机械原理课程设计经典

1、浙江理工大学机械原理课程设计计算说明书设计题目：牛头刨床设计专业：10机制（5）班设计者：朱开杰学号：B指导教师：钱萍设计时间：2013-6-28-2013-7-5机械与自动控制学院1、课程设计的任务与要求3、机械原理课程设计任务书3、机械原理课程设计的参考数据5、机械原理课程设计的目的与要求51.3.1、 机械原理课程设计的目的51.3.2、 牛头刨床的工作原理与机构组成62、课程设计的机构7、导杆机构的运动分析7、导杆机构的动态静力分析13、齿轮机构设计14、凸轮机构设计16、飞轮设计183、设计小结184、参考文献191、课程设计的任务与要求、机械原理任务书:姓 名：朱开杰专业：机械设计

2、制造及其自动化班级：10机制（5）班学号：B任务起至日期：2013年6月28日至2013年7月5日课程设计题目：牛头刨床设计已知技术参数和设计要求1.已知技术参数图1牛头刨床机构简图及阻力线图表1设计数据导杆机构运动分析1lO2O4102A1o4BlBCl04s4xS6yS6工作行程H行程速比系数K5637090540lo4bl04b24050310导杆机构的动态G4G6pypJS4220600550080静力分析飞轮转动惯量的确定noZ1zoz1JO2Jo1JoJo1440102040凸轮机构的设计从动件最大摆角maxlM推程远休止SS回程1513245741074齿轮机构的设计dodom1

3、2mo11003006202.设计要求(1)连杆机构的设计及运动分析，用图解法/解析法进行连杆机构的动态静力分析(2)安装在Q轴上的飞轮设计，转动惯量的确定。(3)凸轮机构的设计，确定凸轮机构基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线(4)齿轮机构设计工作量：完成4张4图纸，1份计算说明书工作计划安排:(1)设计准备阶段，1天(2)连杆机构的设计和连杆机构的动态静力分析，1天(3)连杆机构运动和连杆机构的动态静力图纸绘制，1天(4)飞轮机构的设计和绘图，1天(5)凸轮机构的设计和绘图，1天(6)齿轮机构设计，1天(7)设计说明书的编写，1天(8)答辩：1天指导教师签字：_年月日、机械原理课程设计

4、的参考数据表1机械原理课程设计数据表导杆机构运动分析r/min56L04mm370102A90lo 4b540l BClo 4b104stlo 4bXS324050工作行程310H行程速比系数KG4220导杆机构G6N600的动态静p5500力分析ypmm80JS4,一 2 kg.m飞轮转动惯量的nor/min1440确定z10z， zo20Z1,40JO2I 2 kg.mJQJo,JO,从动件最凸轮机构大摆角15的max设计lOgDmm13245推程小174远休止(|) S10回程,74齿轮机构的设计dOmm100dO300mi26mo”,20、机械原理课程设计的目的与原理1.3.1、 机械

5、原理课程设计的目的机械原理课程设计是机械类专业学生较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练。其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机械原理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与设计有一较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。在此基础上，初步掌握利用计算机来解决工程技术问题。1.3.2、 牛头刨床的工作原理与机构组成牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图2(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做往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低

6、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，称回行程，此时要求速度较低并且均匀，以提高生产效率。为此刨刀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（在切削的前后各有一段约的空刀距离，见图（b）,而空回行程中则没用切削阻力。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少电动机容量。图2牛头刨床机构简图及阻力线图2、课程设计的

7、机构、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转速n2,各构件尺寸及中心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（参见图4-2）要求：作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、进速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动态静力分析一起画在2号图纸上曲柄位置图的做法为取1和8,为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和7/12等，是由位置1起，顺方向将曲柄圆周作12等分的位置。导杆机构运动n2lo2O4102 AlO4BIbc104 s4xS6工作行程H行程速比系数K分析5637090540SbWb24050310导杆G4G6PypJS4机构的动态220600550080静力分析

8、表2.导杆机构运动尺寸数据图3导杆机构运动简图作图方法：1)设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上。2)作机构运动简图。选取比例尺i=1/3()mm按表1所分配的两个曲柄位置作机构的运动简图,其中一个位置用粗线画出曲柄位置的做法如图3;取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1,按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作开始切削和中止切削所对应的1和7两位置。共计14个机构位置。3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺v二（）

9、和加速度比例mmm/s2.一.一一.尺a=（%后）用矢量方程图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形。作图步骤：1、作导杆机构的简图。选取长度比例尺i=1/3,作机构在位置2的运动简图。作图时，必须mm注意仙i的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2、进行导杆机构的速度分析。对滑块3在4、8、12位置进行速度、加速度分析，作速度、加速度多边形图。、速度、加速度分析所用理论力学公式:VaVAeVArVCVB VCBaAaAeaAe aK aracaBaB aCBaCBaAe04 AaBO4B列加速度矢量方

