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机械毕业设计全套
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牛头刨床毕业设计,机械毕业设计全套
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机 械 原 理 课 程 设 计 说 明 书 系部名称 : 机电系 专业班级 : 04机制三班 姓 名： 学 号 : 0405110057 批 阅 教 师 签 字 批阅日期 nts- 2 - 目 录 概 述 3 设计项目 1 设计题目 4 2 机构简介 4 3 设计数据 4 设计内容 1 导杆机构的设计 5 2.凸轮机构的设计 12 3.齿轮机构的设计 17 设计体会 20 参考文献 21 附 图 nts- 3 - 概 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。 nts- 4 - 设计名称 牛头刨床 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 48ADE9O 9电动机工作台棘轮n 0on 2oZ 1 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 1-2-3-4-5-6 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。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 1-9-10-11 与棘轮带动螺旋机构（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。 二 设计数据： nts- 5 - 各已知数据如下 图所示，未知数据可有已知数据计算求得。 设计内容 导杆机构的运动分析 凸轮机构设计 符号 2n 42oolAOl2BOl4BClmax DOl929OOl0rtros s 单位 r/min mm mm 方案 60 380 110 540 0.25 lO4B 15 125 150 61 15 75 10 75 设计内容 齿 轮机构设计 符号 0n1Z 0d0d12m 1om 单位 r/min mm mm 方案 1440 20 100 300 6 3.5 三 设计内容 ： 第一节 导杆机构的运动分析 导杆机构设计要求概述： 已知曲柄每分钟的转数 2n ，各构件尺寸，且刨头导路 xx-位于导杆端头 B 所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在 2 号图纸上。 10 位置的机构简图： nts- 6 - 2 计算过程： 由已知数据 n2=60r/min 得 2=2 60/60(rad/s)= 2 rad/s . 1、求 C 点的速度： 确定构件 3 上 A 点的速度： 构件 2 与构件 3 用转动副 A 相联，所以 A3= A2。 又 A2= 2lO2A =0.110 2 =0.22 m/s=0.69m/s. 求 4AV 的速度： 选取速度比例尺 ： v=0.023(m/s)/mm; A4 = A3 + A4A3 方向： BO4 AO2 BO4 大小： ？ 2lO2A ？ 用图解法求解如图 1： nts- 7 - 图1式中 A3、 A4 表示构件 3 和构件 4 上 A 点的绝对速度， A4A3表示构件 4 上 A 点相对于构件 3 上 A 点的速度，其方向平行于线段 BO4，大小未知；构件 4上 A 点的速度方向垂直于线段 BO4，大小未知。 在图上任取一点 P，作 A3 的方向线 pa3 ，方向垂直于 AO2，指向与 2 的方向一致，长度等于 A3/ v，（其中 v 为速度比例尺）。过点 p 作直线垂直于BO4 代表 A4的方向线，再过 a3作直线平行于线段 BO4 代表 A4A3的方向线这两条直线的交点为 a4， 则矢量 pa4和 a3a4 分别代 A4 和 A4A3 。 由速度多边形43apa得： A4= v pa4= v 20 = 0.483 m/s A4A3= v a3a4= v 19 = 0.437 m/s 求 BO 4的角速度 4 ： 曲柄位于起点 1 时位置图如设计指导书图（ 1）：此时 42OAO 为： o17.7383.1690380110a r c s i n2a r c s i n242242 OOAOllOAO 又由 1 位置起将曲柄圆周作 12 等分则当曲柄转到 10 位置时， 如图（ 1）： 83.1617.7327036042 OAO AOOOAOAOOOlllllOOA2424422c os222242 nts- 8 - mml OA 55.2 7 64 杆 BO 4的角速度4 ： 4 =VA4/lBO4= 0.4830.277 rad/s =1.75 rad/s 杆 BO 4的速度 V4: V4= 4 lBO4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s 求 C 点的速度 c： c = B + CB 方向： X-X BO4 BC 大小： ？ 4lO4B ？ 图2速度图见图 2：式中 c 、 B 表示点的绝对速度。 CB表示点 C 相对点 B 的相对速度其方向垂直于构件 CB，大小未知，点 C 的速度方向平行于 X-X，大小未知，图上任取一点 p 作代表 B的矢量 pb 其方向垂直于 BO4指向于 2 转向相反，长度等于vBV /（v为速度比例尺 ）。过点 p作直线平行于 X-X，代表 c的方向线，再点 b 作直线垂直于 BC 代表 CB的方向线，这两方向线的交点为 C则矢量 pc和 bc便代表 c、 CB。 