姜干機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目： 牛頭刨床 （3） 院 系： 機(jī)電與信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 機(jī)械（1）班 學(xué) 號(hào)： 2110607109 姓 名： 姜干 指導(dǎo)教師： 蔣宇 完成時(shí)間： 2013年6月30日 1 目錄1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.22. 牛頭刨床的設(shè)計(jì)摘要.53. 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù).64. 設(shè)計(jì)內(nèi)容.85. 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).186. 心得體會(huì).217. 參考資料.22 1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)2、 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求（1） 工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)完成工件的平面切削加工的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置（帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)），完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。工作行程時(shí)，刨刀速度要平穩(wěn)；空回行程時(shí)。刨刀要快速退回，即要有急回作用。（2） 設(shè)計(jì)要求 電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸平行，刨刀刀刃點(diǎn)e和鉸鏈點(diǎn)c的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2的轉(zhuǎn)速偏差為5%。要求導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值；凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值之內(nèi)，擺動(dòng)從動(dòng)件9的升、回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律均為等加速、等減速運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件的傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，系統(tǒng)有過(guò)載保護(hù)，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。（可選擇）（3）技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表所示12345678910導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速 （r/min）48495052504847556056機(jī)架/mm380350430360370400390410380370工作行程/mm310300400330380250390310310320行程速比系數(shù)k1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48連桿與導(dǎo)桿之比0.250.300.360.330.300.320.330.250.280.26導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析工作阻力/n4500460038004000410052004200400060005500導(dǎo)桿質(zhì)量20202220222426282622滑塊質(zhì)量70708080809080708060導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.11.11.21.21.21.31.21.11.21.2凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角從動(dòng)件桿長(zhǎng)125135130122123124126128130132許用壓力角40384245434441404245推程運(yùn)動(dòng)角75706560707565607274遠(yuǎn)休止角10101010101010101010回程運(yùn)動(dòng)角757065607075656072743、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量（1）根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可擬定多種機(jī)構(gòu)并對(duì)這些機(jī)構(gòu)作對(duì)比分析，繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖。（2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。（3） 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。選取運(yùn)動(dòng)中某一位置作為分析的重點(diǎn)，要求進(jìn)行速度、加速度分析，并確定速度、加速度、角加速度、角速度等參量的數(shù)值。并將分析結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。（4） 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析。確定某一位置各運(yùn)動(dòng)副反力的數(shù)值。并將分析結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。（5） 傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞路線及擬采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行尺寸計(jì)算及零件圖繪制。（6）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，包括設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程等。4、 工作計(jì)劃根據(jù)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃安排采用集中和分散相結(jié)合的方式進(jìn)行，時(shí)間為1.5周。