機械原理課程設計牛頭刨床

1、太原理工大學機械原理課程設計目 錄概 述2設計項目1設計題目32機構簡介33設計數(shù)據(jù)4設計內(nèi)容1.導桿機構的設計 52.凸輪機構的設計163.齒輪機構的設計22參考文獻 24 - 26 -概 述一、機構機械原理課程設計的目的：機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于：（）進一步加深學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決有關本課程實際問題的能力。（）使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。（）使學生得到擬定運動方案的訓練，并具有初步設計選型與組合以及確定傳動方案的能力。（）通過課程設計，

2、進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術資料的能力。二、機械原理課程設計的任務：機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構（連桿機構、凸輪機構、齒輪機構以及其他機構）進行設計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎上設計凸輪、齒輪；或?qū)Ω鳈C構進行運動分析。要求學生根據(jù)設計任務，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設計的方法：機械原理課程設計的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法幾何概念較清晰、直觀；解析法精度較高。根據(jù)教學大綱的要求，本設計主要應用圖解法進行設計。刨床機構一 機構簡介：機構簡圖如下所示： 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如上圖所示。

3、電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構1-2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。因此，刨床采用具有急回特性的導桿機構。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。二 設計數(shù)據(jù)：各已知數(shù)據(jù)如下圖所示，未知數(shù)據(jù)可有已知數(shù)據(jù)計算求得設計內(nèi)容導桿機構的運動分析符號n2lo4o2

4、lo2alo4blbclo4s4xs6ys6單位r/minmm方案1603501105400.25 lo4b0.5 lo4b24050導桿機構的動態(tài)靜力分析符號g4g6pypjs4單位nnnmmkgm2方案12007007000801.1設計內(nèi)容齒輪機構設計符號a單位r/minmmmm度方案1144040202010030063.520設計內(nèi)容凸輪機構的設計符號maxosolo9d單位度mm方案11575107540125機構簡圖如下圖三 設計內(nèi)容：第一節(jié) 導桿機構的運動分析導桿機構設計要求概述： 已知曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，各構件尺寸，且刨頭導路位于導桿端頭b所作圓弧的平分線上。要求作機構的運動簡

5、圖，并作機構一個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖，畫在 2號圖紙上。 2 6位置的機構簡圖：計算過程：由已知數(shù)據(jù)n2=60r/min得2=2rad/s .1、求c點的速度：確定構件3上a點的速度：構件2與構件3用轉(zhuǎn)動副a相聯(lián)，所以a3=a2。又a2=2lo2a =0.112=0.69m/s求4的速度： 選取速度比例尺 ：v=0.01(m/s)/mm; a4 = a3 + a4a3 方向： bo4 ao2 bo4 大?。?？ ？ 圖1 用圖解法求解如圖1：式中a3、a4表示構件3和構件4上 a點的絕對速度，a4a3表示構件4上a點相對于構件3上a點的速度，其方向平行于線段bo4，大小未

6、知；構件4上a點的速度方向垂直于線段bo4，大小未知。在圖上任取一點p，作a3 的方向線pa3 ，方向垂直于ao2，指向與2的方向一致，長度等于a3/v，（其中v為速度比例尺）。過點p作直線垂直于bo4 代表a4的方向線，再過a3作直線平行于線段bo4 代表a4a3的方向線這兩條直線的交點為a4，則矢量pa4和a3a4分別代a4和a4a3 。由速度多邊形得：a4=0.32 m/sa4a3=0.593 求bo 4的角速度：曲柄位于起點1時位置圖如設計指導書圖（1）：此時=73.17lao4=0.41m桿bo 4的角速度：=a4/= 0.78 rad/s桿bo 4的速度4:4= =0.42m/s

7、求c點的速度c：c = b + cb方向： x-x bo4 bc 大?。?？ 4lo4b ？速度圖見圖1：式中c 、b 表示點的絕對速度。cb表示點c相對點b的相對速度其方向垂直于構件cb，大小未知，點c的速度方向平行于x-x，大小未知，圖上任取一點p作代表b的矢量pb其方向垂直于bo4指向于轉(zhuǎn)向相反，長度等于（為速度比例尺）。過點p作直線平行于x-x，代表c的方向線，再點b作直線垂直于bc代表cb的方向線，這兩方向線的交點為c則矢量pc和bc便代表 c、cb。c=vpc =0.412m/s cb=0.12取曲柄位置“2”進行加速度分析.取曲柄構件3和4的重合點a進行加速度分析.列加速度矢量方

8、程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ?方向 o4a ao4 ao2 o4b o4baa4n=42lo4al=0.255m/s2 a a3=22lo2al =4.34m/s2aa4a3k=24a4a3=0.9204m/s2 方向a3k取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖如下：圖2 a a4t=n1 a4a =2.708m/s2方向n1 a44=a a4t / lo4al = 0.881rad/s2其轉(zhuǎn)向為順時針方向。a a4 = pa4a=2.72 m/s2方向p a4取5構件的研究對

9、象，列加速度矢量方程，得ac= ab5 + acb5n + acb5大小 ? ?方向 xx p a4 cb bcab5=3.55 m/s2acb5n=cb52/lbcl=0.107 m/s2其加速度多邊形如圖2所示，有a b5 = pab5a = 3.52m/s2ac= pca = 3.7m/s2方向pc2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“6”進行速度分析。取構件3和4的重合點a進行速度分析。有2=2 rad/s 其轉(zhuǎn)向為順時針方向。a3=a2=2lo2al =0.69m/s 方向: ao2列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3大小 ?

