牛头刨床机械原理课程项目设计方案

0 牛头刨床机械原理课程项目设计方案 述 一、机构机械原理课程设计的目的： 机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。其基本目的在于： （）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。 （）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。 （）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。 （）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运 用计算机和查阅技术资料的能力。 二、机械原理课程设计的任务： 机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。 三、械原理课程设计的方法： 机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。 1 头刨床 的简介 一 机构简介： 机构简图如下所示： 牛头刨床机构简图工件O 11O 2O 48电动机工作台棘轮n 0 Z 1Z 2d 0Z 0d 0牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。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 1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。因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。刨刀每切削完成一 次，利用空回行程的时间，凸轮 8 通过四杆机构 1棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。 2 运动机构简图 方案分析 : 1. 机构具有确定运动 . 自由度为 F=3h)=3 5-(2 7+0)=1; 2. 通过曲柄带动摆杆导杆机构和滑块使刨刀往复运动 ,实现切削功能 ,能满足功能要求 . 3. 工作性能 ,工作行程中刨刀速度较慢 ,变化平缓 ,符合切削要求 ,摆动导杆机构使其有急回作用 ,可满足任意行程速比系数 k 的要求 ; 4. 传递性能 ,机构传动 转角为 90 ,传动性能好 ,能承受较大的载荷 ,机构运动链较长 ,传动间隙较大 ; 5. 动力性能 ,传动平稳 ,冲击震动较小 6. 结构和理性 ,结构简单合理 ,尺寸和质量也较小 ,制造和维修也较容易 7. 经济性 ,无特殊工艺和设备要求 ,成本较低 . 综上所述 ,选该方案 . 3 2导杆机构的运动分析（位置 4 号和 9 号） （选择方案一） 设 计 内 容 导 杆 机 构 的 运 动 分 析 导杆机构的动态静力分析 符号 0204 04B 044 位 r/ mm 案 60 380 110 540 04B 04B 240 50 200 700 7000 80 64 350 90 580 04B 04B 200 50 220 800 9000 80 72 430 110 810 04B 04B 180 40 220 620 8000 100 4 置 4 的速度分析 数据：0r/801040位置 2：选取尺寸比例尺 l=2m/机构运动简图。 度分析 ： 取构件 3 和 4 的重合点（ 行速度分析。 对构件 2： 2 60：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副， m/s 对构件 4： 小： ？ ？ 方向： / 速度极点 P，速度比例尺 v =m/s） /速度多边形如下图所示。 得： s， 4 = s s 4 X m/s s 计算结果 m/s 对构件 4： 小： ？ ? 方向： / 速度极点 P，速度比例尺 v =m/s） /速度多边形如上图所示。 得： m/s 置 4 的加速度分析 对构件 2： m/s 对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副， m/s 对构件 4： a + a a + a 小： ? 42 ? ? 方向： ? B A A /取 加 速 度 极 点 p ， 加 速 度 比 例 尺 a= m/s ） /m/s 4 =s s m/s s m/s m/s a m/s =m/s = m/s =s 6 a 243=2*m/s =424 =s 作加速度多边形如上图所示。得： = s ， =s 用加速度影象法求得 4= a s 对构件 5： : + 小 : ？ ？ 方向： C B 加速度极点 p，加速度比例尺 a=m/s） / 作加速度多边形如上图所示。得： =s, = =s 4=a s =s, 7 运动线图 8 9 置 9 的速度分析 数据：0r/801040位置 4：选取尺寸比例尺 l=2m/机构运动简图。 度分析 ： 取构件 3 和 4 的重合点（ 行速度分析。 对 构件 2： 2 60：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副， m/s 对构件 4： 小： ？ ？ 方向： / 速度极点 P，速度比例尺 v =m/s） /速度多边形如下图所示。 m/s s 4 =s 10 得： s， 4 = s s 4 X m/s s 对构件 4： 小： ？ ? 方向： / 速度极点 P，速度比例尺 v =m/s） /速度多边形如上图所示。 得： s 置 9 的加速度分析 对构件 2： m/s 对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副， m/s 对构件 4： a + a a + a 小： ? 42 ? ? 方向： ? B A A /取加速度极点 p， 加速度比例尺 a=m/s） / s m/s m/s m/s m/s a s 11 a 243=2*s =424 =s 作加速度多边形如上图所示。