396520.174=3.36m/s2 a A4= a A3 =a4a=430.02m/s=0.86m/s2, 4= a A4 / L O4A=0.860.436=1.972477rad/s2 用加速度影象法求得a B5 = a B4 =630.02=1.26 m/s2 所以a
12、c=0.02(c)=350.02=0.60m/s2 4.3.3、总结4点的速度和加速度值 以速度比例尺=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺a=(0.02m/ s2)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-2，1-3，并将其结果列入表格（1-2） 表格1-1 4、机构动态静力分析 2）导杆机构机构运态静力分析 已知各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重 心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。 要求求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的 同一张图纸上。 动态静力分析过程： 取“4”点为研究对象，分
13、离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体受力图如A1图所示， 已知P=9000N，G6=800N，又a c=0.6m/s2,那么我们可以计算 F I4=-m6a c =- G6/ga c=-800/100.60=-56N 又F = P + G6 + F14 + F45 + F RI6 =0 方向：x轴y轴与a c反向BC y轴 大小： 9000 800 -m6a6 ? ? 作力多边行如图1-7所示，选取力比例尺P=100N/mm。 由力多边形得： F R45=CDN=93100=9300N F R16= ADN=4100N=400N 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如A1图上所示 已知：F R54=-F R45=9300N，G4=220N a S4=a A4l O4S4/l O4A=0.96290/436=0.6385m/s2 S4=4=1.260.58=2.1724 rad/s2 可得构件4上的惯性力F I4=-G4/ga S4=-220/102.1724=-47.7928N 方向与a S4运动方向相反 惯性力偶矩M S4=-J S4S4=-1.22.1724= -2.60688Nm 方向与4运动方向相反（逆时针）