机械原理课程设计报告经典.pdf

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1、.-XXXX 理工大学理工大学机械原理课程设计计算说明书机械原理课程设计计算说明书设计题目：牛头刨床设计专业：10 机制（5）班设 计 者：X 开 杰学号：B10310517指导教师：钱萍设计时间：2013-6-28-2013-7-5-可修编.-机械与自动控制学院目录1、课程设计的任务与要求31.1、机械原理课程设计任务书31.2、机械原理课程设计的参考数据51.3、机械原理课程设计的目的与要求 51.3.1、机械原理课程设计的目的51.3.2、牛头刨床的工作原理与机构组成 62、课程设计的机构72.1、导杆机构的运动分析72.2、导杆机构的动态静力分析132.3、齿轮机构设计 142.4、凸

2、轮机构设计162.5、飞轮设计 183、设计小结184、参考文献19-可修编.-1、课程设计的任务与要求1.1、机械原理任务书：姓名：X 开 杰专业：机械设计制造及其自动化班级：10 机制（5）班 学号：B10310517任务起至日期：2013 年 6 月 28 日至 2013 年 7 月 5 日课程设计题目：牛头刨床设计课程设计题目：牛头刨床设计已知技术参数和设计要求已知技术参数和设计要求：1.1.已知技术参数已知技术参数图图 1 1 牛头刨床机构简图及阻力线图牛头刨床机构简图及阻力线图表表 1 1 设计数据设计数据导杆机构运动工作行程速比系数n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4x

3、S6yS6行程H-可修编.-分析K56导杆机构的动态静力分析飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计齿轮机构的设计370905400.26lO4B0.5lO4B240503101.40G4G6pypJS42206005500801.2nO1440z110zO20z140JO20.5JO10.3JO0.2JO0.2从动件最大摆角max15lO9D13245推程远休止S回程741074dO100dO300m126mO13.5202.2.设计要求设计要求（1）连杆机构的设计及运动分析，用图解法/解析法进行连杆机构的动态静力分析（2）安装在 O2轴上的飞轮设计，转动惯量的确定。（3）凸轮机构的设计，确定凸轮机

4、构基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线（4）齿轮机构设计工作量：工作量：完成 4XA2图纸，1 份计算说明书工作计划安排：工作计划安排：（1）设计准备阶段，1 天（2）连杆机构的设计和连杆机构的动态静力分析，1 天（3）连杆机构运动和连杆机构的动态静力图纸绘制，1 天（4）飞轮机构的设计和绘图，1 天（5）凸轮机构的设计和绘图，1 天（6）齿轮机构设计，1 天（7）设计说明书的编写，1 天-可修编.-（8）答辩：1 天指导教师签字：_年月日1.2、机械原理课程设计的参考数据表 1 机械原理课程设计数据表2013.6.14n2lO2O4r/min5637090ypJS4mm801.20.15

5、kg.m2lO2AlO4BnOr/min144010540z1lBC导杆机构运动分析mm0.26lO4B0.5lO4B24050310lO4S4xS6yS6工作行程zO飞轮转动惯量的确定2040z1JO2kg.m20.50.30.20.2JO1H行程速比系数KJO1.40220JO从动件最凸轮机构大摆角导杆机构的动态静力分析G4G6N156005500的设计maxlO9Dmmp132-可修编.-推程1远 休 止4574dOm12mO130063.5201074mmS回程齿轮机构的设计dO1001.3、机械原理课程设计的目的与原理1.3.1、机械原理课程设计的目的机械原理课程设计是机械类专业学生

6、较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练。其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机械原理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与设计有一较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。在此基础上，初步掌握利用计算机来解决工程技术问题。1.3.2、牛头刨床的工作原理与机构组成牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 2(a)。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 做往复运动。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

7、削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称回行程，此时要求速度较低并且均匀，以提高生产效率。为此刨刀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 0.05H 的空刀距离，见图(b)），而空回行程中则没用-可修编.-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，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图图 2 2 牛头刨床机构简图及阻力线图牛头刨

8、床机构简图及阻力线图2、课程设计的机构2.1、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转速 n2，各构件尺寸及中心位置，且刨头导路x x 位于导杆端点 B 所作圆弧高的平分线上（参见图 4-2）要求：作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、进速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动态静力分析一起画在 2 号图纸上曲柄位置图的做法为取 1 和 8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和 712 等，是由位置 1 起，顺方向将曲柄圆周作 12 等分的位置。表表 2.2.导杆机构运动尺寸数据导杆机构运动尺寸数据导杆机构n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4xS6yS6工作行程行程速比-

