机械原理课程设计报告.doc

机械原理课程设计说 明 书设计题目 牛头刨床传动机构设计及其运动分析(二) 目录一、 机械原理课程设计的目的要求21. 机械原理课程设计的目的2. 机械原理课程设计的任务3. 机械原理课程设计的一般步骤二、 设计题目4三、 机构运动简图及原始数据和要求4四、 设计过程61. 齿轮机构传动设计2. 连杆机构传动设计和运动分析五、 计算源程序的主要符号、变量名及其他方面的说明15六、 电算的源程序和结果16七、 图解法验证八、 设计结果的分析讨论22九、 主要的参考资料23一机械原理课程设计的目的要求1.机械原理课程设计的目的机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要的实践性教学环节，其目的是：1) 进一步巩固和加深学生所学的理论知识；2) 培养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对机械的分析和设计有一较完整和系统的概念；3) 通过对具体问题的分析、计算、制图，技术资料的使用，电算程序的编制及计算机使用等各环节，培养学生独立分析问题和解决问题的工程技术能力。2机械原理课程设计的任务1 按照机械的几何，运动等性能要求，进行低副机构的尺度综合和高副机构的轮廓线设计； 2 对所设计的机构进行运动分析。要求用解析法分析机构整个工作循环的过程，并同时用图解法分析机构某几个瞬时位置的运动。对两种方法分析结果作对比分析； 3 编制设计说明书一份。3机械原理课程设计的一 般过程机械原理课程设计的机构，一般包括齿轮机构、连杆机构和凸轮机构等几种基本机构。当对综合的传动系统组合机构分析和设计时，首先按其传动路线，分清各个基本机构，并确定各基本机构的原动件及其运动规律，后一机构的原动件通常是前一机构的输出构件。然后对每个基本机构分别进行分析和设计。二设计题目 牛头刨床传动机构设计及其运动分析三.机构运动简图及原始数据和要求1齿轮机构的传动设计要求1) 按给定的原始数据，确定机构传动比 i，进而确定齿轮的基本几何参数，并确定齿轮的传动类型。2) 确定齿轮的其他参数，如变位系数x，中心距分离系数y，齿顶缩减系数等，计算齿轮副的几何尺寸：中心距a，齿轮分度圆直径d，齿顶圆直径，齿根圆直径和基圆直径。3) 计算机构的重叠系数，计算小齿轮的公法线长度W和齿顶圆齿厚。2连杆机构设计和运动分析要求1) 按给定的原始数据，确定机构各杆的尺寸，采用解析法算时需列出计算过程和公式。2) 用解析法分析机构的运动，列出机构位置方程，位移分析，速度和加速度分析的运动方程。3) 编写机构运动分析的计算机计算的通用源程序及原始数据文件。上机运算，并打印源程序和结果。4) 用图解法分析机构三个瞬时位置（一般是输出构件的二个极限位置和一个任意位置）的运动，作出相应的机构位置图，速度和加速度图。3. 原始数据和结构示意图 机构示意图：该机构由齿轮1驱动齿轮2，在齿轮2上铰链有滑块，再由导杆机构实现刨刀滑枕的切屑运动。 原始数据：方案号二齿轮转数n1 / rpm300模数m / mm6齿数Z114齿数Z258距离L1 / mm180滑枕冲程H / mm420行程速比系数K1.45距离L2 / mm410中心距O2O3 / mm380齿轮参数：压力角=20，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数C*=0.25四设计过程1.齿轮机构传动设计分度圆直径：基圆直径：齿顶圆直径： 标准中心距：机构传动比：齿轮不发生根切的最小齿数 Z=2*h/sin=17小齿轮最小变位系数：大齿轮最小变位系数： 采用等变位齿轮传动，即，x1=-x2。小齿轮正变位，大齿轮负变位。根据变位系数的选择原则，选x1=-x2=0.3，齿轮的传动类型是零传动。啮合角：实际中心距：-2-中心距变动系数：齿高变动系数：齿顶圆直径：齿根圆直径：机构的重合度：先计算齿顶圆压力角： 重合度： 经校核，即重合度大于许用值，符合要求.齿轮1的齿顶厚：公法线长度： W=73.876mm主要计算结果项目结果84mm348mm78.934mm327.013mm99.6mm352.8mm72.6mm329.4mm-4.14X10.3X2-0.3216mm216mm2020001.2692.975mm4.27mm2. 连杆机构传动设计和运动分析分析如下的导杆机构y32 AO224lO3rx在已给的方案中,由行程速比系数K，得K=(180+)/(180+)=1.45 得=33.06根据角度和边长关系 得： L1=380mm L2=108.12mm L4=720.52mm由齿轮传动比 得 ： 2号杆转动的角速度=7.58rad/s该机构的封闭矢量方程为：(s为O3到A点的距离)在x轴和y轴上投影，得方程组：L1cos=s*cosrL1+L2sin=s*sinr其中只有和r两个未知数，故可通过方程组求得。将方程组中两式等号两边平方后相加，得：S=L1+L2+2*L1*L2*sinS = (L1+L2+2*L1*L2*sin)(0.5)将方程组第二式除以第一式，得： tanr=(L1+L2sin)/（L2cos）将方程组对时间t求导，因d/dt=,dr/dt=,ds/dt=V得： -L2sin=-ssinr+ Vcosr L2cos=scosr+ Vsinr其中只有和V两个未知量，故可通过解方程组求得。整理得：将方程组继续对t求导，得： =L2cos(-r) V=-L2sin(-r)因为d/dt=0,d/dt=及d V=a,将方程组两边对时间t求导数 得： -L2 cos=-scosr-ssinr-2 Vsinr- acosr-L2 sin=-ssinr+scosr+2 Vcosr+asinr只有和两个未知量，故可以通过方程组求得： =-（a+L2sin(-r)）/s a=s-L2cos(-r)将其结果代入解析式中，通过r、和的解析式即可知道牛头刨的位移、速度和加速度的各个方程为：位移方程： H=L2L4cos/s速度方程： V= -L2L4sin/s- L1L2L4cos/s加速度方程：a=- 3L1L2L4cos/s- L2L4cos/s - L1L2L4cossin/s得 位移曲线图： 单位：mm 单位：度速度曲线图为： 单位：mm/s 单位：度加速度曲线图为： 单位：mm/s 单位：度五计算源程序的主要符号、变量名及其他方面的说明 主要符号说明：x表示任意时刻2号杆转过的角度 s 表示任意时刻O3A的长度 h表示任意时刻刨刀滑枕的位移 v表示任意时刻刨刀滑枕的速度 a 表示任意时刻刨刀滑枕的加速度 表示2号杆的角速度 表示4号杆的角速度 表示4号杆的角加速度 V表示3相对于4的速度 a表示科氏加速度 a表示3相对于4的加速度 L1表示o2o3之间的距离 L2表示2号杆的长度 L4表示4号杆的长度 S 表示03A之间的长度 表示2号曲柄任意时刻与x轴的夹角 r 表示4号导杆与x轴的夹角五电算的源程序和结果 1.MATLAB源程序：1) 位移： x=0:pi/100:pi*2; s=(380*380+108.12*108.12+2*380*108.12.