牛头刨床机构分析与设计机械原理课设.docx

机械原理课程设计课题：牛头刨床机构分析与设计学院：学号：姓名：日期: 2012.6.18-24前言在当今这个高新技术的社会中，计算机制图(auto-cad)已经广泛应用到教学领域，然而，在牛头刨床设计这个教学领域中主要以实物、文字、原理为主。为了使更多的人能够学好并掌握这门学科，在本设计说明中插入了很多图片、文字、原理等，以便于人们的理解和学习。本说明书是根据高等学校机械制造、机械设计、机电一体化、模具设计与制造、机械工程专业的教材机械原理课程设计指导书编写。全说明共三部分。第一部分为课程设计的任务、目的、要求；第二部分为牛头刨床机构简介与设计；第三部分为设计内容和步骤。在本说明说的编写过程中，力求贯彻少而精、理论联系实际的原则，在较全面地阐述有关牛头刨床基本内容的基础上，力求反映机械行业发展的最新情况。在具体讲述牛头刨床时侧重于基本原理而不过多涉及具体结构，在机构传动的讲述中，既考虑到其内容的独立性和完整性，又考虑到它与机械原理方面的共同点，力求使读者看完本说明书后，能真正掌握牛头刨床的主要结构和设计方法。本说明书元件的图形符号、回路和系统原理图采用国家最新图形符号绘制。目录一、概述41、课程设计的任务42、课程设计的目的43、课程设计的要求4二、机构简介与设计数据51、机构简介52、选择设计方案7三、课程设计的内容和步骤81、导杆机构的运动分析82、飞轮转动惯量的计算193、凸轮机构设计224、齿轮设计26四、体会与感想28五、参考文献28一、概述1课程设计的任务1）牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；2）导杆机构进行运动分析；3）导杆机构进行动态静力分析；4）飞轮设计；5）凸轮机构设计。2课程设计的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。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生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，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。3课程设计的要求牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。二.机构简介与设计数据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4-1。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2-3-4-5-6带动刨头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。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1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05h的空刀距离，见图4-1，b）而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个循环运动中，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。牛头刨床机构设计数据见表4-12、选择设计方案：表格a设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的静力分析符号n2lo2o4lo2alo4blbclo4s4xs6ys6g4g6pypjs4单位r/minmmnmmkgm2方案603801105400.25lo4b0.5lo4b240502007007000801.1设计内容飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计符号noz1zoz1jo2jo1jo”jomaxlo9ds单位r/minkg.m2mm方案0.1514401020400.50.30.20.21512540751075方案特点：1、结构简单，制造方便，能承受较大的载荷；2、具有急回作用，可满足任意行程速比系数k的要求；3、滑块行程可以根据杆长任意调整；4、机构传动角恒为90度，传动性能好；5、工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求；6、机构运动链较长，传动间隙较大；7、中间移动副实现较难。 三.课程设计的内容和步骤1导杆机构的运动分析1）以o4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出o2点，b点，c点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：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、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 图1-2 2）取第i方案的第4位置和第9位置（如下图1-3）。图 1-33）对位置4点进行速度分析和加速度分析（a） 速度分析 取速度比例尺=对a点： = + 方向： /大小： ？ ？=v= v=对于c点： = + 方向： /大小： ？ ？= =速度分析图：图 1-4(b)加速度分析 选取加速度比例尺为=对于a点：= + = + + 方向： a a /大小： ？ ?由于=2= 已知，根据加速度图1-5可得：=， =。=, =/=0.363626。另外还可得出：=对于c点 = + + 方向：/ b cb 大小： ？ ？ 由= ,=已知，根据根据加速度图可得：=，=加速度分析图：图 1-54）对位置9点进行速度分析和加速度分析（a） 速度分析 取速度比例尺=对a点： = + 方向： /大小： ？ ？=v= v=对于c点： = + 方向： /大小： ？ ？= =速度分析图：图 1-6(b)加速度分析 选取加速度比例尺为=对于a点：= + = + + 方向： a a /大小： ？ ?由于=2= 已知，根据加速度图1-7可得：=， =另外还可得出：=对于c点 = + + 方向：/ b cb 大小： ？ ？ 由= ,=已知，根据根据加速度图可得：=，=加速度分析图： 图 1-75)对位置9点进行动态静力分析 取“9”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图18所示。