机械原理设计终结版

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课程设计的要求二、机构简介与设计数据1机构简介2设计数据三、设计内容1导杆机构的运动分析2导杆机构的动态静力分析3凸轮机构设计4课程设计的数据四、课程设计的内容和步骤1导杆机构的设计及运动分析2凸轮机构设计3.齿轮机构设计五、小结一、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： 牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；导杆机构进行运动分析；凸轮机构设计；齿轮机构设计2）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

2、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机构简介图1

3、 牛头刨床机构简图及阻力曲线图牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1(a)。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（

4、在切削的前后各有一段约5H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小电动机容量。2设计数据设计内容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.27243

5、01108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.2表1 设计数据设计内容飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计符号noz1Z0Z1Jo2Jo1JoJomaxlo9Ds单位r/minKgm2°mm°方案0.1514401020400.50.30.20.215125407610750.1514401316400.50.40.250.215135387010700.1614401519500.50.30.20.21513042751065设计内容齿轮机构的设计符号d0d0m12m01max单位mm°方案10030063.5201510030

6、064201510030063.52015三、设计内容1.导杆机构的运动分析已知 曲柄每分钟的转数，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路位于导杆端头B所作圆弧高的平分线上(图2所示)。要求 作机构的运动简图，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、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置。图2 曲柄位置图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

7、)，导杆4绕重心的转动惯量Js4及切削力P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)。表2 机构位置分配表学生编号123456789101112131415位置编号1234567891011121237868121131174789学生编号161718192021222324252627282930位置编号45678910111212345610121125273864591011图3 摆杆加速度线图3.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，远休止角s，回程运

8、动角(图3所示)，摆杆长度为l09D,最大摆角max,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4)。4.齿轮机构设计已知 电动机、曲柄的转速n0、n2，皮带轮直径do、do,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 计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1z2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)。四、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）导杆机构运动分析a、曲柄位置“7”速度分析

9、，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）b、取曲柄位置“7”进行速度分析。因构件2、3、4在A处的转动副相连，故VA2的大小等于2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.7021rad/sA2=2·lO2A=6.7021×0.11m/s=0.7372m/s（O2A）取构件2和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A2+A4A2大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺µv=0.01 (m/s)/mm ,作速度多边形如图1-4图4则由图1-4知，A4=pa4·v=37

10、5;0.01 =0.37m/s A4A3=la3a4·vlo4A=212 mm由速度影像定理得B5=B4=A4·O4B/O4A=0.37×270÷212m/s =0.4712 m/s又 4=A4/ lO4A=0.37÷212rad/s=0.001745 rad/s取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BC其速度多边形如图1-4所示，有C5= ·v=1.35×0.01m/s =0.0135m/sC5B5=·vCB=C5B5lCB取曲柄位置“7”进行加速度分析,分析过

11、程先从曲柄位置A处进行分析.取曲柄构件2和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= a A4n+ a A4t= a A2 + a A4A2k + a A4A2r大小 ? 0 ? 0 ?方向 ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5 图1-5由图1-5可知,aA4n= w4l04A·a =0.4712÷270×212×0.05m/s2 =0.018m/s2a´A4A3 = k´a4·a4=42lO4A a A4

12、 =l a4´a4·a a B4 = a A4÷l04A×l04B用加速度影象法求得a B5 = a B4 = a A4 ×lO4B/lO4A= a A4 ×270/212 m/s2 =3.65 m/s2 又 a C5B5n =52·lCB=0.75 2×0.0675 m/s2 =0.09 m/s2取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC5= aB5+ aC5B5n+ aC5B5大小 ? 0 ?方向 x CB BC其加速度多边形如图15所示，有aC5B5t= C5´C5·a =14×