得： = s ， =s 用加速度影象法求得 4= a s 对构件 5： : 小 : ？ ？ 方向： C B =s =s =s 4=s =m/s, 12 取加速度极点 p，加速度比例尺 a=m/s） / 作加速度多边形如上图所示。得： =s, = =s 13 3、 导杆机构的动态静力分析（位置 4 号） 数据： 00N， 00N， P=7000N, .1 置 2： 对各构件进行受力分析，按静定条件将机构分解为两个基本杆组及作用有未 知平衡力的构件 2，并有杆组进行分析。 置 2 的惯性力计算 对构件 4: 惯性力 G4/g) 00/ 对构件 6: 惯性力 G6/g) 00/ 组 5,6 的动态静力分析 示力体 力多边形 又 F=P+，作为多边 行如图所示， N=20N/ 由力多边形可得： N=10* N=10*14 组 3,4 的动态静力分析 示力体如下图 m(逆时针 ) 对 取矩得： M I4*4*23=0 F 多边形 F 15 由 F=0，作力的多边形如上图所示， N=20N/ 得： 衡力矩的计算 在 右 图 中 ， 对 取 矩 得 ：M 16 位移原理 所有外力的功率和为 0， M=0 P|Vc|=Vc|=4|VB| =00*=M= 把数据代入上式，得平衡力矩 17 4、 飞轮机构的设计： 以曲柄为等效构件，求系统的等效转动惯量 能忽略不计）。再根据不均匀系数求 符号 1z 1z 2 r/ 2kg m 数值 440 10 20 40 动力矩 收集同学数据（共 12 个平衡力矩，即 获得如下图形 等效阻抗力矩 ）图和等效驱动力矩 ）图 求得： 89N*m 效转动惯量 18 轮转动惯量 由图可得： 60J， 85J， 最大盈亏功 85J 飞轮等效转动惯量 00 2 )- 900*985/( 2*602*飞轮转动惯量 19 设计过程 选取比例尺，作图 l=1mm/ 1、推程 ： 找 取任意一点为 摆杆任一位置 在 其上 截取 AH=l 为 摆杆 长度， 为推 程 类角速度 ， 0）过点 H 作 与 其延长线夹角 为 推程许用传动角 的 一对射线 K（ 左下方） 、 L（ 右下方） 所夹角域 位 线 以下部分（ 阴影区域） 。 摆杆 推程 中有无数个位置 ，固有无数 对 射线 K、 L 分别构成连续 射线 族 K、 L以及连续 角域 族 整个 推程 满足 条件的 凸轮 轴心容许 选取区域 无数个 连续角域 族 公共 交集 2、回程 ： 摆杆任一位置 在其上 截取 （ l 为 摆杆 长度， 为回程 类角速度 ， 0）过点 J 作 与 其延长线夹角 为 推程许用传动角对射线 M、 N,即有 r， 80-r。此位置 满足 r，条件 的凸轮 轴心许用 区域 M（右 下方） 、 N（左 下方） 所夹角域 位线的 以下部分（阴影区域） 。 同理 ， 射线摆杆 推程 中有无数个位置 ， 固有无数 对 射线 M、 N 分别构成连续 射线 族 M、 N以及连续 角域 族 整个 推程 满足 r 条件的 凸轮 轴心容许 选取区域 无数个连续 角域 族 公共 交集 =2 ， = /d = 4 ( 0 / 2 )o =2 2/ 20 = ,= /d = 4 2w / = o( / 2 ) 把推程角 6等分，并列出对应的摆角：表 位置 1 2 3 4 5 6 7 （） 0 5 0 5 （） 0 等加速回程： = ， = /d = 2w/ = 80* ) ( 0 / 2)o 85/180*等减速回程： = ， 80* ) 2/ ， = /d ( ， 80* ) / o= 80* ) 0( / 2 )o 位置 8 9 10 11 12 13 14 21 （ ） 85 10 35 60 （ ） 15 综上 所述 ， 整 程 （ 推程 和回程 ） 满足 、 r 条件 的凸轮轴心容许选取区域 = r， 所以可以确定 置 和最小基圆半径 为 度 为 如下 图 。 3、再以 圆心，以 l=半径作转轴圆；取一点为 4、以 圆心，以 l=125半径画弧与基圆交于一点。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 对推程段等分、 对回程 22 段等分（对应的角位移如下表所示），并用 数字 进行标记，于是得到了转轴圆上的一系列的点，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，用 反转 法把摆杆的相应位置 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 （ 1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径 ：先用目测法估计凸轮理论廓线上的 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 OA；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径 （ 2）凸轮滚子半径的选择（ 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 15于凸轮的凸曲线处TC r ， 对于凸轮的凹轮廓 线TC r （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 23 凸轮上的凸曲线，则应用公式： T 2255 m i nm i n ； 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0)及 。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为5 得到凸轮实际廓线，如下图所示。 项目 数据 (24 5 已知 电动机、曲柄的转速 n,o、 皮带轮直径 d,o、 d,o，某些齿轮的齿数 z，模数 m。分度圆压力角 ；齿轮为正常 齿制，工作情况为开式传动。 要求 计算齿轮 齿数，选择齿轮副 变位系数，计算这对齿轮的各部分尺寸，用 2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。 步骤 : (1) 首先根据已知的条件求出 齿数。 由 ioo=1440/ , 得 =480 o2=*80/60=0