则 C 点的速度为： c= v pc = v 40 = 0.92 m/s CB= v cb= v 5 = 0.115 m/s 2、求 C 点的加速度： 求 aA2： nts- 9 - 因曲柄匀速转动：故 22222222 /343.4/)2(110.0 smsmlaa AOnAA 223 /343.4 smaa AA 选取加速度比例尺： a=0.15（ m/s2） /mm 求 aA4： 343434 AAAAKAA aaaa 3434344 AAAAKAAnA aaaaa 方向： BO4 B O4 A O2 BO4 BO4 大小： ？ 424 AOl 3442 AAV？ 加速度见 下 图 ： 式中44AnAaa和 是 4Aa 的 切 向和切 法 向加速度 ， 34AAa 是点 A4 相对于 A3 的相对加速度，由于构件 3 与构件 4 构成移动副，所以034 AAna 则 3434 AAtAAr aa 其方向 平行于相对移动方向，即平行于 BO4,大小未知， 34AAKa 为 哥氏加速度，它的大小为 sin2 34434 AAAAK Va ，其中 为相对 速度 34AAV 和牵连角速度 4 矢量之间的夹角，但是对于平面运动， 4 的矢量 垂直于运动平面而nts- 10 - 34AAV位于运动平面内，故 90 ，从而 34434 2 AAAAK Va 哥氏加速度 34AAKa 的方向是将34AAv沿 4 的转动方向转 90 （即图中3ka 的方向）。在上面的矢量方程中只有 344 AArA aa 和 的大小未知， 故可用图解法求解。如右图，从任意极点 连续 作矢量43 aa 和 代表 43 AnA aa 和 ； 再过 3a 作 3ka 垂直于线段 BO4 ，大小 mmuVwkaaAA 2.10/2 3443 ；然后再过 k 作 BO4的平行线，代表 34AAa 的方向，过 4a 作 垂直于 BO4，的直线，代表 4Ana 的方向线，它们 相交点 4a 则矢量 4a 代表 4Aa 。 4Aa = a 4a = a * 60.6 = 9.09 2/sm 求 B 点加速度 Ba ： 构件 4 的 角 加 速 度 BO4 为：2444 /29.344sr a dl aulaAOaAOABO 2244 /654.1 smla BOnB 244 /7 7 5.1 smla BOBOB 222 /426.2775.1654.122 smaaa BnBB 02.47a rc ta n nBBaa 求 C 点的加速度： CBBc aaa nCBCBBnBnc aaaaaac 方向： x-x B O4 BO4 CB C B 大小： ？ lBO4 BO4 ？ 0.090m/s2 nts- 11 - 加速度图见 下 图 ： 式中， nCBa表示点 C 相对点 B 的法向加速度其方向为从 C 指 B； CBa表示点 C 相对点 B的切向加速度，其方向 垂直于 CB。又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度可求出（ C 点作水平运动，故 C 点的法向加速度为 0）。仅有 CBaa c 和的大小未知，同样可以用图解法求解。如右图，在图上任取一点 作 b 代表 nBa，方向为平行于 BO4并从 B 指向O4，长度为aBOl /424，（其中 a 为加速度比例尺）。过 b 作 bb 代表 Ba ，方向 垂直于 BO4， 长度为 aBOBO l /44 ，连接b ，它表示 Ba ，再过过 b 作 cb 代表 nCBa ，方向平行 CB并从 C 指向 B，长度为acBBc lV /)/( 2过 c 作 垂直于 CB 代表 cBa的方向线又从 作平行于 X-X 的方向线，两线交点为 c ，则矢量 c便代表 ca 。 222 /090.0/135.0110.0 smsmlvaCBnCBnCB ca = ca = a cP = 1.98 2/sm 3、此时 C 点位置如下图： 选取长度比例尺为： mmmml /5 则： 此时 C 点的位移 cx 为： mmmmccux lc 486.95 第二节 凸轮机构的设计 nts- 12 - 凸轮机构的设计要求概述： 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，将凸轮实际轮廓画在 2 号图纸上。 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： 符号 max lO9D lO9O2 ro rt s 单位 mm 数据 15 . 125 150 61 15 75 10 75 2.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表： 推程 0 2 o /2 回程 o+ s o+ s+ o/2 =24* * /(25* ) = /12-24（ -17 /36） 2/25 =96 /25 =-96（ -17 /36） 2/25 =192 /25 =-192 /25 推程 o /2 o 回程 o+ s+ o/2 o+ s+ o = /12-24（ 5 /12-） 2/25 =24（ 8 /9-） 2/25 nts- 13 - =96（ 5 /12-） 2/12 =-96（ 8 /9-） 2/25 =-192 /25 =192 /25 3.依据上述运动方程绘制角位移、角速度、及角加速度的曲线： （ 1）、角位移曲线： （ ） （ ） （ ）图 ( 1 )、取凸轮转角比例尺 =1.25 /mm和螺杆摆角的比例尺 =0.5/mm 在轴上截取线段代表，过 3 点做横轴的垂线，并在该垂线上截取 33代表 (先做前半部分抛物线 ).做 03的等分点 1、 2两点，分别过这两点 做 轴的平行线。 、将左方矩形边等分成相同的分数 ,得到点 1和 2 。 、将坐标原点分别与点 1 ,2 ,3相连 ,得线段 O1 ,O2和03 ,分别超过 1,2,3点且平行与 轴的直线交与 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 . (2)角速度曲线 : 、选凸轮转角比例尺 =1.25 /mm 和角速度比例尺 =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。 