(完整word版)機械原理課程設計-牛頭刨床(完整圖紙)(word文檔良心出品)

1、 機械原理課程 設計說明書 系部名稱：機電系 專業(yè)班級：04 機制三班 姓 名： 學 號:0405110057 批閱教 師簽字 批閱日期 概 述 . 3 設計項目 . 1. . 設計題目 4 2. . 機構(gòu)簡介 4 3. . 設計數(shù)據(jù) 4 - 2 - 設計內(nèi)容 . 1 .導桿機構(gòu)的設計 . 5 2. 凸輪機構(gòu)的設計 . 12 3. 齒輪機構(gòu)的設計 . 17 設計體會 . 20 參考文獻 21 附圖 概述 、機構(gòu)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： (1) 進一步加深

2、學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決有關(guān)本課 程實際問- 3 - 題的能力。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 通過課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算 機和查閱技術(shù)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(gòu) (連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、 齒輪機構(gòu)以及其他機構(gòu))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(gòu)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

3、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。 設計名稱 牛頭刨床 機構(gòu)簡介： 機構(gòu)簡圖如下所示：-4 - 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如上圖所示。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 &刨床工作 時，由導桿機構(gòu)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

4、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(gòu)。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(gòu) 1-9-10-11 與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（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。 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(gòu)的運動分析 凸輪機構(gòu)設計 符號 門2 1。2。4 O2A b4B BC 屮 max lo9O2 r0 t *o * s * s d0 Z。 工件 O 2 d 9 E Z1 電動機 Z2 O4 Z1 _棘輪 Oil 工作臺 牛頭刨床機構(gòu)簡圖 -5 - 單位 r/min mm

5、 o mm 方案 I 60 380 110 540 0.25 IO4B 15 125 150 61 15 75 10 75 設計 內(nèi)容 齒 3 輪機構(gòu)設計 符號 n。 Zi d 0 d0 02 mo1 單位 r/min mm mm 方案 I 1440 20 100 300 6 3.5 三. 設計內(nèi)容: 第一節(jié) 導桿機構(gòu)的運動分析 導桿機構(gòu)設計要求概述： 已知曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸，且刨頭導路x- x 位于導桿端頭 B 所作圓弧的平分線上。要求作機構(gòu)的運動簡圖， 并作機構(gòu)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。 10 位置的機構(gòu)簡圖：-6 - 計算過程：

6、由已知數(shù)據(jù) n2=60r/min 得 3 2=2 n x 60/60(rad/s)= 2n rad/s . 1、求 C 點的速度： 確定構(gòu)件 3 上 A 點的速度: 構(gòu)件 2 與構(gòu)件 3 用轉(zhuǎn)動副 A 相聯(lián)，所以U A3= u A2 又 u A2= 3 2I02A =0.110X 2 n =0.22 n m/s=0.69m/s. 求VA4的速度： 選取速度比例尺 ：卩v=0.023(m/s)/mm; U A4 =: U A3 + U A4A3 方向： 丄 BO4 丄 AO2 / BO4 大?。?? 3 2l2A ? 用圖解法求解如圖 1:2 2 2 -7 - 圖1 一 式中U A3、U A4表

7、示 構(gòu)件3 和構(gòu)件 4 上 A 點的絕對速度，U A4A3表示構(gòu)件 4 上 A 點相對 于構(gòu)件 3 上 A點的速度，其方向平行于線段 BQ,大小未知；構(gòu)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U A3的方向線 pa3，方向垂直于 AO2,指向與3 2的方向一致， 長 度等于U A3/八， （其中卩v為速度比例尺） 。過點 P 作直線垂直于丄 BO4代表U A4的方向線，再過 a3作直線平行于線段BO4代表U A4A3 的方向線這兩條直線的交點為 比，貝U矢量 pa4和 a3a4分別代U A4和 U A4A3 o 由速度多邊形pasa4得： U A4=卩