9、可修编.-运动分析导杆机构的动态静力分析H系数K56370905400.26lO4B0.5lO4B240503101.40G4G6pypJS42206005500801.2作图方法：1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块 6 的导路x-x 的位置可根据连杆 5 传力给滑块 6 的最有利条件来确定，即 x-x 应位于 B 点所画圆弧高的平分线上。2）作机构运动简图。选取比例尺l=1/3(m)mm图图 3 3 导杆机构运动简图导杆机构运动简图按表 1 所分配的两个曲柄位置作机构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图3；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位

10、置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作开始切削和中止切削所对应的1和7两位置。共-可修编.-计 14 个机构位置。3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺v=0.01（比例尺a=0.04（加速度多边形。作图步骤：1、作导杆机构的简图。选取长度比例尺l=1/3m/s2mmm/s）和加速度mm），用矢量方程图解法作该两个位置的速度多边形和m，作机构在位置 2 的运动简图。作图时，必须mm注意 l的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2、进行导杆机构的速度分

11、析。对滑块 3 在4、8、12位置进行速度、加速度分析，作速度、加速度多边形图。2.2、速度、加速度分析所用理论力学公式：VAVAeVArVCVBVCBnnnnaA aAe aAe aK araC aB aB aCB aCBaAeaBO4BO4A列加速度矢量方程，得nnaA a aAeAe aK ar大小?方向AO2O4BO4B O4BO4B-可修编.-nnaC a a a aBBCBCB大小?方向X-XO4B O4BCBBC列速度矢量方程，得VAVAeVAr大小?方向 O2AO4BO4BVCVBVCB滑块 3 在4位置速度、加速度计算分析：大小?方向X-XO4BBCw 2n23.1456 5

12、.86rad/s6060VA=lO2A=0.095.86=0.528 m/s做速度多边形，得到：VAe 0.515m/s、VAr0.09m/s、VB 0.518m/s？VC 0.61m/s、VBC 0.025m/s0.5282a 3.07m/s2O2A0.09nAA20.515aAe 0.59m/s2O4A0.459nAev2v2aK 2VAr 2VAe0.515VAr 20.09 0.204m/s2O4A0.459-可修编.-做加速度多边形，得到：22aAe 0.32m/s、ar 2.404m/sVB20.5182a 0.497m/s2O4B0.54nB2VBC0.0252a 4.46103

13、m/s2BC0.14nCB22aB 0.3765m/s做加速度多边形，得到：ac 0.395m/s取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形取加速度极点 P，速度比例尺a=0.04(m/s)/mm，作加速度多边形，如图图图 4 44 4点速度点速度图图 5 45 4点加速度点加速度滑块 3 在8位置速度、加速度计算分析：w 2n23.1456 5.86rad/s6060VA=lO2A=0.095.86=0.528 m/s-可修编.-做速度多边形，得到：VAe 0.05m/s、VAr 0.515m/s、VB 0.352m/s？VC 0.38m/s、VBC 0.08m/

14、s0.5282a 3.07m/s2O2A0.09nAAv2anAe0.052 0.0072m/s2（忽略）O4A0.345Aev2aK 2 VAr 2VAe0.05VAr 20.515 0.048m/s2O4A0.345做加速度多边形，得到：22aAe 3.01m/s、ar 0.16m/sVB20.3522a 0.229m/s2O4B0.54nBanCB2VBC0.082 0.0457m/s2BC0.142aB 0.472m/s做加速度多边形，得到：ac 0.44m/s2取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形取加速度极点 P，速度比例尺a=0.04(m/s)/m

15、m，作加速度多边形，如图-可修编.-图图 6 86 8 点速度、加速度点速度、加速度滑块 3 在12位置速度、加速度计算分析：w 2n23.1456 5.86rad/s6060VA=lO2A=0.095.86=0.528 m/s做速度多边形，得到：VAe 0.26m/s、VAr 0.46m/s、VB 0.454m/sVC 0.09m/s、VCB 0.085m/sanAV0.5282 3.07m/s2O2A0.09A2anAeV0.262 0.215m/s2O4A0.312Ae2aK 2VAr 2VAe0.26VAr 20.46 0.76m/s2O4A0.31222做加速度多边形，得到：aAe

16、3.02m/s、ar1.32m/s2VCB0.0852VB20.4542n2 0.05m/s2a 0.38m/s、aCBBC0.14O4B0.54nB22a 0.42m/sa 0.322m/s做加速度多边形，得到：cB取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形取加速度极点 P，速度比例尺a=0.04(m/s)/mm，作加速度多边形，如图-可修编.-图图 7 127 12 点速度、加速度点速度、加速度2.2、导杆机构的动态静力分析对导杆机构的动态静力分析，就需要用到上面的加速度分析的结果。具体分析方法如下：取杆组 5、6 进行动态静力分析。如图 10 为杆组 5、6