時(shí)間安排內(nèi)容安排第1天布置題目、學(xué)生選題第2天方案討論第3天運(yùn)動(dòng)方案的制定、評(píng)價(jià)、選擇第4天確定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸、參數(shù)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第5天機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)量的計(jì)算第6天校核第7天整理前期所有工作第8天撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書第9天上交成果、答辯 2.摘要牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)完成工件的平面切削加工的機(jī)床，具有工作行程速度低且均勻及空回速度快的特點(diǎn)。它一般只能加工小型工件，其優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)及操作都比較方便，加工精度高。本設(shè)計(jì)抓住對(duì)刨刀在不同點(diǎn)的速度以及加速度的分析，列運(yùn)動(dòng)方程以及對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的不同構(gòu)件和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及靜態(tài)力分析來(lái)研究和確定牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征。在這次設(shè)計(jì)中，還應(yīng)用了圖解法來(lái)分析。 3、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3.1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作切削。此時(shí)要求速度較低且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)1-9-10-11與棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，故需裝飛輪來(lái)減小株洲的速度波動(dòng)，以減少切削質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)容量。3.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（3）技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下表所示3導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速 （r/min）50機(jī)架/mm430工作行程/mm400行程速比系數(shù)k1.40連桿與導(dǎo)桿之比0.36導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析工作阻力/n3800導(dǎo)桿質(zhì)量22滑塊質(zhì)量80導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.2凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角從動(dòng)件桿長(zhǎng)130許用壓力角42推程運(yùn)動(dòng)角65遠(yuǎn)休止角10回程運(yùn)動(dòng)角65 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 計(jì)算機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)并繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 已知機(jī)架lo2o4長(zhǎng)為430mm，工作行程h等于400mm，行程速比系數(shù)為1.4，連桿與導(dǎo)之比lbc/lo4b為0.36. 經(jīng)計(jì)算的桿lo2a長(zhǎng)為111.3mm。導(dǎo)桿lo4b的長(zhǎng)為772.8mm。連桿lbc的長(zhǎng)為278.2mm。所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下。2、速度分析： 由速度已知的曲柄上a（a2a3a4)點(diǎn)開始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的速度va4。因?yàn)関a2=va3=lo2a=2n2/60lo2a=（250）60111.3=582.8mm/s所以 va4=va3+va4a3大小 ? ?方向 o4a o2a o4a取極點(diǎn)p，按照比例尺v=0.005(m/s)mm做速度圖，如圖所示，并求出構(gòu)件4（3）的角速度4和構(gòu)件4上的b點(diǎn)的速度vb以及構(gòu)件4與構(gòu)件3上的重合點(diǎn)a的相對(duì)速度va4a3。因?yàn)?va4=v|pa4|= 0.005=532.9mm/sa4=va4/lo4a=532.9529.3=1.01rad/s 且3=4（順時(shí)針）vb=4lo4b=1.01772.8mm/s=778.1mm/sva4a3=v|a4a3|=0.00544120mm/s=220.6mm/s對(duì)于構(gòu)件5上bc點(diǎn)，列同一構(gòu)件兩點(diǎn)間的速度矢量方程： vc=vb+vcb 大小 ？ ？ 方向 ？ bc vc=v|pc|=0.005154180=771mm/s5=vcb/lbc=0.379rad/s3、加速度分析由運(yùn)動(dòng)已知的曲柄上a(a2，a3，a4)點(diǎn)開始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間加速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的加速度aa4。因?yàn)?aa2=aa3=aa2(法向）=（2）lo2a=（2n2/60)lo2a=(250）/60)111.3mm/s=3.06m/s aa4(法向）=（4）lo4a=(1.01)529.3mm/s=0.54m/s aa4a3(科氏加速度）=23va4a3=23220.6mm/s=0.45m/s acb（法向）=（5）lcb=(0.379)278.2=0.40m/s所以 aa4=aa4(法向）+aa4(切向）=aa3+aa4a3(科氏加速度）+aa4a3（向心加速度） 大小 ？ ？方向 ao4 o4a ao2 o4（向左下） o4a 取極點(diǎn)p，按比例尺u=0.01（m/s）/mm。作加速度圖（與機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖和速度分析矢量圖繪在同一圖樣上），如圖所示，用影像原理求得構(gòu)件4上b點(diǎn)和質(zhì)心s4點(diǎn)的加速度ab和as4，用構(gòu)件4上a點(diǎn)的切向加速度aa4求構(gòu)件4的角加速度a4.因?yàn)?aa4=a|pa4|=0.0177.5=0.775m/s ab=a|pb|=0.0192.3=1.13m/s as4=0.5ab=0.566m/s 所以 a4=aa4(切向）/lo4a=0.0155.7/529.3mm=1.05rad/s（順時(shí)針） 大小 ？ ？ 方向 xx cb bc ac=a|pc|=0.01108.7mm/s=1.087mm/s a5=acb/lbc=0.0161.6/247.2=2.49rad/s4. 動(dòng)態(tài)靜力分析首先依據(jù)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，計(jì)算構(gòu)件4的慣性力f14（與as4反向）、構(gòu)件4的慣性力矩m14（與a4反向，逆時(shí)針）、構(gòu)件4的慣性力平移距離lh4（方向：右上）、構(gòu)件6的慣性力矩f16（與ac反向）。 f14=m4as4=220.566n=12.452n m14=js4=1.051.2nm=1.26nm lh4=m14/f14=101.2mm f16=m6as6=801.087n=86.96n1. 取構(gòu)件5、6基本桿件組為示力體因構(gòu)件5為二力桿，只對(duì)構(gòu)件6作受力分析即可，首先列力平衡方程：f=0 fr65= fr56 fr54= fr45 fr16+fr+f16+g6+fr56=0大小 ？ ？方向 xx xx xx xx bc按比例尺f=10n/mm作力多邊形，求出運(yùn)動(dòng)副反力fr16和fr56。 fr16=1055.282n=552.82n fr56=10372.057=3720.57n , 可計(jì)算出,設(shè)與水平導(dǎo)軌的夾角為可測(cè)得的大小為2度f(wàn)r45= 87.0 n fr6=796.96n2取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體 首先取構(gòu)件4，對(duì)o4點(diǎn)列力矩方程（反力fr54的大小和方向?yàn)橐阎蟪龇戳r34： fr54= fr45 fr34= fr43fr54=-fr45 根據(jù)，其中，分別為,作用于的距離（其大小可以測(cè)得），可以求得：fr23=886.5n再對(duì)構(gòu)建4列力平衡方程，按比例尺uf= 10 n/mm作力多邊形如圖所示，求出機(jī)架對(duì)構(gòu)建的反力fr14： f=0，fr54+g4+f14+fr34+fr14=0. 大小 ？ 方向 /bc xx o4a ？ fr14= 794.81n3，取構(gòu)件2為示力體 作用于的距離為h，其大小為101.67mm所以曲柄上的平衡力矩為：m=fr32101.67mm=90.14m/s方向?yàn)槟鏁r(shí)針。 5. 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1、為提高傳動(dòng)效率，原傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖已知各數(shù)據(jù)如表：符號(hào)n0z1d0d0m12m01單位r/minmmmmr/min數(shù)據(jù)14401010030063.5602、計(jì)算過(guò)程：因?yàn)閚o/no=do/do 得no=480r/min (20) (40)(10)(40)分度圓直徑7014060240基圓直徑65.7131.556.4225.5齒頂圓直徑7714778.3245.7齒根圓直徑61.3131.351.3218.7分度圓齒厚5.55.511.77.1分度圓齒距10.910.918.818.8中心距105150 得 3、繪制嚙合圖 齒輪嚙合圖是將齒輪各部分按一定比例尺畫出齒輪嚙合關(guān)系的一種圖形.它可以直觀的的表達(dá)一對(duì)齒輪的嚙合特性和嚙合參數(shù),并可借助圖形做必要的分析。(1) 漸開線的繪制: 漸開線齒廓按漸開線的形成原理繪制,如圖以齒輪輪廓線為例，其步驟如下: 按齒輪幾何尺寸計(jì)算公式計(jì)算出各圓直徑: do” ，dob，d oa，d of，畫出各相應(yīng)圓,因?yàn)橐笫菢?biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合,故節(jié)圓與分度圓重合. 連心線與分度圓(節(jié)圓)的叫點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)p,過(guò)節(jié)點(diǎn)p作基圓切線,與基圓相切與n1,則即為理論嚙合線的一段，也是漸開線發(fā)生線的一段 將線段分成若干等份：、 根據(jù)漸開線特性，圓弧長(zhǎng)不易測(cè)得，可按下式計(jì)算n10弧所對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)： 代入數(shù)據(jù)： 按此弦長(zhǎng)在基圓上取0點(diǎn)。將基圓上的弧長(zhǎng)n10分成同樣等份，的基圓上的對(duì)應(yīng)分點(diǎn)1，2，3。過(guò)1，2，3點(diǎn)作基圓的切線，并在這些切線上分別截取線段，使其、得，諸點(diǎn)，光滑連接，各點(diǎn)的曲線即為節(jié)圓以下部分的漸開線。將基圓上的分點(diǎn)向左延伸，作出，取、，可得節(jié)圓以上漸開線各點(diǎn)，直至畫到超出齒頂圓為止。當(dāng)dfdb時(shí)，基圓以下一段齒廓取為徑向線，在徑向線與齒根圓之間以r.mm為半徑畫出過(guò)渡圓角；當(dāng)dfdb時(shí)，在漸開線與齒根圓之間畫出過(guò)渡圓角。（）嚙合圖的繪制：選取比例尺l=2mm/mm,定出齒輪z0與z1的中心以oo心作出基圓，分度圓，節(jié)圓，齒根圓，齒頂圓畫出工作齒輪的基圓內(nèi)公切線，它與連心線0102的交點(diǎn)為點(diǎn)p ，又是兩節(jié)圓的切點(diǎn)，內(nèi)公切線與過(guò)p點(diǎn)的節(jié)圓切線間夾角為嚙合角過(guò)節(jié)點(diǎn)p分別畫出兩齒輪在齒頂圓與齒根圓之間的齒廓曲線按已算得的齒厚和齒距p計(jì)算對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)和。按和在分度圓上截取弦長(zhǎng)得a,c點(diǎn)，則 取ab中點(diǎn)d連d兩點(diǎn)為輪齒的對(duì)稱線，用紙描下右半齒形，以此為模板畫出對(duì)稱的左半部分齒廓及其他相鄰的個(gè)齒廓，另一齒輪做法相同。作出齒廓的工作段。 6.心得體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)，在與同學(xué)密切配合下，通過(guò)自己幾天的努力下，完成了這份課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多理論課上無(wú)法得到的收獲。這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練短短兩周的課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，今后需要繼續(xù)努力。在大學(xué)的生活中 ，我們有許多的時(shí)間去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，我們不停地加強(qiáng)自己。 雖然說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)完成了，但是我們還不能放松自己，我們要學(xué)的還有許多許多，不僅僅是知識(shí)方面的，還有著自己與同學(xué)、老師交流和幫助在今