机械原理课程设计牛头刨床.pdf

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1、 机械原理课程设计 学生姓名：xxx 指导教师：xxx 学 院：xxx 专业班级：xxx 学 号 xxx 2018 年 1 月 前言 机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练;是本课程的一个重要实践环节.是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程.其基本目的在于：进一步加深学生所学的理论知识;培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力.使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念.使学生得到拟定运动方案的训练;并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力.通过课程设计;进一步提

2、高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力.5培养学生综合运用所学知识;理论联系实际;独立思考与分析问题能力和创新能力.机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构连杆机构、飞轮机构凸轮机构进行设计和运动分析、动态静力分析;并根据给定机器的工作要求;在此基础上设计凸轮、齿轮、飞轮等.目录 1、课程设计任务书3 1 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 过 程 3 2 原始数据及设计要求 4 2、设计计算说明书5 1 画机构的运动简图 5 2 机构运动分析7 对位置 120点进行速度分析和加速度分析7 3 对位置 120点进行动态静力分析11 3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计14 4、

3、齿轮的设计17 5、参考文献 18 6、心 得 体 会 19 7、附件19 一、课 程 设 计 任 务 书 1.工 作 原 理 及 工 艺 动 作 过 程 牛 头 刨 床 是 一 种 用 于 平 面 切 削 加 工 的 机 床.刨 床 工 作 时;如图 1-1所示;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 行 程;此 时 要 求速 度 较 低 并 且 均 匀；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

4、 采 用 有 急 回 作用 的 导 杆 机 构.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.切削阻力如图 b 所示.2 原 始 数 据 及 设 计 要 求 设计导杆机构的运动分析 O2 A O4 x y s 6 s 3 X s 6 C B Y s6 2 3 4 5 6 7 n 2 F r Y Fr 图 1-1 内容 符号 n2 单位 r/min mm 方案II 64 350 90 580 0.3BOL4 0.5BOL4 200 50 已 知 曲 柄 每 分 钟 转 数n2;各 构 件 尺 寸 及 重 心 位 置;且 刨

5、 头导 路 x-x 位 于 导 杆 端 点 B 所 作 圆 弧 高 的 平 分 线 上.要 求 作 机 构 的 运 动 简 图;并 作 机 构 两 个 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 动 态 静 力分 析 一 起 画 在 1 号 图 纸 上.二、设 计 说 明 书 详 情 见 A2 图 纸 1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

6、 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、3 12 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 120位 置 如 下 图.、机构运动分析 1 曲柄位置“120”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“120”进行速度分析.因构件 2 和 3 在 A 处的转动副相连;故 VA2=VA3;其大小等于 W2lO2A;方向垂直于 O2 A线;指向与 2一致.2=2n2/60 rad/s=6.702rad/s A3=A2=2lO2A=6.7020.09

7、m/s=0.603m/sO2A 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=0.02m/s/mm;作速度多边形如图 1-2 图 1-2 取 5 构件作为研究对象;列速度矢量方程;得 C=B+CB 大小 方向 XX 向左 O4B BC 取速度极点 P;速度比例尺 v=0.02m/s/mm;作速度多边形如图 1-2.Pb=P a4O4B/O4A=14.5 mm 则由图 1-2 知;C=PCv=0.28m/s 加速度分析：取曲柄位置“120”进行加速度分析.因构件 2 和 3 在 A 点

8、处的转动副相连;故anA2=anA3;其大小等于 22lO2A;方向由 A 指向 O2.2=6.702rad/s;anA3=anA2=22lO2A=6.70220.09 m/s2=4.04 m/s2 取 3、4 构件重合点 A 为研究对象;列加速度矢量方程得：aA4 =anA4 +aA4=aA3n +aA4A3K +aA4A3v 大小:42lO4A 24A4 A3 方向：BA O4B AO2 O4B 向右 O4B 沿导路 取加速度极点为 P;加速度比例尺 a=0.10m/s2/mm;anA4=42lO4A=0.50820.3148 m/s2=0.08 m/s2 aA4A3K=24A4 A3=0

