牛头刨床机械原理课程设计1点和7点~修正版吴

1、目录一、概述1、课程设计的题目2.、课程设计的任务和目的3、课程设计的要求4、课程设计的数据二、机构简介与设计数据三.课程设计的内容和步骤§2.1、拆分杆组§2.2、方案分析§2.3、程序编写过程§2.4、程序说明§2.5、C语言编程及结果§2.6、位移，速度，加速度图三、小结四、参考文献一、概述1课程设计的题目 此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计.2课程设计的任务和目的 1）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.凸轮机构设计。2）目的：机械原理课程设计

2、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

3、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

4、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。2， 设计数据 见表4-11）2)选择设计方案：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/minmmNmmKg·m2方案64350905800.3lo4B0.5lo4B2005022080090008

5、01.2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.m2°mm°方案0.1514401316400.50.40.250.21513538701070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导杆机构的设计及运动分析1）导杆机构简图2）导

6、杆机构运动分析 a、曲柄位置“1”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“1”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/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µv=0.005 (m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2 则由图1

7、-2知， A4=·v= 0m/s A4A3=·v=0m/s由速度影像定理求得，B5=B4=A4·O4B/ O4A=0m/s又 4=A4/ lO4A=0rad/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BC取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm, 则由图1-2知， C5= ·v=0m/s C5B5=·v=0m/s CB=C5B5/lCB=0 rad/s加速度分析：取曲柄位置“1”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故A3n=A2n,其大小等于22lO2A,方向由A指

8、向O2。2=6.7020643264rad/s, A3n=A2n=22·LO2A=6.7022×0.09m/s2=4.04m /s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： A4 = A4n + A4= A3n + A4A3K + A4A3r大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? BA O4B AO2 O4B O4B 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 c5= B5+ c5B5n+ c5B5大小 ? 52 Lbc ?方向 XX cb BC取加速度极点为P,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-3

9、所示.则由图1-3知, C5B5=·v=0m/s 5 =CB=C5B5/lCB=0 rad/s=0 m/s2 A4A3K =0 m/s2 A4 =4.04m/s2,用加速度影象法求得B5 =B4 = A4* O4B/ O4A=6.932 m/s2 所以c=0.01×(pc)=6.5990882824m/s2总结1点的速度和加速度值以速度比例尺µ=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺µa=(0.05m/s²)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-2，1-3，并将其结果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量

10、结果 1VA40m/sVC0m/saA4.042m/s2 ac6.599m/s2b、 曲柄位置“7”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“7”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。2=2n2/60rad/s=6.702A3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/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µv=0.001(m/s

11、)/mm ,作速度多边形如图1-4则由图1-4知， A4= pa4/v =0.332m/s A4A3=34/v =0.522m/s由速度影像定理求得，B5=B4=A4·O4B/ O4A=0.8059m/s又 4=A4/ lO4A=0.8877rad/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取速度极点P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-4。则由图1-4知， C=0.527m/s CB=0.0981m/s CB=CB/lCB=0.564rad/sb.加速度分析：取曲柄位置“ 7 ”进行加速度分析。因构件2

12、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。2=6.704rad/s, =22·LO2A=6.7022×0.09 m/s2=4.042m/s2 =42·LO4A=0.564 m/s2取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42·LO4A ? 22·LO2A ?方向： ? BA O4B AO2 O4B O4B 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? 52·

13、LBC ?方向 X CB BC取加速度极点为P,加速度比例尺µa=0.5（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-5所示.则由图1-5知, aA4A3r =1.692 m/s2 aA4 =2.680 m/s2 用加速度影象法求得aB5 = aB4 =aA4·O4B/ O4A =4.156m/s2又 aBCn=52·LBC =0.0553ms2ac5 =-4.510 ms2总结6速度和加速度值以速度比例尺µ=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺µa=(0.05m/s²)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如

14、下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量结果 7 VA40.332m/sVC0.527m/saA 2.680m/s2,ac - 4.510m/s2 2. 机构动态静力分析取“1”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16所示，=10N/mm。图16已知P=0，G6=800N，又ac=6.599m/s2,那么我们可以计算 FI6=-G6/g×ac =-800/10×6.599=-527.927N Fi6 + + Fr45 + Fr16 = 0方向: 水平 竖直 BC 竖直大小 ? ?作为多边行如图1-7所示，µN=

15、10N/mm。由图1-7力多边形可得： FR45=-F45·µN=528.7581038×1N=-528.7581216N 已知： FR54=-FR45=528.7581216N，G4=220NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=4.042589964×290/338.23069051m/s2=3.46612865m/s2 由此可得： FS4=M4×-aS4=-76.25482788N As4 = aA4/ 0.29=13.93996491rad/s2 M=-JS4×As4=-16.72795789J 在图1-8中，对O4

16、点取矩得： M O4=-FR54×L54-Fs4×hs4-G4×hGM-FR34·lO4A=0 -528.7581038*0.5512570182-13.96292913×0.28690951968-220×0.07457142857-16.72795789+ FR34·×0.29=0代入数据，得FR34=1133.177173N 力比例尺µN=10N/mm又 F= Fr54 +Fi4 +G4 + Fr23 + F14n+F14=0,作力的多边形如图1-9所示。Fr23= FR34=1133.177173

17、NFr54 +Fi4 +G4 + Fr23 + F14n+F14= 0方向:BC 竖直 AB AB AB大小: ? ?F14=F14F14n·µN=497.7136044×1N=497.7136044NF14n= FR54F14n·µN=47.2419645×1N=47.2419645N 对曲柄分析，共受2个力，分别为R32,R12和一个力偶M，由于滑块3为二力杆，所以R32= R34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以FR12与FR32等大反力，由此可以求得: Fr32lsin2×h12-M=0示意图如图1-1

18、0所示：M =0j列表如下：未知量平衡条件平衡方程结果M（N·m）Fr32lsin2×h12-M=00R12（N）Fr32-Fr12=01133.1771733. 凸轮结构的设计 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 凸轮机构的设计要求概述 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maxlO9DlO9O2ro rts单位 °mm( °)数据15. 135 1506115 70 10 70 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02o

19、/2 回程o+so+s+'o/2=54*/(49*)=/12-24（-17/36）2/25=108/49 =-96（-17/36）2/25=108/49=-192/25推程o /2o回程o+s+o/2o+s+o=/12-54（7/18-）2/49=24（7/18-）2/25=108（7/18 -）/49=-96（8/9-）2/25=-108/49=192/253.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：、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

20、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。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

21、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36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.序号0123456789偏角0°1.875°7.5°13.125°15°15°13.125°7.5°1.875°0°13

22、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

23、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。 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, O93O99各点。它们便是逆时针

24、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/e为半径画圆弧，它们与基圆相交于D1 ，D2 ，D3D9，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

25、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。由图可知，CErt，故该凸轮轮廓的最小曲率半径min符合要求。这也是一种方法4. 齿轮的设计1.齿轮机构的设计 已知条件设计内容齿轮机构设计符号n05d05d03m12z0z1z1an2单位r/minm

26、m。r/min方案144010030061640132064设计内容与步骤（1） 计算齿轮z2的齿数由i=n5/n2=(d03/d05)×(z1/z0)×(z2/z1)可得z2=39(2) 选择传动类型 z1(13)-z2(39):按满足不根切、重合度1.2、齿顶圆齿厚sa0.4、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 X1=0.300 x2=-0.400 X1+x2=0.300-0.400=-0.100<0 故z1(13)-z2(39)采用负传动。（3） 验算不根切最小变位系数z 1-z 2: x1 min =ha*(17-z1)/17=0.240 X1=0.300>0.240 不会发