8、 v pa4=卩 v 20 = .483 m/s U A4A3= 11 v a3a4= 11 v 19 = 0.437 m/s 求 BO 4的角速度4 : 曲柄位于起點 1 時位置圖如設計指導書圖（1）:此時N AO2O4為: 1 l i 110 AO2O4 arcsi arcs in 90-16.83 = 7317 2 I0204 2 380 又由 1 位置起將曲柄圓周作 12 等分則當曲柄轉(zhuǎn)到 10 位置時，如圖 （1）： / AO2O4 = 360 270 73.17 - 16.83 -8 - cos A O2O4 24 O2A O4A 2lO2O4 l O2A 2 2 2 -9 - I

9、AO4 二 276 .55mm 桿 BO 4的角速度 4 : 4 =VA4/I BO4= 0.483 rad/s = 1.75 rad/s 0.277 桿 BO 4的速度V4： V4二4 x IBO4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s 求 C 點的速度U c： U c = U B + U CB 方向： / X-X 丄 BO4 丄BC 大?。?? 3 4l O4B ? 速度圖見圖 2:式 中U c、U B表示點的絕對速度。U CB表示點 C 相對點 B 的相對速 度其方向垂直于構(gòu)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U B的矢量 pb

10、 其方向垂直于 BO4 指向于，2轉(zhuǎn)向相反，長度等于 W v為速度比例尺）。過點 p 作直線平行于 X-X,代表U c的方向線，再點 b 作直線垂直于 BC 代 表U CB的方向線，這兩方向線的交點為 C 則矢量 pc 和 bc 便代表 U c、U CB。 貝U C 點的速度為：U c= i vX pc = 11 vX 40 = 0.92 m/s U CB= 1 vXcb= 1 vX 5 = 0.115 m/s 2、求 C 點的加速度： 求 aA2:-10 - 因曲柄勻速轉(zhuǎn)動：故 aA2 = a；2 = lAO2 心；=0.110漢(2兀)2m/s2 = 4.343m/s2 2 aA3 二 a

11、A2 二 4.343m/s 選取加速度比例尺: 1 a=0.15 (m/s 2) /mm 求 aA4： a A 4 二 a A3 a K A 4 A 3 a V A 4 A 3 a A4 n a A4 二 a A 3 + K a A4 A3 + V a A4 A3 方向： 丄 BO4 Bf O4 Af O2 丄 BO4 / BO4 大 小： ? - 2 1 4 1 AO4 V 2 4 *VA4A3 ? 加速度見下圖: 式 中 a A4 和O1 A4是a A4的切向和切法向加速度， a A4A3是點 A4相對 于 A3的相對加速度，由于構(gòu)件 3 與構(gòu)件 4 構(gòu)成移動副，所以 n r t a A4

12、A3二0則QA4A3二a A4A3其方向平行于相對移動方向，即 K 平行于 BO4,大小未知，a A4A3為哥氏加速度，它的大小為 aKA4A3二2 4VA4A3si，其中為相對速度 和牽連角速度4矢 -11 - 量之間的夾角，但是對于平面運動，4的矢量垂直于運動平面而 K VA4A3位于運動平面內(nèi)，故丁 =90 :從而a 2 八 2、NZ哥 氏加速度aKA4A3的方向是將VA4A3沿，4的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)90 （即圖中 a 3 k 的方向）。在上面的矢量方程中只有a A4和arA4A3的大小未 知，故可用圖解法求解。如右圖，從任意極點 二 連續(xù)作矢量 n | , 二a3和二a4代表*A3和a A4

13、 ；再過a3作83k垂直于線段 BO4，大 小a3k= 2W4VA4A3/Ua = 10.2mm ；然后再過 k 作 BO4的平行線， y “ n 代表a A4A3的方向，過a4作垂直于BQ,的直線，代表a A4的 方向線，它們相交點a 4則矢量x a 4代表8A4。 aA4 =卩 a、a4=U a * 60.6 = 9.09 m / S2 求 B 點加速度aB: 構(gòu) 件 4 的 角加 速度 B BO4 為： BO4 歸二 Uaa4 二 3.29rad / s2 1AO4 lAO4 aB 二 IBO4 二-2 二 1.6 5 4n / s2 aB_ = I BO 4 兀 BO4 = 1.775