*sin(x).(0.5); h=720.52*108.12.*cos(x)./s; plot(h)2) 速度： x=0:pi/100:pi*2; s=(380*380+108.12*108.12+2*380*108.12.*sin(x).(0.5); m1=720.52*108.12*7.58*sin(x); m2=380*108.12*108.12*750.52*7.58.*cos(x).*cos(x); v=-m1./s-m2./(s).3; plot(v)3) 加速度： x=0:pi/100:pi*2;m1=3*380*380*108.12*108.12*108.12*720.52*7.58*7.58.*cos(x).*cos(x).*cos(x); m2=108.12*720.52*7.58*7.58*cos(x); m3=380*108.12*108.12*720.52*7.58*7.58.*sin(x).*cos(x); s=(380*380+108.12*108.12+2*380*108.12.*sin(x).(0.5); a=-m1./(s).5-m2./s-m3./(s).3; plot(a)得位移曲线为：速度曲线为：加速度曲线为：2.C+程序源代码为：1）位移程序代码：#include #include #define pi 3.1415926void main(void)double Lb=720.52, L2=108.12, L1=380, h,x,m;int N=0;for (x=0;x=(2*pi);x=x+0.1)m=sqrt(L1*L1+L2*L2+2*L1*L2*sin(x);h=Lb*L2*cos(x)/m;coutxtht;N+;if(N%5=0)coutendl;2）速度程序源代码：#include #include #define pi 3.1415926void main(void)double Lb=720.52, L2=108.12, L1=380, h,x,m;int N=0;for (x=0;x=(2*pi);x=x+0.1)m=sqrt(L1*L1+L2*L2+2*L1*L2*sin(x);h=Lb*L2*cos(x)/m;coutxtht;N+;if(N%5=0)coutendl;3）加速度程序源代码：#include #include #define pi 3.1415926void main(void)double Lb=720.52, L2=108.12, L1=380, h,x,m;int N=0;for (x=0;x=(2*pi);x=x+0.1)m=sqrt(L1*L1+L2*L2+2*L1*L2*sin(x);h=Lb*L2*cos(x)/m;coutxtht;N+;if(N%5=0)coutendl;3.数据结果统计：角度X（rad）位移h（mm）速度v(mm/s)加速度a(mm/s)0.00197.181-393.413-13684.10.10191.235-506.128-13302.9 0.20183.874-608.037-12793.60.30175.236-699.932-12176.50.40165.447-782.535-114690.50154.626-856.48-10686.20.60142.884-922.336-9840.860.70130.324-980.568-8943.80.80117.043-1031.58 -8004.090.90103.136-1075.72-7029.461.0088.6893-1113.25-6026.441.1073.7903-1144.4-5000.681.2058.5212-1169.37-3957.091.3042.9629-1188.27-2900.031.4027.1946-1201.2-1833.431.5011.2943-1208.28-760.941.60-4.66051209.5313.9591.70-20.592-1204.871387.861.80-36.425-1194.372457.351.90-52.0807-1177.963518.842.00-67.4797 -1155.534568.532.10-82.5426-1126.975602.262.20-97.1874-1092.116615.382.30-111.33-1050.767602.562.40-124.882-1002.648557.662.50-137.754-947.4579473.482.60-149.848-884.82810341.52.70-161.065-814.3111151.82.80-171.297-735.37911892.32.90-180.429-647.432125493.00-188.337-549.78113105.43.10-194.889-441.6613542.53.20-199.941-322.24513838.73.30-203.338-190.68313970.23.40-204.915-46.15713912.33.50-204.496112.01813640.63.60-201.897284.24713134.33.70-196.934470.4412380.13.80-189.427669.73311377.93.90-179.214880.1310146.34.00-166.1711098.138728.834.10-150.231318.357195.144.20-131.4091533.295637.54.30-109.8381733.474157.424.40-85.78361907.952843.54.50-59.65952045.41745.134.60-32.02332135.66851.9454.70-3.549612171.4890.63674.8025.01812149.81-655.0414.9052.92822072.5-1506.545.0079.48421945.88-2550.555.10104.091779.54-3813.595.20126.3121584.67-5259.685.30145.8321372.43-6807.55.40162.492115