机械原理课程设计经典4165.pdf

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1、 浙江理工大学 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：朱 开 杰 学 号：B 指导教师：钱 萍 设计时间：2013-6-28-2013-7-5 机械与自动控制学院 目 录 1、课程设计的任务与要求 3、机械原理课程设计任务书 3、机械原理课程设计的参考数据 5、机械原理课程设计的目的与要求 5 1.3.1、机械原理课程设计的目的 5 1.3.2、牛头刨床的工作原理与机构组成 6 2、课程设计的机构 7 、导杆机构的运动分析 7 、导杆机构的动态静力分析 13 、齿轮机构设计 14 、凸轮机构设计 16、飞轮设计 18 3、设计小结 18 4

2、、参考文献 19 1、课程设计的任务与要求 、机械原理任务书：姓 名：朱 开 杰 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：10 机制（5）班 学 号：B 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 已知技术参数和设计要求：1.已知技术参数 图 1 牛头刨床机构简图及阻力线图 表 1 设计数据 导杆 机构 运动 分析 2n 24O Ol 2OAl 4OBl BCl 44O Sl 6Sx 6Sy 工作 行程 H 行程 速比 系数 K 56 370 90 540 4OBl 4OBl 240 50 310 导杆 机构 的 动态 4G 6G

3、 p py 4SJ 220 600 5500 80 静力 分析 飞轮 转动 惯量 的 确定 On 1z Oz 1z 2OJ 1OJ OJ OJ 1440 10 20 40 凸轮 机构 的 设计 从动件最大摆角 max 9O Dl 推程 远休止S 回程 15 132 45 74 10 74 齿轮 机构 的 设计 Od Od 12m 1Om 100 300 6 20 2.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

4、作量：完成 4 张 A2图纸，1 份计算说明书 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（8）答辩：1 天 指导教师签字：_ 年 月 日 、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 导杆机构 运动分析 2n r/min 56 24O Ol mm 370 2OAl 90 4OBl 540 BCl 4OBl 44O Sl 4OBl 6Sx 240 6Sy

5、 50 工作行程310 H 行程速比系数 K 导杆机构的动态静力分析 4G N 220 6G 600 p 5500 py mm 80 4SJ 2.kg m 飞轮转动惯量的 On r/min 1440 确定 1z 10 Oz 20 1z 40 2OJ 2.kg m 1OJ OJ OJ 凸轮机构的 设计 从动件最大摆角 max 15 9O Dl mm 132 45 推程1 74 远 休 止S 10 回程 74 齿轮机构的设计 Od mm 100 Od 300 12m 6 1Om 20、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较全面的机械运动

6、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削质量；刨头左

7、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的空刀距离，见图(b)），而空回行程中则没用切削阻力。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 2 牛头刨床机构简图及阻力线图 2、课程设计的机构、导杆机构的运动分析 已知：曲

8、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 2.导杆机构运动尺寸数据 导杆 机构 运动 分析 2n 24O Ol 2OAl 4OBl BCl 44O Sl 6Sx 6Sy 工作 行程 H 行程 速比 系数 K 56 370 90 540 4OBl 4

9、OBl 240 50 310 导杆 机构 的 动态 静力 分析 4G 6G p py 4SJ 220 600 5500 80 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(mmm)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。图 3 导杆机构运动简图 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

10、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=（mmsm/）和加速度比例尺a=（mmsm2/），用矢量方程图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形。作图步骤：1、作导杆机构的简图。选取长度比例尺l=1/3mmm，作机构在位置2 的运动简图。作图时，必须注意 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。、速度

11、、加速度分析 所用理论力学公式：ArAeAVVV CBBCVVV rKnAeAenAaaaaa CBnCBnBBCaaaaa AOaAe4 BOaB4 列加速度矢量方程，得 rKnAeAenAaaaaa 大小 方向 AO2 O4B O4B O4B O4B CBnCBnBBCaaaaa 大小 方向 X-X O4B O4B CB BC 列速度矢量方程，得 ArAeAVVV 大小 方向 O2A O4B O4B CBBCVVV 大小 方向 X-X O4B BC 滑块 3 在4位置速度、加速度计算分析：sradnw/86.5605614.32602 m/s 0.528=5.860.09=l =VAOA2

12、 做速度多边形，得到：smVAe/515.0、smVAr/09.0、smVB/518.0m/s61.0CV、m/s025.0BCV 2222/07.309.0528.0smAOavAnA 2242/59.0459.0515.0smAOavAenAe 24AeAr/204.009.0459.0515.02AOV2 V2smVaArK 做加速度多边形，得到：2/32.0smaAe、2/404.2smar 2322/1046.414.0025.0smBCVaBCnCB 2/3765.0smaB做加速度多边形，得到：2/395.0smac 取速度极点 P，速度比例尺 v=(m/s)/mm，作速度多边形

13、 取加速度极点 P，速度比例尺a=(m/s)/mm，作加速度多边形，如图 图 4 4 点速度 图 5 4 点加速度 滑块 3 在8位置速度、加速度计算分析：sradnw/86.5605614.32602 m/s 0.528=5.860.09=l =VAOA2 做速度多边形，得到：2242/497.054.0518.0smBOVaBnBsmVAe/05.0、smVAr/515.0、smVB/352.0m/s38.0CV、m/s08.0BCV 2222/07.309.0528.0smAOavAnA 2242/0072.0345.005.0smAOavAenAe（忽略）24AeAr/048.0515