9、.59 m/s2 aA3n=4.04 m/s2 作加速度多边形如图 1-3 所示;则由比例得 aA4=4.48m/s2 aB=8.25m/s2 4=aA4lO4A1000=14.23rad/s2逆 图3 则由图 1-3 知;取 5 构件为研究对象;列加速度矢量方程;得 ac=aB+acBn+a cB 大小 方向导轨 CB BC 由其加速度多边形如图 13 所示;有 ac=p ca=8.13m/s2 机构运动分析数据 项目 位置 V6 6 S4 4 4 图解 线图 解析 图解 解析 图解 大 小/方向 大 小/方向 120 0.28 8.13 4.13 0.508/逆 14.23/逆 单位 米/

10、秒 米/秒2 米/秒2 1/秒 1/秒2、机构动态静力分析 取“120”点为研究对象;F14=-G4/gaS4=-220/9.84.13=-92.714N M14=4JS4=14.231.2=17.076Nm Lh4=M14F14=184mm 取 5、6 基本杆组进行运动静力分析;作示力体如图 14 所示.图 14 已知 G6=800N;又 ac=8.13m/s2;可以计算 F16=-G6/gac=-800/9.88.13=-663.673N 又 F=FR16+F16+G6+FR56=0 大小 方向 xx xx xx BC 作为多边行如图 1-5 所示;N=100N/mm.图 1-5 由图 1

11、-7 力多边形可得：FR16=768.279N FR56=664.431N 取构件 3、4 基本杆组为示力体如图 1-6 所示 MO4=0 FR54lh1+F14lh2+lh4+G4lh3-FR34lO2A=0 FR34=664.4567.35+92.714289.95+184+22071.80314.80=1387.23N F=0 FR54+G4+F14+FR34+FR14=0 FR14=594.33N 图 1-6 作力的多边形如图 1-7 所示;N=100N/mm.图 1-7 对曲柄 2 进行运动静力分析;作曲柄平衡力矩如图 1-8 所示;图 1-8 MO2=0 FR32lh-Mb=0 M

12、b=1387.2924.301000Nm=33.71Nm 机构力分析数据 项目 位置 图 解 法 解 析 法 PI4 PI6 PI4 MI4 Lh PI4 PI6 PI4 MI4 Lh 120 92.714 663.673 92.714 17.076 0.184 单位 N牛 Nm m米 N Nm m米 某位置的平衡力矩单位：Nm 项 Fr FR6 FR65 FR54 FR23 FRO2 PR04 Mb 目 位 置 大小/方向 120 图解 0 768.279 664.431 664.431 1387.23 1387.23 594.33 33.71/顺 解析 单位 N 牛 Nm牛米 三、摆动滚子

13、从动件盘形凸轮机构的设计详情见 A2 图纸 1.由方案二数据得知：摆杆长度lO9D为135mm;最大摆角max为15;许用压力角为38;推程运动角为 70;远休止角S;回程运动角为 70;近休止角S为210.摆杆 9 为等加速等减速规律;所以加速度为常数;所以位移是角度的二次函数.2.运动的划分：设升程为摆杆摆动 15末端滑块运动的弧长 h=lO9D2 15360=35.34mm 按照等加速等减速运动规律;摆杆前 7.5作匀加速运动;后 7.5作匀减速运动;将整个行程分为 10 段;每段运动时间占总时间的十分之一.分段点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 摆杆角0 0.3 1.2

14、 2.7 4.8 7.5 10.12.13.14.15 度 2 3 8 7 推程 mm 0 0.71 2.82 6.36 11.31 17.67 24.03 28.98 32.51 34.63 35.34 凸轮角度 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 O2O9iDi 17.3 17.6 18.5 20 22.1 24.8 27.5 29.6 31.1 32 32.3 3.基圆半径的确定：当凸轮转过 70时;滚子中心以等加速等减速规律经过的弧长为 35.34mm;限定最大压力角max=38;所以将凸轮转角 70对应上半圆周的点与最大压力角 38对应下半圆周的点以直线相连

