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文檔簡介
1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名:xxx指導(dǎo)教師:xxx學(xué) 院:xxx專業(yè)班級(jí):xxx學(xué) 號(hào)xxx2018年1月前言機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,是本課程的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)工程實(shí)際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)能力的一門課程。其基本目的在于:()進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)本課程實(shí)際問題的能力。()使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析設(shè)計(jì)有一較完整的概念。()使學(xué)生得到擬定運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練,并具有初步設(shè)計(jì)選型與組合以及確定傳動(dòng)方案的能力。()通過課程設(shè)計(jì),進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)
2、算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和查閱技術(shù)資料的能力。(5)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),理論聯(lián)系實(shí)際,獨(dú)立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)(連桿機(jī)構(gòu)、飛輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu))進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)態(tài)靜力分析,并根據(jù)給定機(jī)器的工作要求,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)凸輪、齒輪、飛輪等。目錄1、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書3 (1)工作原理及工藝動(dòng)作過程 3(2)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 4 2、 設(shè)計(jì)(計(jì)算)說明書5(1)畫機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖 5(2)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析7對(duì)位置120點(diǎn)進(jìn)行速度分析和加速度分析7(3)對(duì)位置120點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析113、擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)144、齒輪的設(shè)計(jì)175、參考
3、文獻(xiàn) 186、心得體會(huì)197、附件19一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 工作原理及工藝動(dòng)作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。刨床工作時(shí), 如圖(1-1)所示,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,稱工作行程,此時(shí)要求速度較低并且均勻;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)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨頭在工作行程中,受到很大的切削阻力,而空回行程中則沒有切削阻力。切削阻力如圖(b)所示。O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖(1-1)2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析符號(hào)n2
4、單位r/minmm方案II64350905800.30.520050已知 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2,各構(gòu)件尺寸及重心位置,且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點(diǎn)B所作圓弧高的平分線上。要求 作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,并作機(jī)構(gòu)兩個(gè)位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖。以上內(nèi)容與后面動(dòng)態(tài)靜力分析一起畫在1號(hào)圖紙上。二、設(shè)計(jì)說明書(詳情見A2圖紙) 1畫機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖1、以O(shè)4為原點(diǎn)定出坐標(biāo)系,根據(jù)尺寸分別定出O2點(diǎn),B點(diǎn),C點(diǎn)。確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為:取1和8為工作行程起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置,1和7為切削起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置,其余2、312等,是由位置1起,順2方向?qū)⑶鷪A作12
5、等分的位置(如下圖)。取第方案的120位置(如下圖)。、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析(1)曲柄位置“120”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“120”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連,故VA2=VA3,其大小等于W2lO2A,方向垂直于O2 A線,指向與2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2lO2A=6.7020.09m/s=0.603m/s(O2A)取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程,得 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4B O2A O4B取速度極點(diǎn)P,速度比例尺v=0.02(m/s)/mm ,作速度多邊
6、形如圖1-2圖1-2取5構(gòu)件作為研究對(duì)象,列速度矢量方程,得 C=B+CB大小 ? ?方向 XX(向左) O4B BC取速度極點(diǎn)P,速度比例尺v=0.02(m/s)/mm, 作速度多邊形如圖1-2。Pb=P a4O4B/ O4A=14.5 mm則由圖1-2知, C=PCv=0.28m/s 加速度分析:取曲柄位置“120”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連,故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.702rad/s, =22lO2A=6.70220.09 m/s2=4.04 m/s2 取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對(duì)象,列加速度矢量方程得: aA4 = + aA4= aA
7、3n + aA4A3K + aA4A3v大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向: ? BA O4B AO2 O4B(向右) O4B(沿導(dǎo)路)取加速度極點(diǎn)為P,加速度比例尺a=0.10(m/s2)/mm,=42lO4A=0.50820.3148 m/s2=0.08 m/s2aA4A3K=24A4 A3=0.59 m/s2aA3n=4.04 m/s2作加速度多邊形如圖1-3所示,則由比例得aA4=4.48m/s2aB=8.25m/s24=aA4lO4A1000=14.23rad/s2(逆)圖3則由圖1-3知, 取5構(gòu)件為研究對(duì)象,列加速度矢量方程,得ac= aB+ acBn+ a c
8、B大小 ? ?方向?qū)к?CB BC由其加速度多邊形如圖13所示,有ac =p ca =8.13m/s2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)項(xiàng)目位置V6 6 S444圖解線圖解析圖解解析圖解大小/方向大小/方向1200.288.134.130.508/逆14.23/逆單位 米 / 秒米/秒2米/秒21/ 秒1 / 秒2、機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析取“120”點(diǎn)為研究對(duì)象,F(xiàn)14=-(G4/g)aS4 =-(220/9.8)4.13=-92.714NM14=4JS4=14.231.2=17.076NmLh4=M14F14=184mm取5、6基本桿組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析,作示力體如圖14所示。圖14已知G6=800N,又ac= 8.