14、.0345.005.02AOV2 V2smVaArK 做加速度多边形，得到：2/01.3smaAe、2/16.0smar 2242/229.054.0352.0smBOVaBnB 222/0457.014.008.0smBCVaBCnCB 2/472.0smaB 做加速度多边形，得到：2/44.0smac 取速度极点 P，速度比例尺 v=(m/s)/mm，作速度多边形 取加速度极点 P，速度比例尺a=(m/s)/mm，作加速度多边形，如图 图 6 8 点速度、加速度 滑块 3 在12位置速度、加速度计算分析：sradnw/86.5605614.32602 m/s 0.528=5.860.09=

15、l =VAOA2 做速度多边形，得到：smVAe/26.0、smVAr/46.0、smVB/454.0m/s09.0CV、m/s085.0CBV 2222/07.309.0528.0smAOaVAnA 2242/215.0312.026.0smAOaVAenAe 24AeAr/76.046.0312.026.02AOV2 V2smVaArK 做加速度多边形，得到：2/02.3smaAe、2/32.1smar 2242/38.054.0454.0smBOVaBnB、222/05.014.0085.0smBCVaCBnCB 2/322.0smaB做加速度多边形，得到：2/42.0smac 取速度极

16、点 P，速度比例尺 v=(m/s)/mm，作速度多边形 取加速度极点 P，速度比例尺a=(m/s)/mm，作加速度多边形，如图 图 7 12 点速度、加速度、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 的示力体 由已知条件，最终可以得到：G 6=600 N，P=5500 N，F I6=N 而且由受力分析可得，阻力P 左右于水平向左，G 6 作用于竖直向下，F N16 作用于竖直向上，F I6 作用于水平向左，F 45 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

17、 N/mm，可画出杆组 5、6 的力多边形图 11 P F N16 F 45 F I6 G 6 图 8 杆组 5、6 的示力体图 结合已知条件，可以得出：G 4=220 N，F I4=37 N，F54=6100 N，F34=11876N。而且由受力分析可得，重力 G 4 作用于竖直向下，惯性力 F I4 作用于垂直连杆 4向左，滑块 3 的作用力 F 34 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 13 S O4 F 14 F 34 P G 4 图 9 杆组 5、6 的力多边形图 图 10 杆件

18、4 的示力体图 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。以上是曲柄在4位置的动态静力分析。、齿轮机构的设计 已知：电动机、曲柄的转速 oN、N2，皮带轮直径Od、Od，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=3

19、9。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：min minz/）z -z（*ha x。将数据代入，可得到 x10.235 mm，x2-1.294 mm。所以，我选取了 x1=、x2=。任意圆齿厚)inv-/(inv2r-/rSr=Siiii,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mmSmmSaa2.5,2.221。满足变位后齿轮齿顶厚 aS0.25 m（此处 m 表示为分

20、度圆模数）=1.5mm。由于是正变位齿轮机构，所以中心距不变，2zm=a21z，代入数据得O 2 F 43 M 2 F 12 图 11 杆件4 的力多边形图 图 12 杆组 2、3 的力多边形图 a=207mm。绘制步骤如下：1、取mmmL001.0的比例进行作图。2、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=。它与连心

21、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廓曲线，然后以此为模板，左右对称进行复制描述，齿轮21z、z的齿顶圆的齿厚4.76mm=s，2.7mm=si2i1，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。、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9O Dl=132mm，

22、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、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。a)1/2，属于升程加速区，其运动方程式为 =2（max/21）2，=4（max/21）2，=4max/1 b）1/21，属于升程减速区，其运动方程式为 =max2max2121/)(=4max2121/)(=4max/21 c）1 S1+，属于远休止区，其运动方程式为 =max，=0，=0 d）S1+2/)+(S1）,属

23、于回程加速区，其运动方程式为 =max2max（S1+）/2 =4max（S1+）/2 =4max/2 e)2/)+(S1S1+,属于回程减速区，其运动方程式为 =2max（S1+）/2 =4max（S1+）/2 =4max/2 f）（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dd（）及（）线图。2)凸轮的基圆半径的设计 根据摆动推杆盘形凸轮机构，设已知推杆的运动规律）（=、摆杆DlO9的长度DlO9=132mm、摆杆最大摆角max=15、凸轮转动的角速度

24、（）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，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=DlO9dd=mmm，则可以直接根据dd（）线图上的各纵坐标值，在9O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

25、=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DlO9=132mm，角位移线图）（=图，r0=60mm，DlO9=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=，次处选取12mm=ro0.2=r。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。、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

26、的各构件的转动惯量 J，电动机、曲柄的转速2On、n及某些齿轮的齿数。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FJ。步骤：1）列表汇集同组同学在动态静力分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)(*CCMM线图。对)(*CCAA用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功)(WW 线图。2）绘制驱动力矩 M 所作的驱动功)(aaAA 线图。因 M 为常数，且一个运动循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的)(*CcAA 线图的始末两点以直线相连，即为)(aaAA 线图。3）求最大动态剩

27、余功A。将)(aaAA 与)(*CcAA 两线图相减，即得一个运动循环中的动态剩余功线图)(AA。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FJ。由所得的 A，按下式确定飞轮的转动惯量 22/A 900=Jn按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为2F60kg=Jm.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

28、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）。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.北京：高等教育出版社,2010.2 刘毅，杨家军.机械原理课程设计M.武汉：华中科技大学出版社,2008.6