牛头刨床课程设计说明书和CAD图（全套含CAD图纸）
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1 机械原理课程设计任务书 设计题目：牛头刨床机构分析及设计 机构位置编号： 1 7 方案号： 方案 班 级： 25040801 姓 名： 程良 学 号： 13 2011 年 1 月 13 日 1 设计题目：牛头刨床的设计 一 机构简价与设计数据 1机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 1。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 2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，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，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。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约 空刀距离，见图 4b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运 转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。 图 1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图 2 2设计数据 见表 1。 表 1 设 计 数 据 导杆机械的运动分析 导杆机构的动态静力分析 n2 4 S4 r/ 60 380 110 540 240 50 200 700 7000 80 64 350 90 580 200 50 220 800 9000 80 72 430 110 810 180 40 220 620 8000 100 轮转动惯量的确定 凸轮机构的设计 齿轮机构的设计 z1 0 01 0 r/ 440 10 20 40 5 125 40 75 10 75 100 300 6 0 440 13 16 40 5 135 38 70 10 70 100 300 6 4 20 440 15 19 50 5 130 42 75 10 65 100 300 6 0 二、设计内容 1导杆机构的运动分析 已知： 曲柄每分钟转数2n，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路 位于导杆端点 B 所作圆弧高的平分线上（见图 2）。 要求 : (1) 作机构的运动简图。 (2) 并作机构两个位置的速度、加 速度多边形以及刨头的运动线图。 以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上（参考图例 1）。 曲柄位置图的作法为（见图 2），取 1 和 8 为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置， 1 和 7 为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余 2、 3 12 等，是由位置 1 起，顺2方向将曲柄圆周作 12等分的位置。 2导杆机构的动态静力分析 已知： 各构件的重量 G（曲柄 2、滑块 3 和连杆 5 的重量都可忽略不计），导杆 4 绕重心的转动惯量4 的变化规律（图 1， b ）。 要求： 按表 2 所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例 1）。 设 计 内 容 符 号 单 位 方 案 设 计 内 容 符 号 单 位 方 案 3 表 2 机构位置分配表 学生编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 位置编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 7 8 6 8 1 2 11 3 1 1 7 4 7 8 9 学生编号 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 位置编号 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 10 12 1 12 5 2 7 3 8 6 4 5 9 10 11 3飞轮设计 已知： 机器运转的速度不均匀系数 ，由动态静力分析所得的平衡力矩有定传动比的各构件的转动惯量 J，电动机、曲柄的转速0n、2见表 4驱动力矩为常数。 要求： 用惯性力法确定安装在轴2上内容作在 2 号图纸上（参考图例 2）。 4凸轮机构设计 已知 ：摆杆 9 为等加速等减速运动规律，其推程运动角 0，远休止角 01，回程运 动角 0 （见图 3），摆杆长度大摆角许用压力角 （参见表 1）；凸轮与曲柄共轴。 要求 ：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。以上内容作在 2 号图纸上（参考图例 5）。 图 2 曲柄位置图 图 3 摆杆加速度线图 4 5齿轮 机构 的设计 已知： 动机、曲柄的转速0n、2n，皮带轮直径0d、0d，某些齿轮的齿数 z ，模数 m ，分度圆压力角 （参见表 1）；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。 