牛头刨床机械原理课程设计6点 - 图文

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机械原理课程设计——牛头刨床传动机构

说 明 书

学院：机电工程学院

年级： 专业 姓名：

学号：20110504310008 20110504310009 指导老师： 日期：2013年6月22日

目录

一、工作原理及工作过程............................................................................. 错误！未定义书签。

二.设计任务 ..................................................................................................................................... 3

三.设计数据 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

四.设计要求 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

（一）、运动方案设计........................................................................... 错误！未定义书签。

（二）、确定执行机构的运动尺寸 ....................................................... 错误！未定义书签。

（三）、进行导杆机构的运动分析 ......................................................................................... 5

（四）、对导杆机构、凸轮机构、齿轮机构设计分析 ....................... 错误！未定义书签。

（五）、数据总汇并绘图 ......................................................................................................... 5

五.设计方案选定 ............................................................................................................................. 5

（一）、导杆机构运动设计数据分析 ..................................................................................... 6

1.10点速度,加速度分析........................................................................................................ 6

（二）凸轮机构设计数据分析 ............................................................................................. 10

（三）齿轮机构设计数据分析 ............................................................................................. 12

六、课程设计总结. ....................................................................................................................... 13

七、心得体会 ................................................................................................................................ 13

一、概述

1．课程设计的题目

此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计. 2．课程设计的任务和目的 1）任务：

1 牛头刨床的机构选型、运动方案的确定； 2 导杆机构进行运动分析； 3 导杆机构进行动态静力分析； 4.飞轮设计；

5.凸轮机构设计。

2）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，它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设计的步骤及方法，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。

.3．课程设计的要求

牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的 实现传动功能。

二.机构简介与设计数据

1， 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2-3-4-5-6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，以提高生产效率。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（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程过程中，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4-1，b）而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个循环运动中，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。

2， 1）

设计数据 见表4-1

2)选择设计方案：

设计内容 符单号 位 n2 r/min lo2o4 导杆机构的运动分析 lo2A lo4B lBC mm lo4s4 xs6 ys6 G4 导杆机构的静力分析 G6 N P yp mm Js4 Kg·m2 方案Ⅱ 64 设计内容 符号 δ no’ r/min 1440 13 16 350 90 580 0.3lo4B 0.5lo4B 200 50 220 800 9000 80 1.2 飞轮转动惯量的确定 ψmax ° 0.2 15 凸轮机构的设计 Z1 Zo’ Z1’ 40 Jo2 Jo1 Jo” Jo’ Lo9D mm 135 [α] φ ° φs φ’ 单位 Kg.m2 0.5 0.4 0.25 方案Ⅱ 0.15 38 70 10 70 方案特点： 1、结构简单，制造方便，能承受较大的载荷；

2、具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求； 3、滑块行程可以根据杆长任意调整； 4、机构传动角恒为90度，传动性能好；

5、工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求； 6、机构运动链较长，传动间隙较大； 7、中间移动副实现较难。

三.课程设计的内容和步骤

1．导杆机构的设计及运动分析 1）导杆机构简图

2）导杆机构运动分析

4

a、 曲柄位置“6”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“6”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ω2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。

ω2=2πn2/60 rad/s=6.7020643264rad/s

υA3=υA2=ω2·lO2A=6.702064213×0.09m/s=0.60

3185779m/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

υA4=υA3+υA4A3

大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B

取速度极点P，速度比例尺μv=0.001(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-4

则由图1-4知， υA4= pa4/μv =0.48590227981m/s

υA4A3= a3a4/μv =0.35739623806m/s

由速度影像定理求得，

υB5=υB4=υA4·O4B/ O4A=0.67355117939m/s

又 ω4=υA4/ lO4A=1.16129513687931rad/s 取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

υC=υB+υCB

大小 ? √ ?

方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.005(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-4。 则由图1-4知， υC=0.66392950064m/s

υCB=0.1026378747m/s

ωCB=υCB/lCB=0.5898728434482 rad/s

b.加速度分析：

取曲柄位置“ 6 ”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连， 故aA2=aA3,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。

n

n

ω2=6.7020643264rad/s,

a=a=ω22·LO2A=6.7020642132×0.09 m/s2=4.042589961168m/s2

A3

A2

nn

a=ω42·LO4A=0.564275954395379 m/s2

A4

n

取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：

aA4 = 大小:

a

nA4

+ aA4τ= aA3n + aA4A3K + aA4A3r

? ω42·LO4A ? ω22·LO2A √ ?