10、程，得nnaAaAeaAeaKar大小方向/AO21O4B/O4BO4B/O4BaCaBaBaCBaCB大小VVV方向X-X04B/O4BC-BBC列速度矢量方程，得VaVAeV大小V方向102A04B/O4BVCVBVCB大小V方向X-X04Bbc滑块3在4位置速度、加速度计算分析:2 n602 3.14 56605.86rad /sVa = 10A X= 0.09 X5.86 = 0.528 m/s oxO 2 八做速度多边形，得到:VAe0.515m/s、V Ar0.09m/sVb 0.518m/sVC 0.61m/s、Vbc0.025m/snaA2必o2a0.528223.07m/s0

11、.09naAe2VAe04A20.51520.59m/s0.459aK 2 VArVAe0.51522 比 VAr2 -0.09 0.204m/s204A0.459做加速度多边形，得到:aAe2-20.32m/s、 ar 2.404m/snaB22Vb0.518O4B0.5420.497m/s n VBCaCB BC20.0253, 24.46 10 m/s 0.14aB0.3765m/s2做加速度多边形，得至U：2ac 0.395m/sc取速度极点P,速度比例尺pv=(m/s)/mm,作速度多边形取加速度极点P,速度比例尺以 a=(m/s)/mm,作加速度多边形，如图*VcPl图5 4点加速

12、度滑块3在8位置速度、加速度计算分析:60602n23.1456w5.86rad/sVa=10AXW=0.09X5.86=0.528m/sAO2A做速度多边形，得到:VAe0.05m/s、VAr0.515m/s、VB0.352m/sVC0.38m/s、VBC0.08m/s2nVaaA02 A20.5280.09 . 23.07m/snaAe2VAe0.0504A0.3450.0072m/s2 （忽略）aK 2 VArVAe0.0522 A- VAr2-0.515 0.048m/s204A0.345做加速度多边形，得到:22aAe 3.01m/s、 ar 0.16m/snaBVB20.3522O

13、4 B0.5420.229m/s2naCBVBCBCBC0.0820.1420.0457 m/s22aB0.472m/s做加速度多边形，得到：ac0.44m/s2取速度极点P,速度比例尺pv=(m/s)/mm,作速度多边形取加速度极点P,速度比例尺以a=(m/s)/mm,作加速度多边形，如图图6 8点速度、加速度滑块3在12位置速度、加速度计算分析:w2 314 56 5.86rad/s6060VA=lOAXW=0.09X5.86=0.528m/s2八做速度多边形，得到:VAe 0.26m/s、V Ar 0.46m/s、VB0.454m/s VC0.09m/s、VCB 0.085m/s.22n

14、 aA .23.07m/sVa0.5282O2A0.0922nVAe0.262aAe0.215m/sO4A0.312aK2s 20.2620.46 0.76m/s0.312做加速度多边形，得到:2, _ _2aAe 3.02m/s、 ar 1.32m/sn aBVB20.4542O4 B0.540.38m/s2、aCBVcbBC0.08520.14一一 20.05m/saB0.322m/s2做加速度多边形，得到：ac0.42m/s2取速度极点P,速度比例尺pv=(m/s)/mm,作速度多边形取加速度极点P,速度比例尺a=(m/s)/mm,作加速度多边形，如图图712点速度、加速度、导杆机构的动

15、态静力分析对导杆机构的动态静力分析，就需要用到上面的加速度分析的结果。具体分析方法如下：取杆组5、6进行动态静力分析。如图10为杆组5、6的示力体图8杆组5、6的示力体图由已知条件，最终可以得到:G6=600N,P=5500N,FI6=N而且由受力分析可得，阻力P左右于水平向左，G6作用于竖直向下，FN16作用于竖直向上，FI6作用于水平向左，F45作用于沿杆件5向外。根据这些数据和方向，力的比例尺以0=50N/mm,可画出杆组5、6的力多边形图11图9杆组5、6的力多边形图图10杆件4的示力体图结合已知条件，可以得出：G=220N,F14=37N,F54=6100N,F34=11876N。而

16、且由受力分析可得，重力G4作用于竖直向下，惯性力FI4作用于垂直连杆4向左，滑块3的作用力F34作用于垂直连杆4向右，F54作用于沿连杆5向外。根据这些数据和方向，力的比例尺jiq=100N/mm,可画出构件4的力多边形图1334G4P图11杆件4的力多边形图可根据构件4与杆组5、6的力多边形图，力的比例尺ILc=100N/mm可直接得到曲柄2与滑块3组件的力多边形图14。F12图12杆组2、3的力多边形图以上是曲柄在4位置的动态静力分析。、齿轮机构的设计已知：电动机、曲柄的转速No、N2,皮带轮直径dO、dO,某些齿轮的齿数Z,模数由分度圆压力角a(参见表1)；齿轮为正常齿制，工作情况为开式