要求 ：算齿轮2择齿轮副21 的变位系数，计算该对 齿轮传动的各部分尺寸，以2 号图纸绘制齿轮传动的啮合图（参考图例 3）。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目录 一 导杆机构的运动分析 机构的运动简图 机构在位置 1 的速度及加速度分析 机构在位置 7 的速度及加速度分析 刨头的运动线图 二 导杆机构的动态静力分析 在位置 1 7 处各运动副反作用力 在位置 1 7 处曲柄上所需的平衡力矩 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 确定 四 凸轮机构设 计 凸轮基本尺寸的确定 凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 齿轮副 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 齿轮传动的啮合图的绘制 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 一 导杆机构的运动分析 （ 1） 机构的运动简图 （ 2）机构在位置 1 的速度及加速度分析 I. 速度分析 A 点的速度分析图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 有： 2=2n/60=2 64 60 s 2 m/s 由图可知： 0, m/s 由于 V V l l 所以 V 0 有 + 分析可知 ： 0, 0 速 度 分 析有 a n a n 4 a 其中 a n 0 （ 90*10 =s a 4 *4* 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 由图分析： a a n s 所以 s 所以 m2/s a n B + a n 速度分析可知： 所以 图分析： m2/s s （ 3）机构在位置 7 的速度及加速度分析 I. 速 度 分 析机构在位置 7 的速度多边形 有： 2=2n/60=s 2=m/s 由图可知： s , s 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 可得 有： 所以 s. 又有 由图分析 ： s, s 加 速 度 分 析有 a n 4 a 其中 a n m2/s （ 90*10 =s 0 =4 *4* s 由图分析： 4s s a n B + a n 中 所以 s 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 所以 m2/s s 由图分析： s s （ 4）刨头的运动线图 二 导杆机构的动态静力分析 （ 1） 在位置 4 处各运动副反作用力已知 00 N G6/g * 由力的封闭图形知 : 324 N 583N 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 杆为二力杆 有 = 583N = 9583 N 所以 m/s 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 G4/g * M 4 = 2.*m 将 M ， 距 h . h= M 且 = 23N。 由 0 (h+ 其中 别表示 对应力的作用线的距离。 可得 7037 N。 由力的封闭图形知 : 2580 N （ 2） 在位置 4 处曲柄上所需的平衡力矩= 2580 N * 15 N*m 三 飞轮设计 （ 1） 安装在轴 的飞轮转动惯量 确定 用惯性力法确定 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 四 凸轮机构设计 （ 1）凸轮基本尺寸的确定 （ 2）凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 （ 1） 齿轮副 齿轮 2 的齿数 定： o 2=40 16 13= 9 取 .5 717=717=算两齿轮的几何尺寸： 小齿轮 d1=m 13=78mm *m=（ 1+*6=9mm c*m=（ 1+*6=*8+2*9=96 h 89 d1*8* s1=m*( 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 （ 2）齿轮传动的啮合图的绘制 目录 一 导杆机构的运动分析 机构的运动简图 机构在位置 1 的速度及加速度分析 机构在位置 7 的速度及加速度分析 刨头的运动线图 二 导杆机构的动态静力分析 在位置 1 7 处各运动副反作用力 在位置 1 7 处曲柄上所需的平衡力矩 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 确定 四 凸轮机构设 计 凸轮基本尺寸的确定 凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 齿轮副 齿 轮 传 动 的 啮 合 图 的 绘 制 一 导杆机构的运动分析 （ 1） 机构的运动简图 （ 2） 机构在位置 1 的速度及加速度分析 I. 