14、m/ s ：aB 二；aB_ aj = 、1.654 2 1.775 2 二 2.426 m /s2 -二 arctana = 47.02 n aB 求 C 點的加速度： -12 - a c a + B a C B n a c a c n 二 a B a B a C B + n a C B 方向： / Bf O丄 BO4 丄 CB Cf B 大小： ? u |BO4 B ? 2 0.090m/s -ii - 加速度圖見下圖: 式中，a CB 表示點 C 相對 點 B 的法向加速度其方向為從 C 指 B; a CB 表示點 C 相對點 B 的切向加速度，其方向垂直于 CB。又因速度多邊形已作出，

15、所以上 式法向加速度可求出（C 點作水平運動，故 C 點的法向加速度為 0）。 僅有a c和 acB 的大小未知，同樣可以用圖解法求解。如右圖， 在圖上任取一點n作二b代表aB ，方向為平行于 BO4并從 B 指向 04，長度為九04八打，（其中a為加速度比例尺）。過b 作 b b代表a B，方向垂直于 BO4，長度為： BO4lBO4 宀，連接 兀b，它表示a B，再過過b作bc代表aCB ，方向平行 CB 并從 C 指向 B，長度為（VBC/ICB）/ 過c作垂直于 CB 代表 acB的 方向線又從n作平行于 X-X 的方向線，兩線交點為c，則矢量二C 便代表 a c 0 n _ aCB

16、- n :VcB = 0.1102 m/s2 二 0.090m/s2 lCB 0.135 a c = a輕= = Pc = 1.98 m/s2 3、此時 C 點位置如下圖： 選取長度比例尺為：和二5mm/ mm則： 此時 C 點的位移Xc為： xc 二 ul cc 5 9.6mm 二 48mm 第二節(jié) 凸輪機構(gòu)的設計-14 - 凸輪機構(gòu)的設計要求概述： 1已知擺桿 9 作等加速等減速運動，要求確定凸輪機構(gòu)的基本尺 寸，選取滾子半徑，將凸輪實際輪廓畫在 2 號圖紙上。 該凸輪機構(gòu)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 書max I09D I 0902 ro rt s 單位 0

17、mm 0 數(shù)據(jù) 15 .125 150 61 15 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 Ow 2 wo /2 回程o+sw wo+s+o/2 書=24*0 * /(25* n ) 2 書=n /12-24 ( -17 n /36 ) 2/25 n 3 =96 /25 3 =-96 ( -17 n /36 ) 2/25 B =192 n /25 B =-192 n /25 推程o /2 wwo 回程 o+s+o/2 w wo+s+o -15 - 書=n /12-24 (5n /12- ) /： 2 25 書=24 (8n /9 ) /25 n 3 =

18、96 (5n /12- ) 2/12 3 =-96 (8n /9- ) 2/25 B =-192 n /25 B =192 n /25 3.依據(jù)上述運動方程繪制角位移 書、角速度3、及角加速度B的曲線: (1)、角位移曲線： 削() 、取凸輪轉(zhuǎn)角比例尺 3 =1.25/mn 和螺桿擺角的比例尺 卩尸 0.5 /mn 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 別過這兩點做書軸的平行線。 、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 01

19、,02,和 03,分別超過 1,2,3 點且平行與屮軸的直線交與 1 ,2 和 3. 、將點 0,1 ,2 ,3 連成光滑的曲線，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. 角速度3曲線： 、選凸輪轉(zhuǎn)角比例尺=1.25 /mm 和角速度比例尺卩3 =0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。-16 - () 由角速度方程可得 =。/2, 3 = 3 max ,求得V換算到圖示長 度,3 點處二0/2,故3 max位于過 3 點且平行與3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 3/ 6 即為這段角