9、13m/s2,可以計(jì)算F16=-(G6/g)ac =-(800/9.8)8.13=-663.673N 又F=FR16+ F16+ G6+ FR56=0大小 ? ?方向 xx xx xx BC作為多邊行如圖1-5所示,N=100N/mm。圖1-5由圖1-7力多邊形可得: FR16 =768.279N FR56 =664.431N取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體(如圖1-6所示)MO4=0FR54lh1+F14(lh2+lh4)+G4lh3-FR34lO2A=0FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+184)+220*71.80)314.80=1387.23N F=0 FR
10、54+G4+F14+FR34+FR14=0 FR14=594.33N 圖1-6作力的多邊形如圖1-7所示,N=100N/mm。 圖1-7 對(duì)曲柄2進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析,作曲柄平衡力矩如圖1-8所示,圖1-8MO2=0 FR32lh-Mb=0Mb=1387.2924.301000Nm=33.71Nm機(jī)構(gòu)力分析數(shù)據(jù) 項(xiàng)目位置圖 解 法解 析 法PI4PI6PI4MI4LhPI4PI6PI4MI4Lh12092.714663.67392.71417.0760.184單位 N(牛)Nmm(米) NNmm(米)某位置的平衡力矩(單位:Nm)項(xiàng) 目位 置FrFR6FR65FR54FR23FRO2PR04Mb大
11、小 / 方向120圖解0768.279664.431664.4311387.231387.23594.3333.71/順解析單位 N (牛)Nm(牛米)三、擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(詳情見A2圖紙)1.由方案二數(shù)據(jù)得知:擺桿長度lO9D為135mm,最大擺角max為15,許用壓力角為38,推程運(yùn)動(dòng)角為70,遠(yuǎn)休止角S,回程運(yùn)動(dòng)角為70,近休止角S為210。擺桿9為等加速等減速規(guī)律,所以加速度為常數(shù),所以位移是角度的二次函數(shù)。2.運(yùn)動(dòng)的劃分:設(shè)升程為擺桿擺動(dòng)15末端滑塊運(yùn)動(dòng)的弧長h=lO9D215360=35.34mm按照等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,擺桿前7.5作勻加速運(yùn)動(dòng),后7.5作勻減速運(yùn)
12、動(dòng),將整個(gè)行程分為10段,每段運(yùn)動(dòng)時(shí)間占總時(shí)間的十分之一。分段點(diǎn)1234567891011擺桿角度()00.31.22.74.87.510.212.313.814.715推程(mm)00.712.826.3611.3117.6724.0328.9832.5134.6335.34凸輪角度()07142128354249566370O2O9iDi()17.317.618.52022.124.827.529.631.13232.33.基圓半徑的確定:當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過70時(shí),滾子中心以等加速等減速規(guī)律經(jīng)過的弧長為35.34mm,限定最大壓力角max=38,所以將凸輪轉(zhuǎn)角70對(duì)應(yīng)上半圓周的點(diǎn)與最大壓力角38對(duì)