17、的示力体-可修编.-F N16F I6G 6F 45P图图 8 8杆组杆组 5 5、6 6 的示力体图的示力体图由已知条件，最终可以得到：G6=600 N，P=5500 N，FI6=39.2 N而且由受力分析可得，阻力 P 左右于水平向左，G6作用于竖直向下，FN16作用于竖直向上，FI6作用于水平向左，F45作用于沿杆件 5 向外。根据这些数据和方向，力的比例尺Q=50 N/mm，可画出杆组 5、6 的力多边形图 11图图 9 9杆组杆组 5 5、6 6 的力多边形图的力多边形图-可修编.-S O4图图 1010杆件杆件 4 4 的示力体图的示力体图结合已知条件，可以得出：G4=220 N，

18、FI4=37 N，F54=6100 N，F34=11876N。而且由受力分析可得，重力 G4作用于竖直向下，惯性力 FI4作用于垂直连杆 4 向左，滑块 3 的作用力 F34作用于垂直连杆 4 向右，F54作用于沿连杆 5 向外。根据这些数据和方向，力的比例尺Q=100 N/mm，可画出构件4 的力多边形图 13F 34F 14G 4P图图 1111杆件杆件 4 4 的力多边形图的力多边形图可根据构件 4 与杆组 5、6 的力多边形图，力的比例尺Q=100 N/mm，可直接得到曲柄 2 与滑块 3 组件的力多边形图 14。F 12-可修编.-M 2F 43O 2图图 1212杆组杆组 2 2、

19、3 3 的力多边形图的力多边形图以上是曲柄在4位置的动态静力分析。2.3、齿轮机构的设计已知：电动机、曲柄的转速No、N2，皮带轮直径dO、dO，某些齿轮的齿数z，模数 m，分度圆压力角（参见表1）；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。要求：计算齿轮 z2 的齿数，选择齿轮副 z1z2 的变位系数，计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以 2 号图纸绘制齿轮传动的啮合图。根据齿轮传动比的公式：i12=n1/n2=z2/z1=d2/d1,参考数据表 1 中的已知齿轮数，计算出 z2=39。由于 z1=13zmin=17，所以必须进行正变位 x1，才能使齿轮 z1不发生根切，为了使齿轮z1、z2为等变位啮

20、合，所以齿轮z2必须进行负变位 x2。且形成等变位：x1+x2=0。而变位系数的公式为：x ha*（zmin-z）/zmin。将数据代入，可得到 x10.235 mm，x2-1.294 mm。所以，我选取了 x1=0.3、x2=-0.3。任意圆齿厚Si=Sri/r-2ri/(inv i-inv),分别将齿轮 z1、z2变位后的数据代入公式中，可分别得到齿轮 z1、z2的齿顶圆的齿厚Sa1 2.2mm,Sa2 5.2mm。满足变位后齿轮齿顶厚Sa0.25 m（此处 m 表示为分度圆模数）=1.5mm。由于是正变位齿轮机构，所以中心距不变，a=mz1 z2，代入数据得2a=207mm。绘制步骤如下

21、：-可修编.-1、取L 0.001m的比例进行作图。mm2、根据中心距 a=207mm，定出两齿轮的中心位置 O1、O2，分别以 O1、O2为圆心分别作两个齿轮的基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。3、作两齿轮基圆内的公切线，交点分别为 N1、N2，N1N2为理论啮合线。N1N2分别与齿轮 z1、z2的齿顶圆相交于 B1B2，则 B1B2为实际啮合线，测量得B1B2=25.5mm。它与连心线 O1O2的交点为节点 P，而 P 点又与两分度圆的切点相重合，基圆内公切线与过 P 点的节圆切线间的夹角为啮合角，同时也等于分度圆压力角。4、根据渐开线形成原理，分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿一边的齿

22、廓曲线，然后以此为模板，左右对称进行复制描述，齿轮z1、z2的齿顶圆的齿厚si1=2.7m m，si2=4.76m m，并结合齿轮变位后的齿顶圆齿厚，画出完整的齿廓。5、在连心线处画一个完整的齿廓，然后根据齿轮啮合的要求，连续画出两齿轮的 3 个齿廓。2.4、凸轮机构设计已知：摆杆 9 为等加速等减速规律，其推程运动角1=74，远休止角s=10，回程角=74，摆杆长度lO9D=132mm，最大摆角max=15，许用压力角=45；凸轮与曲柄共轴。要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际轮廓。1)根据给定的从动件运动规律=（），逐点计算每一个凸轮转角 所对应的从动件角位移、角速度、