10、 ?方向 o4a o2a o4b取速度極點p，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖。 圖3則由圖3知：a4=pa4v=0.58 m/s方向pa4a4a3=a3a4v=0. 389m/s 方向a3a44=a4/ lo4al =1.16rad/s其轉(zhuǎn)向為順時針方向。b =4lo4bl =0.63m/s方向pb 取5構件為研究對象，列速度矢量方程，得c = b + cb大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多邊形如圖1-1所示，有c=pcv= =0. 622m/s方向pccb=bcv=0.11m/s方向bc取曲柄位置“6”進行加速度分析.取曲柄構件3和4的重合點a進行加速度分

11、析.列加速度矢量方程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ? ?方向 ? ao4 o4b ao2 o4b o4baa4n=42lo4al=0.627m/s2方向pna a3=22lo2al =4.34m/s2方向pa3aa4a3k=24a4a3v=0.902m/ s2方向a3k取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.04（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖圖4則由圖14知，a a4t=n1 a4a =0.573m/s2方向na44=a a4t/lo4al=1.23rad/s2轉(zhuǎn)向為逆時針方向。a a4 = pa4a =1.294

12、m/s2方向pa4取5構件的研究對象，列加速度矢量方程，得ac= ab + acb n+ acb大小 ? ?方向 xx pa4 cb bcab = pba = -1.568m/s2acbn=cb2/lcbl =0.0896 m/s2其加速度多邊形如圖4所示，有ac = pca = -2.004 m/s22）導桿機構機構運態(tài)靜力分析已知 各構件的重量g（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導桿4繞重心的轉(zhuǎn)動慣量js4及切削力p的變化規(guī)律。要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的同一張圖紙上。動態(tài)靜力分析過程：取“2”點為研究對象，分離5、6構件進行運動靜

13、力分析，作阻力體如圖5所示，選取長度比例尺l=0.002m/mm,選取力比例尺p=50n/mm圖5已知p=7000n，g6=700n，又ac=3.7m/s2,那么我們可以計算fi6=-m6ac =- g6/gac =-257.14n又f = p + g6 + fi6 + fr45 + fr16 =0方向： x軸 y軸 與ac反向 bc y軸大?。?7000 700 -m6a6 ? ? 作力多邊行如圖6所示，選取力比例尺p=50n/mm。圖6由圖6力多邊形可得：f r45=cdn=7310nfr16= adn=1105n分離3,4構件進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖7所示圖7已知：f r54=f

14、 r45=7310，g4=200nas4=1.85m/s2 s4=4=0.881rad/s2可得構件4上的慣性力fi4=-g4/gas4=36.33n方向與as4運動方向相反慣性力偶矩ms4=-js4s4=-14.39nm方向與4運動方向相反（逆時針）將fi4和ms4將合并成一個總慣性力fs4（=fi4）偏離質(zhì)心s4的距離為hs4= ms4/ fi4，其對s4之矩的方向與4的方向相反（逆時針）取構件4為受力平衡體，對a點取矩得：在圖上量取所需要的長度ma=fr54cos18。labl+ms4+ fi4cos4。ls4al+g4sin13。ls4al+fro4lo4al=0代入數(shù)據(jù)， 得fro4

15、 =-1976.48 n 方向垂直o4b向右f = fr54 + fr34 + fs4 + g4 + fro4 + fro4n=0方向: bc o4b 與as4同向 y軸 o4b o4b大?。?? ?作力的多邊形如圖1-8所示，選取力比例尺p=50n/mm。 圖8fr34=ean=9025nfro4n =fan=2000n方向：o4b向下因為曲柄2滑塊3的重量可忽略不計，有f r34 = f r23= fr32對曲柄2進行運動靜力分析，作組力體圖如圖9示，圖9由圖1-9知，曲柄2為受力平衡體，對o2點取矩得：f r12= fr32mb=496.37 nm凸輪機構的設計 凸輪機構的設計要求概述：

16、 已知擺桿9作等加速等減速運動，要求確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，將凸輪實際輪廓 凸輪機構的設計要求概述畫在2號圖紙上。 該凸輪機構的從動件運動規(guī)律為等加速等減速運動。各數(shù)據(jù)如表：符號maxlo9dlo9o2ro rts單位 度mm 度數(shù)據(jù)15. 125 1506115 75 10 75 2.由以上給定的各參數(shù)值及運動規(guī)律可得其運動方程如下表： 推程02o /2 回程o+so+s+o/2=24*/(25*)=/12-24（-17/36）2/25=96/25 =-96（-17/36）2/25=192/25=-192/25推程o /2o回程o+s+o/2o+s+o=/12-24（5/12-