速度分析 A 点的速度分析图 有： 2=2n/60=2 64 60 s 2 m/s 由图可知： 0, m/s 由于 V V l l 所以 V 0 有 + 分析可知 ： 0, 0 速度分析 有 a n a n 4 a 其中 a n 0 （ 90*10 =s a 4 *4* 4 由图分析 ： a a n s 所以 s 所以 m2/s a n B + a n 速度分析可知： 所以 由图分析： m2/s s （ 3） 机构在位置 7 的速度及加速度分析 机构在位置 7 的速度多边形 有： 2=2n/60=s 2=m/s 由图可知： s , s 可得 有： 所以 s. 又有 由图分析 ： s, s 有 a n 4 a 其中 a n m2/s （ 90*10 =s 0 =4 *4* s 由图分析： 4s s a n B + a n 中 所以 s 所以 m2/s s 由图分析： s s （ 4） 刨头的运动线图 由计算得 刨头 C 在各个位置对应位移 速度 加速度， 将其依次连接，构成圆滑的曲线，即得刨头 C 的运动线图。 刨头线图如下： 二 导杆机构的动态静力分析 （ 1） 在位置 1 处各运动副反作用力 杆 组 受力分析 图 由于在一位置 时杆组 不受生产阻力 分析图如下： 由此时 m2/s, Fs=m 0 6=800N 由此得 来力多边形 力多边形 如 图： 由上得 组 受力分析图 5 杆 为二力杆，故受力相反。 有 （ 2+（ 2） 1 2=（ 0+1 2=m2/s m2/s m* 22* 角加速度 = 性力偶 M=m 由 对点 矩得 F 24=力多边形 为： 由力多边形得 组的受力分析 （ 2） 在位置 7 处各运动副反作用力 由于在一位置 时杆组 不受生产阻力 杆 组 受力分析 图 由此 时 s, Fs=m 0 31N 00N P=9000N 由此得 来力多边形 由上得 组 受力分析图 5 杆 为二力杆，故受力相反。 有 （ 2+（ 2） 1 2=（ 1 2=m2/s m2/s m* 22* 角加速度 = 性力偶 M=m 由 对点 矩得 F 24=力多边形 为： 由力多边形得 组的受力分析 24= (3)曲柄上所需的平衡力矩 在位置 1 处 由于力与杆件方向相同，所以力偶 M=0 在位置 7 处 力偶 M= *m 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 7 8 9 10 11 12 1 0 75 0 四 凸轮机构设计 （ 1） 凸轮基本尺寸的确定 （ 2） 凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 （ 1） 齿轮副 齿轮 2 的齿数 定： o 2=40 16 13= 2 3 4 5 6 0 300 480 525 得 9 取 .5 717=717=算两齿轮的几何尺寸： 小齿轮 d1=m 13=78mm *m=（ 1+*6=9mm c*m=（ 1+*6=*8+2*9=96 h 89 d1*8* s1=m*( （ 2） 齿轮传动的啮合图的绘制 1 机械原理 课程设计说明书 设计题目：牛头刨床的设计 机构位置编号： 1， 7 方案号： 班 级： 25040801 姓 名：程良 学 号： 13 2011 年 1 月 13 日 2 目录 一 导杆机构的运动分析 机构的运动简图 机构在位置 1 的速度及加速度分析 机构在位置 7 的速度及加速度分析 刨头的运动线图 二 导杆机构的动态静力分析 在位置 1 7 处各运动副反作用力 在位置 1 7 处曲柄上所需的平衡力矩 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 确定 四 凸轮机构设计 凸轮基本尺寸的确定 凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 齿轮副 齿 轮 传 动 的 啮 合 图 的 绘 制 一 导杆机构的运动分析 （ 1） 机构的运动简图 3 （ 2） 机构在位置 1 的速度及加速度分析 I. 速度分析 4 A 点的速度分析图 有： 2=2n/60=2 64 60 s 2 m/s 由图可知： 0, m/s 由于 V V l l 所以 V 0 有 + 分析可知 ： 0, 0 速度分析 有 a n a n 4 a 其中 a n 0 5 （ 90*10 =s a 4 *4* 4 由图分析 ： a a n s 所以 s 所以 m2/s a n B + a n 速度分析可知： 所以 图分析： m2/s s （ 3） 机构在位置 7 的速度及加速度分析 6 机构在位置 7 的速度多边形 有： 2=2n/60=s 2=m/s 由图可知： s , s 可得 有： 所以 s. 又有 由图分析 ： s, s 7 有 a n 4 a 其中 a n m2/s （ 90*10 =s 0 =4 *4* s 由图分析： 4s s a n B + a n 中 所以 s 所以 m2/s s 8 由图分析： s s （ 4） 刨头的运动线图 由计算得 刨头 C 在各个位置对应位移 速度 加速度， 将其依次连接，构成圆滑的曲线，即得刨头 C 的运动线图。 刨头线图如下： 9 10 二 导杆机构的动态静力分析 （ 1） 在位置 1 处各运动副反作用力 杆 组 受力分析 图 由于在一位置 时杆组 不受生产阻力 分析图如下： 由此时 m2/s, Fs=m 0 6=800N 由此得 来力多边形 力多边形 如 图： 11 由上得 组 受力分析图 5 杆 为二力杆，故受力相反。 