图 1-8已知g6=700n，又ac=ac5=4.2475055m/s2,那么我们可以计算fi6=- g6/gac = - (700/9.84.2475055)= - 303.393565n设与水平导轨的夹角为，可测得的大小为由 , 可计算出 , 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-9所示图 1-9已知： fr54=fr45=303.717328n，g4=200n由此可得： fi4 = - g4/g a4 = - 44.99051根据，其中，分别为,作用于的距离（其大小可以测得），可以求得：=609.753093n。作力的多边形如图1-10所示图 1-10由图1-10可得：= 250.04 n对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-11所示， 图 1-11作用于的距离为h，其大小为0.0523612m所以曲柄上的平衡力矩为：，方向为逆时针。2、飞轮转动惯量的计算1）环取取曲柄ab为等效构件，根据机构位置和切削阻力fr确定一个运动循的等效阻力矩mr（）根据mr（）值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置时mr（）的功。因为驱动力矩可视为常数，所以按照md=/2确定等效驱动力矩md。得md=192.57n*m2） mr（）及md的数值和图形如下。注：横坐标采用位置位置123456789101112mr/(n*m)15.2401.6618.8750.5548.3425.77.187.655.357,211.85.76md/(n-m)192图8-13 ) 估算飞轮转动惯量(1)由m()=md-mr()确定等效力矩m（）。列表如下：位置123456789101112m（）-261125.3351.5550.5281.0158.4-260.3-179.7-212-210.3-225.2-261.5（2）作图，采用积分法图8-2得出w（），作图：位置1-33-77-12w（）（j）-34.1873.0-839.0873.034.1839.0图8-3由此最大盈亏功wmax=873.1j，je不记，jf=wmax/（2m*）则jf=585.0kg*m3、凸轮机构设计1)已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出从动件运动规律角位移线图和凸轮的实际轮廓。该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表格a(见上)及b：表格b2)从动件运动规律角位移线图的画法:(1)、绘制坐标轴。取凸轮转角的比例尺 =26/mm，在轴上分别量取=75、s=10、=75；取螺杆摆角的比例尺=/mm。在轴上量取max =15；(2)、将=75、=75分别等分成5等分，则得各等分点1、210。(3)、绘制推程的位移线图。过3点作轴的平行线，在该平行线上截取线段高度为max =15，将该线段等分成6等分（注意应与角的等分数相同），得各等分点，如前半推程的1、2、3； 将坐标原点分别与点1、2、3相连，得线段o1、o2和03,分别与过1、2、3点且平行与轴的直线交于1、2和3；将点0、1、2、3连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似,只是弯曲方向反过来,见图。同理可得回程的位移曲线。.3)摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：设计原理设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（）（为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（）绕凸轮轴心o2逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心o9相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。设计凸轮轮廓的步骤如下：在图所示的摆动从动件角位移曲线中,其纵坐标表示从动件角位移,它按角度比例尺画出。从动件摆角/图上代表该摆角的线段长度= (/mm) 将 曲线图（如图（1）的推程运动角和回程运动角各分成4等份，按式求出各等分点对应的角位移值:111、222，。其数值见表（1）。表1 各点的角位移数值序号偏角0012.1127.5312.89415515612.8977.582.1190 选取适当的长度比例尺l定出o2和o9的位置。以o2为圆心，以r0/l为半径作基圆。以o9为圆心，以l o9d/l为半径，作圆弧交基圆于do（do）点。则o9do便是从动件的起始位置。注意,图示位置do位于中心连线o2o9的左侧,从动件在推程中将按顺时针方向摆动。 以o2为圆心，以l o9o2/l为半径作圆，沿（-）即为逆时针方向自o2o9开始依次取推程运动角0=75，远休止角s=10，回程运动角o=75和远休止角s=200，并将推程和回程运动角各分成4等份（与角位移线图相对应的等份），得o91 ,o92, o93o99各点。它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。 分别以o91 ,o92, o93o99为圆心,以l o9d/l为半径画圆弧,它们分别与基圆相于d1，d2，d3d9，并作d1o91d1，d2o92d分别等于摆杆角位移1、2。并使o91d1= o91 d1，o92d2= o92d2，。则得d1，d2，d9（与d9重合）各点。将这些点连成光滑的曲线,便是凸轮的理论轮廓。 在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图4、齿轮设计已知电动机、曲柄的转速no、n2,皮带轮的直径do5、do3,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，齿轮与曲柄共轴。要求：计算齿轮z2的吃书，选择齿轮副z1-z2的变位系数，计算这对齿轮的各部分尺寸以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。步棸见下页四、体会与感想通过这次机械原理课程设计，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程。这次机械设计课程设计历时了一个星期，时间上虽有些紧张，做设计的时候有些东西也是现学现卖。但这样的安排可以让我们利用一整段时间巩固和学习新的知识，把所学运用到实际设计当中。在所学理论知识的基础上也充分的发挥