17、）2/25=24（8/9-）2/25=96（5/12-）2/12=-96（8/9-）2/25=-192/25=192/253.依據(jù)上述運動方程繪制角位移、角速度、及角加速度的曲線：（1）、角位移曲線：、取凸輪轉(zhuǎn)角比例尺 =1.25/mm和螺桿擺角的比例尺=0.5/mm在軸上截取線段代表，過3點做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33代表(先做前半部分拋物線).做03的等分點1、2兩點，分別過這兩點做軸的平行線。 、將左方矩形邊等分成相同的分數(shù),得到點1和2 。、將坐標原點分別與點1,2,3相連,得線段o1,o2和03,分別超過1,2,3點且平行與軸的直線交與1,2和3.、將點0,1,2,3連成光滑的

18、曲線,即為等加速運動的位移曲線的部分,后半段等減速運動的位移曲線的畫法與之相似. (2)角速度曲線:、選凸輪轉(zhuǎn)角比例尺=1.25/mm和角速度比例尺=0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。由角速度方程可得=o/2, = max ,求得v換算到圖示長度,3點處=0/2,故max位于過3點且平行與軸的直線.由于運動為等加速、等減速,故連接03即為此段的角速度圖,下一端為等減速連接36即為這段角速度曲線。其他段與上述畫法相同,只是與原運動相反。(3)角加速度曲線:選取與上述相同的凸輪轉(zhuǎn)角比例尺=1.25/mm和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm在軸上截取線段代表。由角

19、加速度方程求的角加速度.因運動為等加速,等減速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.13段為加速段為正值,軸上取做平行于13的直線段即為1、3段的加速度，其余各段與3做法相似。作擺動從動件盤形凸輪輪廓設計：設計原理設計凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個機構加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機架將以（）繞凸輪軸心逆時針方向反轉(zhuǎn)，與此同時，從動件將按給定的運動規(guī)律繞其軸心相對機架擺動，則從動件的尖頂在復合運動中的軌跡就是要設計的凸輪輪廓。 設計凸輪輪廓： 、繪制凸輪的理論輪廓線既滾子軸心實際輪廓 將 曲線圖（如圖（1）的推程運動角和回程運動角個分成4等份，按式求

20、個等分點對應的角位移值：1=1*11，1=2*22，的數(shù)值見表（1）。 選取適當?shù)拈L度比例尺l定出o2和o9的位置（選取l=0.002m/mm）。以o2為圓心，以r0/l為半徑，作圓，再以以o2為圓心，以rb/l為半徑作基圓。以o9為圓心，以l oo9d/l為半徑，作圓弧交基圓與do（do）。則o9do便是從動件的起始位置，注意，要求從動件順時針擺動，故圖示位置do位于中心線o2o9的左側(cè)。 以o2為圓心，以l oo9 o2/l為半徑作圓，沿（-）即為逆時針方向自o2o9開始依次取推程運動角0=75，遠休止角s=10，回程運動角 o=75和遠休止角s=200,并將推程和回程運動角各分成4等份,

21、得o91 ,o92, o93o99各點。它們便是逆時針方向反轉(zhuǎn)時，從動體軸心的各個位置。 分別以o91 ,o92, o93o99為圓心，以l o9d/e為半徑畫圓弧，它們與基圓相交于d1 ，d2 ，d3d9，并作d1o91d1，d2o9rd分別等于擺桿角位移1，2，3。并使o91d1= o91 d1，o92d2= o92d2，則得d1，d2，d9（與d9重合）各點，這些點就是逆時針方向反轉(zhuǎn)時從動件擺桿端滾子軸心的軌跡點。 將點d1，d2，d9連成光滑曲線。連成的光滑曲線便是凸輪的理論輪廓，亦即為滾子軸心的輪廓軌跡。b、繪制凸輪的實際輪廓： 在上述求得的理論輪廓線上，分別以該輪廓線上的點為圓心，

22、以滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓。 作該系列圓的內(nèi)包絡線，即為凸輪的實際輪廓，如圖。c、校核輪廓的最小曲率半徑min：在設計滾子從動件凸輪的工作輪廓時，若滾子半徑rt 過大，則會導致工作輪廓變尖或交叉。在理論輪廓線上選擇曲率最大的一點e，以e為圓心作任意半徑的小圓，再以該圓與輪廓的兩個交點f和g為圓心，以同樣半徑作兩個小圓，三個小圓相交于h、i、j、k四點；連hi、jk得交點c，則c點和長度ce可近似地分別作為理論輪廓上的曲率中心和曲率半徑min。由圖可知，cert，故該凸輪輪廓的最小曲率半徑min符合要求。第三節(jié) 齒輪機構的設計：一 、設計要求： 計算該對齒輪傳動的各部分尺寸，以2號圖紙繪制

23、齒輪傳動的嚙合圖，整理說明書。1、齒輪機構的運動示意圖2、已知各數(shù)據(jù)如表：符號n0z1d0d0m12m01單位r/minmmmmr/min數(shù)據(jù)14401010030063.560二、計算過程：因為no/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 三、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系的一種圖形.它可以直觀的的表達一對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