23、角加速度。应视凸轮转角 在不同的运动区间，用相应的运动方程式来计算。-可修编.-a)1/2，属于升程加速区，其运动方程式为22=2（max/1）2，=4（max/1）2，=4max/1b）1/21，属于升程减速区，其运动方程式为2=max2max(1)2/12=4max(1)2/12=4max/1c）11+S，属于远休止区，其运动方程式为=max，=0，=0d）1+S(1+S)/2）,属于回程加速区，其运动方程式为=max2max（1+S）/2=4max（1+S）/2=4max/2e)(1+S)/21+S,属于回程减速区，其运动方程式为=2max（1+S）/2=4max（1+S）/2=4max

24、/2f）（1+S+）360，属于近休止区，其运动方程式为=0，=0，=0按照从动件的运动规律，分别把数据代入上面公式中，按公式分别计算推程和回程的（dd）max，然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。dd2)凸轮的基圆半径的设计-可修编.-根据摆动推杆盘形凸轮机构，设已知推杆的运动规律=（）、摆杆lO9D的长度lO9D=132mm、摆杆最大摆角max=15、凸轮转动的角速度（）及推程和回程的许用压力角=45、=45。（1）确定摆杆转动中心 O9的位置，并判断凸轮转动中心的大致方位。以O9为圆心，lo9D=132mm 为半径作圆弧。按（）线图划分max角为 116，可将其所对的弧近似的看成直线

25、，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割max角所对应的弧，自从动杆摆动中心 O9作辐射线与各割点相连，则max角按所定比例分割了。作图时，取l=lO9Dddm=0.0158，则可以直接根据（）线ddmm图上的各纵坐标值，在O9点相应的辐射线由 D 点速度方向顺着凸轮转向转过90 后所指的方向来确定。画出 B1E1B15E15。升程阶段,过 E1点做直线 E1F1，时B1E1F1=90=45；同样过 E2、E3作类似的直线，回程阶段也一样。得到一系列直接后，在这些直线下方，就是应选凸轮直径的区域，此处选取r0=60mm。然后根据凸轮转向，摆杆长lO9D=132mm，角位移线图=（）图，

26、r0=60mm，lO9D=132mm，画出凸轮理论廓线。然后找出理论轮廓线的弯曲程度最大的位置，画出其最小曲率半径min=35mm。滚子半径的理论依据为rg=0.10.5ro，次处选取r=0.2ro=12mm。然后在理论轮廓线上画出一系列的以 rg为半径的圆，将这些圆的包络线以光滑曲线连起来，画出凸轮的实际廓线。2.5、飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数，由动态静力分析所得的平衡力矩 My,具有定传动比的各构件的转动惯量 J，电动机、曲柄的转速nO、n2及某些齿轮的齿数。-可修编.-驱动力矩为常数。要求用惯性立法确定安装在轴 O2 上的飞轮转动惯量JF。步骤：1）列表汇集同组同学在动态静力分

27、析中求得的每个机构位置的平衡力矩 M，以力矩比例尺和角度比例尺绘制一个运动循环的动态等功阻力矩*MC MC()线图。()用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功对AC ACW W()线图。2）绘制驱动力矩 M 所作的驱动功Aa Aa()线图。因 M 为常数，且一个运动*()线图的始末两点以直线循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的Ac*AC相连，即为Aa Aa()线图。*()两线图相减，即得一个3）求最大动态剩余功A。将Aa Aa()与Ac*AC运动循环中的动态剩余功线图A A()。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩余功A。4）确定飞轮的转动惯量JF。由所得的A，按下式确定

28、飞轮的转动惯量J=900 A/2n2按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为JF=60kgm2.3、设计小结这次机械原理课程设计，内容是牛头刨床的主要机构：导杆机构、凸轮机构、齿轮机构。这次的机械原理课程设计，很好的应用了这学期学习的机械原理中的知识。在这几天中，我有很多的体验，同时也有我也找到许多的毛病，比如：专业知识不能熟练应用，作图时不是太合理。但是通过这次实践设计，我觉得我的能力有了很打的提高。比如：通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书，并且巩固复习了一些设计数据的计算方法（速度、加速度、力）。-可修编.-自己的第一次设计，其中肯定有很多的不足，希望在今后的设计中，能够得到正真的提升，使自己的设计能力进一步趋向成熟。当然我也会努力学习让自己的专业知识日益深厚。我在这次设计中感到了团队合作的重要性。这将使我受益终生。人生中会遇到很多的问题和坎坷，无论它们有多么的棘手，但我相信，只要努力，成功就一定会在眼前！大学中学习，还需要好多需要去学习和实践。参考文献1 罗洪田.机械原理课程设计指导书M.：高等教育,2010.2 X 毅，杨家军.机械原理课程设计M.：华中科技大学,2008.6-可修编.