13、應(yīng)下半圓周的點(diǎn)以直線相連,交等加速等減速運(yùn)動(dòng)標(biāo)尺于0.7處,于是根據(jù)諾模圖,h/r00.7;由于h=35.34mm,所以基圓半徑r050.5mm。圖1 諾模圖4.理論輪廓線的繪制:1) 設(shè)凸輪角度為0時(shí)的壓力角為20,測(cè)量出lO9O2=159.50mm2) 以O(shè)2為圓心,lO9O2為半徑畫圓,此圓即為擺桿支座O9相對(duì)于凸輪中心的運(yùn)動(dòng)軌跡3) 以O(shè)2為起點(diǎn)作射線,設(shè)此射線為y軸,對(duì)應(yīng)凸輪的0,以順時(shí)針方向?yàn)檎较?,每?作一條射線,一共十一條射線4) 在每條射線上分別取一個(gè)點(diǎn)Di,在O9軌跡圓上取其對(duì)應(yīng)點(diǎn)O9i使兩點(diǎn)距離始終為135mm5) 此兩點(diǎn)連線DiO9i與O9iO2之間夾角O2O9iDi
14、的大小位于上表中第五行,于是可確定Di在各條射線上的徑向位置6) 將各Di連接成平滑曲線即凸輪的理論輪廓線5.滾子半徑的確定:實(shí)際輪廓線則根據(jù)滾子的大小確定,為了避免擺桿與凸輪發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉,取滾子半徑為7mm6.實(shí)際輪廓線的繪制:1) 以各個(gè)D為圓心畫滾子,滾子靠近凸輪一側(cè)的包絡(luò)線即為升程的實(shí)際輪廓線2) 以lD11O2為遠(yuǎn)休止圓半徑,遠(yuǎn)休止角為10畫圓弧3) 回程理論輪廓線與升程對(duì)稱4) 近休止圓半徑為基圓半徑減去滾子半徑等于43.50mm,近休止角為2107.壓力角的校核:當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度約為35時(shí)達(dá)到最大壓力角max30=38,所以符合要求。圖2 凸輪實(shí)際輪廓線四、齒輪的設(shè)計(jì)(詳情見A2
15、圖紙)齒數(shù)的確定:總傳動(dòng)比ioo2=1440/64=22.5ioo2=(do”z1z2)/(dozo”z1)22.5=30040z2/(1001613)得z2=39因?yàn)閦o”=1617,z1=1317,為了防止根切,對(duì)兩對(duì)齒輪進(jìn)行變位,小齒輪正變位,大齒輪負(fù)變位,采用等變位。變位系數(shù)的運(yùn)用公式xmin=ha*(zmin-z)/zmin(其中zmin=17)來選擇,以下是表格:名稱符號(hào)12O”1公式模數(shù)m6644齒數(shù)z13391640壓力角/20202020變位系數(shù)x0.236-0.2360.059-0.059節(jié)圓直徑d/mm7823464160zm齒頂高系數(shù)ha*1111頂隙系數(shù)c*0.250
16、.250.250.25嚙合角/2020齒頂高h(yuǎn)a/mm7.424.584.243.76m(ha*+x)齒根高h(yuǎn)f/mm6.088.924.765.24m(ha*+c*-x)齒頂圓直徑da/mm92.83243.1772.47167.53d+2ha齒根圓直徑df/mm65.83216.1754.47149.52d-2hf中心距a/mm224156(d1+d2)/2中心距變動(dòng)系數(shù)y0000齒頂高降低系數(shù)y0000五、參考文獻(xiàn)1、機(jī)械原理/孫恒,陳作模,葛文杰主編8版北京2013.42、理論力學(xué)/哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室編7版北京2009.73、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)例與題目/中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械學(xué)教研室2004.54、劉毅.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)M.3版.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2017.5、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(牛頭刨床)/百度文庫六、心
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