nts- 14 - 10 （） （ ）图 ( 2 )由角速度方程可得 = o/2, = max ,求得 v 换算到图示长度 ,3 点处 = 0/2,故 max位于过 3 点且平行与轴的直线 .由于运动为等加速、等减速 ,故连接 03即为此段的角速度图 ,下一端为等减速连接 3 6 即为这段角速度曲线。 其他段与上述画法相同 ,只是与原运动相反。 (3)角加速度曲线 : 选取与上述相同的凸轮转角比例尺 =1.25 /mm 和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm 在轴上截取线段代表。 由角加速度方程求的角加速度 .因运动为等加速 ,等减速 ,故各段加速度值也相同 ,只是方向相反 . 13段为加速段 为正值 , 轴上取 做平行于 13的直线段即为 1、3段的加速度，其余各段与 3做法相似。 序号 偏角 nts- 15 - ( ) ( )图 ( 3 )作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： 、 绘制凸轮的 理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓 将 曲线图（如图（ 1）的推程运动角和回程运动角个分成 4 等份，按式求个等分点对应的角位移值： 1= 1*11， 1= 2*22，的数值见表（ 1）。 选取适当的长度比例尺 l 定出 O2 和 O9 的位置（选取l=0.002m/mm）。以 O2 为圆心，以 r0/ l 为半径，作圆，再以以 O2为圆心，以 rb/ l为半径作基圆。以 O9 为圆心，以 l Oo9D/ l为半径，作圆弧交基圆与 DO（ DO）。则 O9DO便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置 DO位于中心线 O2O9 的左侧。 0 0 1 1.875 2 7.5 3 13.125 4 15 5 15 6 13.125 7 7.5 8 1.875 9 0 nts- 16 - 以 O2 为圆心，以 l Oo9 O2/ 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 ,得 O91 ,O92, O93 O99 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, O93 O99 为圆心，以 l O9D/ e 为半径画圆弧，它们与基圆相交于 D1 ， D2 ， D3 D9，并作 D1O91D1， D2O9rD分别等于摆杆角位移 1， 2， 3。并使O91D1= O91 D1， O92D2= O92D2，则得 D1， D2， D9（与D9 重合）各点，这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹点。 将点 D1， D2， D9 连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。 B、绘制凸轮的实际轮廓： 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。 C、校核轮廓的最小曲率半径 min： 在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径 rt 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。 在理论轮廓线上选择曲率最大的一点 E，以 E 为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点 F 和 G 为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于 H、 I、 J、 K 四点；连 HI、 JK 得交点C，则 C 点和长度 CE 可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半径 min。 nts- 17 - 由图可知， CE rt，故该凸轮轮廓的最小曲率半径 min 符合要求。 第三节 齿轮机构的设计： 一 、设计要求： 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，整理说明书。 1、齿轮机构的运动示意图 2、已知各数据如表： 符号 n0 Z1 d0 d0 m12 m0 1 单位 r/min mm mm 数据 1440 20 100 300 6 3.5 二、计算过程： 因为 no /no =do /do 得 no =480r/min z0 (20) z1 (40) z1(20) z2(80) 分度圆直径 70 140 120 480 基圆直径 65.7 131.5 112.7 451 齿顶圆直径 77 147 132 492 nts- 18 - 齿根圆直径 61.25 131.25 105 465 分度圆齿厚 5.4978 5.4978 9.4248 9.4248 分度圆齿距 10.9504 10.9843 18.7721 18.8447 中心距 105 300 n o /n2=z2z1 /z z1 得 z2=z z1n /z1 n2=80 三、 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直径 : do” ， dob， d oa，d of，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 PN1 即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段 将 PN1 线段分成若干等份： P1 、 12 、 23 根据渐开线特性 PN0N 11 ，圆弧长不易测得，可按下式计算 N10 弧所对应弦长
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