15、;交等加速等减速运动标尺于 0.7 处;于是根据诺模图;h/r00.7；由于 h=35.34mm;所以基圆半径r050.5mm.图 1 诺模图 4.理论轮廓线的绘制：1)设凸轮角度为 0时的压力角为 20;测量出 lO9O2=159.50mm 2)以 O2为圆心;lO9O2为半径画圆;此圆即为摆杆支座 O9相对于凸轮中心的运动轨迹 3)以 O2为起点作射线;设此射线为 y 轴;对应凸轮的 0;以顺时针方向为正方向;每隔 7作一条射线;一共十一条射线 4)在每条射线上分别取一个点 Di;在 O9轨迹圆上取其对应点 O9i使两点距离始终为 135mm 5)此两点连线 DiO9i与 O9iO2之间夹

16、角O2O9iDi的大小位于上表中第五行;于是可确定 Di在各条射线上的径向位置 6)将各 Di连接成平滑曲线即凸轮的理论轮廓线 5.滚子半径的确定：实际轮廓线则根据滚子的大小确定;为了避免摆杆与凸轮发生运动干涉;取滚子半径为 7mm 6.实际轮廓线的绘制：1)以各个 D为圆心画滚子;滚子靠近凸轮一侧的包络线即为升程的实际轮廓线 2)以 lD11O2为远休止圆半径;远休止角为 10画圆弧 3)回程理论轮廓线与升程对称 4)近休止圆半径为基圆半径减去滚子半径等于 43.50mm;近休止角为210 7.压力角的校核：当凸轮转过的角度约为 35时达到最大压力角max30=38;所以符合要求.图 2 凸

17、轮实际轮廓线 四、齿轮的设计详情见 A2 图纸 齿数的确定：总传动比 ioo2=1440/64=22.5 ioo2=do”z1z2/dozo”z1 22.5=30040z2/1001613 得 z2=39 因为 zo”=1617;z1=1317;为了防止根切;对两对齿轮进行变位;小齿轮正变位;大齿轮负变位;采用等变位.变位系数的运用公式xmin=hazmin-z/zmin其中 zmin=17 来选择;以下是表格：名称 符号 1 2 O”1 公式 模数 m 6 6 4 4 齿数 z 13 39 16 40 压力角/20 20 20 20 变位系数 x 0.236-0.236 0.059-0.05

18、9 节圆直径 d/mm 78 234 64 160 zm 齿顶高系数 ha 1 1 1 1 顶隙系数 c 0.25 0.25 0.25 0.25 啮合角/20 20 齿顶高 ha/mm 7.42 4.58 4.24 3.76 mha+x 齿根高 hf/mm 6.08 8.92 4.76 5.24 mha+c-x 齿顶圆直径 da/mm 92.83 243.17 72.47 167.53 d+2ha 齿根圆直径 df/mm 65.83 216.17 54.47 149.52 d-2hf 中心距 a/mm 224 156 d1+d2/2 中心距变动系数 y 0 0 0 0 齿顶高降低系y 0 0

19、0 0 数 五、参考文献 1、机械原理/孙恒;陈作模;葛文杰主编8 版北京 2013.4 2、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编7 版北京2009.7 3、机械原理课程设计实例与题目/中南大学机电工程学院机械学教研室2004.5 4、刘毅.机械原理课程设计 M.3 版.武汉：华中科技大学出版社;2017.5、机械原理课程设计牛头刨床/百度文库 六、心得体会 通过本次课程设计;加深了我对机械原理这门课程的理解;同时我也对机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念;培养了我的表达;归纳总结的能力.在设计过程中;我与同学们的交流协作;让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义.一次实践就有一次收获;我很感谢学校能给我们这些机会体验锻炼自己;让我们将来更有信心在社会立足.最后;衷心的感谢 xxx 老师在整个设计过程中的帮助与指导;让我们能圆满的成功结束.七、附件 1、设计图纸共3张A2图纸3张 2、计算说明书电子文档 1 份 指导老师签名：年 月 日