机械原理课程设计说明书.doc

海南大学机电工程学院牛头刨床设计说明书姓名: 郑同政 学号: 20110501310037 组别: 第十一组 指导老师: 李 粤 2013年6月 目录一、概述.31. 设计目的.32. 设计任务.33. 设计方法.3二、牛头刨床机构简介5三、设计数据.5四 设计要求.61 导杆运动分析.62 凸轮机构设计. 83 齿轮机构设计.8五 设计说明.8一 导杆机构设计说明.8二 凸轮机构设计说明.13三 齿轮机构设计说明.17六 方案分析及其评价.20 一、概述1. 设计目的 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。以及熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力。2. 设计任务本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型，运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。具体参数：1） 为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回即要有急回运动形成速比系数在1.4左右。2） 为了提高刨刀的使用寿命和工件表面的加工质量，在工件行程时刨刀速度要平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3） 曲柄转速在60r/min，刨刀的行程h在300mm左右为好，切削阻力约7000n,其变化规律如图b所示。3. 设计方法 机械原理课程设计方法大致可以分为图解法和解析法。图解法几何概念较清晰直观；解析法精度较高，本设计主要用图解法进行设计。二、牛头刨床机构简介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 和固接在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动。头右行时，刨刀进行切削成为工作行程，此时要求速度较低并且比较均匀，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，称会行程，此时要求速度较高，提高生产率。为此，刨创应有急回作用的导杆机构。刨刀每秒每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8 通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次 进给运动，以便抱到继续切削 。刨头在工作行程，受到很大的切削阻力（在窃笑的前后各有一段约5h的空刀距离，见图b ），而空回行程几乎没有阻力。因此刨头在整个运动循环中，手里变化很大，这就影响了株洲的匀速运转，故需要安装飞轮来 见效主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机的容量。 3、 设计数据设计内容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符 号n2l0204l02al04blbcl04s4xs6ys6g4g6pyfjs4单位r/minmmnmmkgm2方案1603801105400.25l04b0.5l04b240502007007000801.1方案264350905800.3l04b0.5l04b200502208009000801.2方案3724301108100.36l04b0.5l04b1804022062080001001,。2四 设计要求 图2 曲柄位置图2 凸轮机构设计3 齿轮机构设计已知， 电动机，曲柄机构的转速n0 ,n2,皮带轮直径为d0d0，某些齿轮的齿数z,模数为m，分度圆压力角a为20；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。要求 计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1-z2变位系数，计算该齿轮对传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制之论传动啮合图五 设计说明一 导杆机构设计要求 设计内容导杆的运动分析符 号n2l0204l02al04blbcl04s4xs6ys6单位r/minmm方案603801105400.25l04b0.5l04b240501）运动简图2) 拆分杆组该六杆机构可看成由级机构、一个rpr级基本组和一个rrp级基本组组成的，即可将机构分解成图示三部分。1速度分析：因构件2和3在a处的转动副相连，故va2=va3，其大小等于w2lo2a，方向垂直于o2 a线，指向与2一致。a3=a2=2n/60lo2a=20.11m/s=0.6908m/s（o2a）取构件3和4的重合点a进行速度分析。列速度矢量方程，得 a4 = a3 + a4a3 大小 ? ? 方向 o4a o2a o4b取速度极点p，速度比例尺uv=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图图2-2则由图2-2知，a4=1=63.00.01m/s=0.63m/s4=a4/ lo4a=0.63/0.282 rad/s=2.23 rad/sb=4 lo4b=2.230.54=1.26m/sva4a3=v=250.01m/s=0.25m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 c = b + cb 大小 ? ? 方向 xx o4b bc 有 c= 1=125.50.01m/s=1.255m/s5 =cb/lcb=0.0113/0.135 rad/s=0.963 rad/s2.加速度分析：取曲柄位置“7”进行加速度分析。因构件2和3在a点处的转动副相连，故=,其大小等于22lo2a,方向由a指向o2。=22lo2a=40.11m/s2=4.338m/s =4lo4a=2.230.282=1.40m/saa4a3k = 24va4 a3 =22.230.251.115m/sacb =5 lbc = 0.963 0.135=0.1252m/s取3、4构件重合点a为研究对象，列加速度矢量方程得： aa4 = + aa4t = aa3n + aa4a3k + aa4a3r大小: 42lo4a ? 24a4 a3 ?方向： ao 4 o4a ao2 o4b（向右下） o4a取加速度极点为p,加速度比例尺ua=0.05（m/s）/mm,作加速度多边形 2-3则由图 aa4 =ua =160.1m/s2 =1.6 m/s用加速度影象法求得 ab = 0.130.6=3.06m/sas4 =0.5 ab =0.53.06m/s =1.53 m/s4= aa4t/ lo4a=0.14/0.282=1.418rad/s（顺时针） 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 ac= ab + acbn + a cbt大小 ? ？方向 xx cb bcac =ua =370.1m/s2= 3.7 m/sa5 = a cbt/cb =0.140.135 rad/s2=2.963 rad/s，ua=0.02（m/s）/mm,1. 刨头位移曲线图由全组员绘制出的图可得到滑块c距离左极限的位移随角度的变化画出刨头运动轨迹曲线图如下 位移图 加速度图 速度图二 凸轮机构设计说明1、 凸轮设计要求 根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径30mm。凸轮基圆直径大于或等于轴径的2倍凸轮滚子半径等于基圆半径的0.2倍。绘制凸机构从动件位移、速度、加速度线图根据反转法原理绘制凸轮轮廓。2、 凸轮机构的计算参数方案lo9d01030211540125761075根据以上数据及运动规律得运动方程如下推程过程运动规律为：回程运动规律为：3、角速度曲度线图、角加速曲度线图凸轮机构图与关系图 角速度变化曲线图 加速度变化曲线图三 齿轮机构设计说明1、 齿轮设计要求 要求齿轮不根切，且实际中心距的尾数取为0或5，设计该传动并完成计算和验算；绘制齿轮啮合区图（可以不绘制齿廓形状），标出基圆、齿顶圆、节圆、啮合角、啮合起始点b2、b1和啮合极限点n1、n2，并注明单齿啮合区和双齿啮合区；用图上量取的实际啮合线段b2b1确定重合度，并与公式计算值进行比较。2、 齿轮计算 参数方案z1z2 m() ()11040620由已知：z1=10,z2=40, m=6, a =20 分度圆直径： 标准中心距：基圆： 分度圆：d1=mz1=60 d2=mz2=240齿顶高：ha1=ha2=ha*m=6 齿根高：ha+hf=15齿顶圆：hf1=hff2=(ha*+c*)m=9 齿顶压力角：1=2=20传动比： 齿距p=m=6齿厚s=m/2=3 节圆直径d=d齿槽宽e=m/2=3 顶系c=c*m=1.5齿根圆：3、 绘制啮合图 齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形。它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并可借助图形做必要的分析。(1) 渐开线的绘制：渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制，如图以齿轮轮廓线为例，其步骤如下： 按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆半径: r1 ，r2，r1 ，r2， ra1 ，ra2，rb1 ，rb2，画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合，故节圆与分度圆重合 连心线与分度圆(节圆)的叫点为节点p，过节点p作基圆切线，与基圆相切与n1，则即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段。啮合图如下：六 方案分析及其评价 1. 该机构具有确定运动，并且曲柄为机构的原动件2. 通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动，实现切削功能，能满足功能要求，且滑块行程可以根据杆长任意调整3.