B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B

方向： ?

取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

ac5= aB5+ ac5B5+ a c5B5

大小 ? √ ω5

取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.5（m/s作加速度多边形如图1-5所示.

2

nτ

·LBC ?

方向 ∥X √ C→B ⊥BC

2

）/mm,

比例30:1

则由图1-5知,

aA4A3r =2.6922723 m/s2

aA4 =1.6638155038 m/s2

用加速度影象法求得

aB5 = aB4 =aA4·O4B/ O4A =2.306358585752m/s2

又 aBC

n

22

ω·L∕=5BC =0.0605432950301537ms

ac5 =-2.2105415252 m∕s2

总结6速度和加速度值

以速度比例尺μ=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺μa=(0.05m/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1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2）

表格 1-1 位置 未知量 结果 6 VA4 0.48590227981m/s VC 0.66392950064m/s 2 1.6638155038m/s, aA - 2.21054152522m/s ac

（二）、凸轮机构设计的数据分析 （一）已知条件、要求及设计数据

1、已知：摆杆９为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ'，如图8所示，摆杆长度lO9D，最大摆角ψ

max，许用压力角〔α

〕（见下表）；凸轮与曲柄共轴。

2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径ｒT，画出凸轮实际廓线。 3、设计数据：

（1）设计过程

选取比例尺，作图μl=1mm/mm。

1）、取任意一点O2为圆心，以作r0=45mm基圆；

2）、再以O2为圆心，以lO2O9/μl=150mm为半径作转轴圆； 3）、在转轴圆上O2右下方任取一点O9;

4）、以O9为圆心，以lOqD/μl=135mm为半径画弧与基圆交于D点。O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6°对推程段等分、11.6°对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用A进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置

?画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光

滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。 5）、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择

（2）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径?min：先用目测法估计凸轮理论廓线上的?min的大致位置（可记为A点）；以A点位圆心，任选较小的半径r 作圆交于廓线上的B、C点；分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G四个点处，如下图9所示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径?min?OA；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径?min?OG

图9

（3）凸轮滚子半径的选择（rT）

凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：?几何因素——应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 1~5mm。对于凸轮的凸曲线处???C?rT，

对于凸轮的凹轮廓线???C?rT（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式：

???min?rT?5?rT??min?5?22mm；?力学因素——滚子的尺寸还受

到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取rT?(0.1?0.5)r0及

4.5?rT?22.5mm。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为rT=15mm。

（三）、齿轮机构设计

已知 电动机、曲柄的转速n0′、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[α](参见表1)；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。

1、分析过程

（1）W0=(2*πn2/60) =150.80 rad/s W1 =50.27 rad/s W0=25.135 rad/s d1=60mm (分度圆) d2=72mm（齿顶圆）d3=45mm(齿根圆)

d4=56.38mm(齿基圆)

（2）W0=(2*πn2/60) =150.80 rad/s W1 =50.27 rad/s W0=25.135 rad/s d1=240mm(分度圆) d2=252mm（齿顶圆）d3=225mm(齿根圆) d4=225.68mm(齿基圆)

六、课程设计总结

实验设计过程，应该懂得理论基础的应用，结合老师所交的理论内容，不断地对设计进行尝试和创新，把握实验设计的每一点要求，认真做好总结和反复分析的逻辑思维。 七、心得体会

真正的，成功的背后需要我们为之付出很大的努力。通过这几天的奋斗，在老师悉心的指导下，在同学们的密切配合下，我们的机械原理课程设计终于完成了。在此我向陈老师表示最真诚的感谢。虽然我的设计可能还有不少的错误和误差，但心中还是无比的喜悦。以后会继续努力，永不言弃。

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：专业知识的不能熟练应用，作图时不图不是太合理。但是通过这次实践设计，我觉得我的实验设计能力有了很大的突破。 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！

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