20、速度曲線。 其他段與上述畫法相同，只是與原運動相反。 角加速度曲線： 選取與上述相同的凸輪轉(zhuǎn)角比例尺 卩 =1.25 /mm 和角加速度比 例尺卩B =0.8038(rad/s)/mm 在軸上截取線段代表。 由角加速度方程求的角加速度 B.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B為正值,B軸上取B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。 序號 偏角-17 - 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

21、計凸輪輪廓： A、繪制凸輪的理論輪廓線既滾子軸心實際輪廓 將書一曲線圖（如圖（1）的推程運動角和回程運動角個分 成 4 等份，按式求個等分點對應的角位移值：書仁卩“ 1*11 ,書仁 卩.2*22,，的數(shù)值見表（1）。 選取適當?shù)拈L度比例尺 卩i定出 02 和 09 的位置（選取 卩 l=0.002m/mm）。以 02 為圓心，以 ro/卩丨為半徑，作圓，再以以 02 為圓心，以 rb/ 口為半徑作基圓。以 09為圓心，以 l Oo9D/卩i為半徑， 作圓弧交基圓與 Do （ D 0）。則 09DO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 0209的左側(cè)。

22、 以 02為圓心，以 I 0。9 02/卩l(xiāng)為半徑作圓，沿（-3）即為逆時針 方向- 18 - 自 0209開始依次取推程運動角 0=75，遠休止角s=10, 回程運動角 。=75 和遠休止角s=200 ,并將推程和回程運動角 各分成 4 等份，得091 ,092, 093099 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 091 ,092, 093099 為圓心，以 I 09D/卩 e 為半徑畫圓 弧，它們與基圓相交于 D 1 ， D 2 ， D 3 . D 9，并作/ D 1 091D1， / D 209rD 2 . 分別等于擺桿角位移 書 1，書 2，書 3 。并使

23、 091D1= 091 D】，092D2= 092D 2，則得 D1，D2，D9 （與 D ；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，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p 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

24、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 p min。-19 - 由圖可知，CErt,故該凸輪輪廓的最小曲率半徑p min 符合要 求。 第三節(jié) 齒輪機構(gòu)的設計： 一、設計要求： 計算該對齒輪傳動的各部分尺寸，以 2 號圖紙繪制齒輪傳動的 嚙合圖，整理說明書。 1、齒輪機構(gòu)的運動示意圖 2、已知各數(shù)據(jù)如表: 符號 no Zi do， m12 m。 1” 單位 r/mi n mm mm

25、 數(shù)據(jù) 1440 :20 100 300 6 3.5 、計算過程: 因為 n。，/n ” =ck /d 得 n?！?=480r/min Z。 (20) Z1，(40) Z1(20) Z2(80) 分度圓直 徑 70 140 120 480 基圓直徑 65.7 131.5 112.7 451 齒頂圓直 徑 77 147 132 492 -20 - 齒根圓直 徑 61.25 131.25 105 465 分度圓齒 厚 5.4978 5.4978 9.4248 9.4248 分度圓齒 距 10.9504 10.9843 18.7721 18.8447 中心距 105 300 n o“ In 2=z2

26、zJ /z zi 得 z2=z zin Iz1 n2=80 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(guān)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： 按齒輪幾何尺寸計算公式計算出各圓直徑：do” ，doP, d o d o;畫出各相應圓，因為要求是標準齒輪嚙合，故節(jié)圓與分度圓重合. 連心線與分度圓(節(jié)圓)的叫點為節(jié)點 P 過節(jié)點 P 作基圓切線, 與基圓相切與 Ni,則NiP即為理論嚙合線的一段，也是漸開線發(fā)生 線的一段. 將NiP線段分成若干等份：P1、12、23 根據(jù)漸開線特性NiO、NiP ,圓弧長不易測得，可按下式 計算 Ni o弧所對應弦長NiO: - ne i80 代入數(shù)據(jù)：NiO=dbSi n