12 有 （ 2+（ 2） 1 2=（ 0+1 2=m2/s m2/s m* 22* 角加速度 = 性力偶 M=m 由 对点 24=力多边形 为： 由力多边形得 组的受力分析 13 （ 2） 在位置 7 处各运动副反作用力 由于在一位置 时杆组 不受生产阻力 杆 组 受力分析 图 由此 时 s, Fs=m 0 31N 00N P=9000N 由此得 来力多边形 14 由上得 组 受力分析图 5 杆 为二力杆，故受力相反。 有 （ 2+（ 2） 1 2=（ 1 2=m2/s m2/s m* 22*15 角加速度 = 性力偶 M=m 由 对点 24=力多边形 为： 由力多边形得 组的受力分析 16 24= (3)曲柄上所需的平衡力矩 在位置 1 处 由于力与杆件方向相同，所以力偶 M=0 在位置 7 处 力偶 M= *m 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 17 位置 1 2 3 4 5 6 平衡力矩 0 300 480 525 8 9 10 11 12 1 0 75 0 由图可得最大盈亏功【 W】 =3589 J = = . 四 凸轮 机构的设计 1 求摆动从东件凸轮的运动规律 由摆杆 9 做等加速等减速运动，及角角加速度与角度的关系可得： 设： 在 0 35 度时： =a; 在 35 70 度时： =在 70 80 度时： =0 在 80 115 度时： =在 115 150 度时： =a 那么： 在 0 35 度时： d=在 35 70 度时： 018 在 70 80 度时： 在 80 115 度时： 0a 在 115 150 度时： d=： 在 0 35 度时： = 在 35 70 度时： =- +70在 70 80 度时： =1225a 在 80 150 度时： 图像与 在 0 70 度时的图像关于 =75 对称。 由以上计算可得 =1225a= a=公式得出如下数据关系 19 由以上数据画出从动杆运动线图 2 求凸轮基圆半径 通过作图法求出基圆半径 =60做出凸轮的理论和实际廓线。 五 齿轮机构的设计 1 轮齿数的确定 由齿轮的传动情况可得： n0 得 n01440100300 =480(s) z0n3=z1得 z0 164804404 =192(s) 得 136192664 =39 2 齿轮副 20 有图可知： 1 r 2 B= (x)代入不根切的几何条件式 B 1得 x 于是得出不发生根切的最小变位系数为 当 =20。 , = 1,z=13 时，有 3 确定 名称 符号 齿轮 1 齿轮 2 变位系数 x 度圆直径 d 78 234 啮合角 20 20 齿顶高 根高 21 齿顶圆直径 根圆直径 心距 a 156 4 画出 齿轮副 由计算结果，利用 次开发软件，画出两个齿轮，然后组装为齿轮啮合图，并作标注。 22 课程设计感想 机械设计是我们机械专业的专业基础课，是一门理论和实践相结合的课程。课程设计就是要把我们平时所学的理论知识用于实践，既是对我们所学知识的检验，也是让我们更叫熟悉课堂上学到的东西。 牛头刨床的课程设计几乎包含了我们本学期所学的所有重点内容的实践知识，从速度，加速度和受力分析，到飞轮的计算，再到凸轮齿轮的设计，让我们在设计的过程中对平时所学知识的认识有所加深。杆件的速度，加速度和受力的分析中，我深刻地体会到做学问要一丝不苟，因为在众多的因素中，少考虑了一项的话，就会给整个设计带来根本性的错误。另外，作图的准确性也直接影响了结果的准确性。 在凸轮的设计过程中，对运动和受力要求，要能准确理解其在设计过程的哪个环节代表什么意义。首先，准确的计算是设计的基础，在凸轮中要根据等加速度和等减速度 的要求求出摆角和行程角的关系。这其中可以利用 件求出很多分点的数值，对后面设计的准确性有很大的帮助。在确定凸轮基圆时，我本想用解析法，即把书上的基圆半径的公式换成角度关系，但发现简单的替换是不正确的，我通过在网上搜索相关资料，发现有很多关于快速准确求出凸轮基圆半径的论文。但大多数给出的解析公式都包含凸轮中心到摆杆中心的距离这个量，而在本课程设计中，这是一个待求量，所以我选择了作图法。 23 在设计齿轮时，我先通过设计要求求出齿数和变位数，在求出一些基本量。在画齿轮图时，我想起在参加机械创新大赛时，一个学长做过在 的齿轮二次开发函数，于是经过搜索，我发现经过安装二次开发的 以由齿数，模数和变位数直接画出齿轮图，而且和我计算的基本量的尺寸一样。于是我将图导入 进行组合布图，就很方便的得出了齿轮的啮合图。其实在整个产品开发中，主要精力在产品的构思和结构设计上，至于出图，应该是个体力活，因此，多掌握一些画图软件和画图技巧可以大大减少工作量。 另外，真正的产品设计是一个十分复杂的过程，团队的协作也很有必要，在本课程设计中，飞轮设计所用到的数据就是一组人的计算结果，所以，学会分工协作在设计中也会发挥很大的作用。 总体感觉，课程设计对我们工科的学生来说，对于掌握课本知识和锻炼动手能力是十分有益处的。 目录 一 导杆机构的运动分析 机构的运动简图 机构在位置 1 的速度及加速度分析 机构在位置 7 的速度及加速度分析 刨头的运动线图 二 导杆机构的动态静力分析 在位置 1 7 处各运动副反作用力 在位置 1 7 处曲柄上所需的平衡力矩 三 飞轮设计 安装在轴 的飞轮转动惯量 确定 四 凸轮机构设 计 凸轮基本尺寸的确定 凸轮实际廓线的画出 五 齿轮机构的设计 齿轮副 齿轮传动的啮合图的绘制 一 导杆机构的运动分析 （ 1） 机构的运动简图 （ 2） 机构在位置 1
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