13、;0.05 m/s2 =0.7m/s2aC5 = pC·a = 42×0.05 m/s2 =2.1 m/s22凸轮机构设计图3 摆杆加速度线图已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角F，远休止角Fs，回程运动角F，摆杆长度lo9D=125mm，最大摆角cmax=15度，许用压力角a=40度；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，划出土轮世纪轮廓线。以上内容做步骤：1)根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（），然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。2)求基圆半径r及凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离l OO。按（）线图划分角时，可

14、将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割角所对应的弧，自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。作图时，如取= l OD*，则可直接根据（）线图上各纵坐标值，在O点的相应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于等于l OD* 。截取方向可根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。然后按许用压力角作出凸轮轴心的安全区，求出凸轮的基圆半径r和中心距lOO。3)根据凸轮转向，摆杆长l OD，角位移线图=（）图和以上求得的r，l OO，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径P。然后，再选取滚子半径r，

15、画出凸轮的实际廓线。设计过程：1）根据给定的r0=60mm和摆杆位置画出从动件的初始位置O9D0，再根据c-w线图画出从动件的一系位置O9D1 、O9D2 、O9D3 、O9D4 、O9D5、O9D6 、O9D7、O9D8、O9D9 、O9D10 、O9D11 、O9D12 、O9D13 、O9D14，使得D0O9D1 =c1、D0O9D2 =c2 、D0O9D3 =c3、D0O9D4 =c4 、D0O9D5 =c5、D0O9D6 =c6 、D0O9D7 =c7、D0O9D8 =c8、D0O9D9 =c9 、D0O9D10 =c10 、D0O9D11 =c11 、D0O9D12 =c12、D0

16、O9D13 =c13 、D0O9D14 =c14。2）从基圆上任一点C0开始，沿（-v）方向将基圆分为与图c-w线图横轴对应的等份，得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。过以上各点作径向射线OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。3)以O为中心及OD1为半径画圆弧，分别交OC0和OC1于E1和E1，在圆弧上截取E1D1= E1D1得点D1。用同样方法，在以OD2为半径的圆弧上截取E2D2= E2D2得点D2，在OD3为半径的圆弧上截取E3D3= E3D3得

17、点D3 ，在OD4为半径的圆弧上截取E4D4= E4D4得点D4 ，在OD5为半径的圆弧上截取E5D5= E5D5得点D5 ，在OD6为半径的圆弧上截取E6D6= E6D6得点D6 ，在OD7为半径的圆弧上截取E7D7= E7D7得点D7 ，在OD8为半径的圆弧上截取E8D8= E8D8得点D8 ，在OD9为半径的圆弧上截取E9D9= E9D9得点D9 ，在OD10为半径的圆弧上截取E10D10= E10D10得点D10 ，在OD11为半径的圆弧上截取E11D11= E11D11得点D11 ，在OD12为半径的圆弧上截取E12D12= E12D12得点D12 ，在OD13为半径的圆弧上截取E1

18、3D13= E13D13得点D13。将D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13连成曲线便得到凸轮轮廓曲线。3.齿轮机构设计已知 电动机、曲柄的转速n0、n2，皮带轮直径do、do,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 计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1z2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)。设计内容与步骤大小两个齿轮的相关参数大齿轮（mm） 小齿轮（mm）d1=mz1=240 d2=mz2=60ha1=(ha*+x)m ha2=(ha*+

19、x)mhf1=(ha*+c*-x)m hf2=(ha*+c*-x)mda1=d1-2ha1=252 da2=d2-2ha2=72df1=d1-2hf1=225 df2=d2-2hf2=45db1=d1cos°=225.53 db2=d2cos°=56.38五、小结通过几天日日夜夜的奋斗，在老师亲切地指导下，在同学们的密切配合下，当然也有自己的努力和辛酸,机械原理课程设计终于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们努力的结晶.在这几天中，我有很多的体验，同时也发现自己的许多薄弱的地方，仅就计算速度、加速度而言，自己的基础知识感觉远远不够熟练，画图也不够熟练。但是通过这次实践设计，