17、传动。要求：计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1z2的变位系数，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。根据齿轮传动比的公式：i12=n1/n2=z2/z1=d2/d1,参考数据表1中的已知齿轮数，计算出z2=390由于z1=13ha*(zmin-z)/zmin。将数据代入，可得到X10.235mm,X2-1.294mm。所以，我选取了X1=、X2=0任意圆齿厚Si=Sri/r-2ri/(invoi-inva),分别将齿轮z1、z2变位后的数据代入公式中，可分别得到齿轮z1、z2的齿顶圆的齿厚Sa12.2mm,Sa25.2mm。满足变位后齿轮齿顶厚Sa0.25m(此处m表示

18、为分度圆模数)=1.5mm由于是正变位齿轮机构，所以中心距不变，a=mz1z2,代入数据得2a=207mm绘制步骤如下：1、取l0.001里的比例进行作图。mm2、根据中心距a=207mm定出两齿轮的中心位置O、O,分别以O、O2为圆心分别作两个齿轮的基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。3、作两齿轮基圆内的公切线，交点分别为Ni、,NiN2为理论啮合线。N2分别与齿轮zi、Z2的齿顶圆相交于B1B2,则B1B2为实际啮合线，测量得BiB2=0它与连心线QQ的交点为节点P,而P点又与两分度圆的切点相重合，基圆内公切线与过P点的节圆切线间的夹角为啮合角，同时也等于分度圆压力角。4、根据渐开线形成原

19、理，分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿一边的齿廓曲线，然后以此为模板，左右对称进行复制描述，齿轮Zi、Z2的齿顶圆的齿厚Sii=2.7mm,Si2=4.76mm,并结合齿轮变位后的齿顶圆齿厚，画出完整的齿廓。5、在连心线处画一个完整的齿廓，然后根据齿轮啮合的要求，连续画出两齿轮的3个齿廓。、凸轮机构设计已知：摆杆9为等加速等减速规律，具推程运动角（|）i=74o，远休止角旌二100,回程角小=74o,摆杆长度1o9d=132mm最大才i角max=15o,许用压力角a=45o;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，画出凸轮实际轮廓。1）根据给定的从动件运动规律少二巾（小），

20、逐点计算每一个凸轮转角小所对应的从动件角位移山、角速度、角加速度5。应视凸轮转角小在不同的运动区间，用相应的运动方程式来计算。a）巾小1/2,属于升程加速区，具运动方程式为巾=2（max/6）小2,=4（max/6）小2,=4max/Gb）巾i/2小小i,属于升程减速区，具运动方程式为=max-2max（小一小f/小1=4max（也一小f/也a=-4max/c） G也+如，属于远休止区，其运动方程式为巾=max，=0,a=0d） 6+如小（a+加）/2）,属于回程加速区，具运动方程式为2巾=max2max（加+加）2/2=4max（a+七）/小2a=4max/小e）（4+久）/2小看+如,属于

21、回程减速区，具运动方程式为巾=2max（G+机一小）2/小22=-4max（。1+如一小）/小2。=4max/小f）（小什小叶小）（!）360o,属于近休止区，其运动方程式为3=0,=0,a=0按照从动件的运动规律，分别把数据代入上面公式中，按公式分别计算推程和回程的（）max,然后用几何作图法直接绘出（口及山（小）dd线图。2）凸轮的基圆半径的设计根据摆动推杆盘形凸轮机构，设已知推杆的运动规律W=W（小）、摆杆1O9D的长度I09D=132mm罢杆最大摆角max=15o、凸轮转动的角速度（小）及推程和回程的许用压力角a=45o、a=45o(1)确定摆杆转动中心。的位置，并判断凸轮转动中心的大

22、致方位。以O9为圆心，lO9D=132mM半径作圆弧。按山(小)线图划分max角为1T6,可将其所对的弧近似的看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割max角所对应的弧，自从动杆摆动中心O9作辐射线与各割点相连，则max角按所定比例分割了。作图时，取LbDd=,则可以直接根据()线图上dmmd的各纵坐标值，在O9点相应的辐射线由D点速度方向顺着凸轮转向转过90o后所指的方向来确定。画出BEB15EI5。升程阶段，过曰点做直线EiFi,时/BiEFi=90oa=45o;同样过E、曰作类似的直线，回程阶段也一样。得到一系列直接后，在这些直线下方，就是应选凸轮直径的区域，此处选取r0

23、=60mm然后根据凸轮转向，摆杆长lO9D=132mm角位移线图W=W(图，r0=60mmlO9D=132mm画出凸轮理论廓线。然后找出理论轮廓线的弯曲程度最大的位置，画出其最小曲率半径pmin=35mm滚子半径的理论依据为rq=，次处选取gr=0.2ro=12mm。然后在理论轮廓线上画出一系列的以rg为半径的圆，将这些圆的包络线以光滑曲线连起来，画出凸轮的实际廓线。、飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数，由动态静力分析所得的平衡力矩My,具有定传动比的各构件的转动惯量J,电动机、曲柄的转速n。、血及某些齿轮的齿数。驱动力矩为常数。要求用惯性立法确定安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF。步骤:1)列表汇集同组同学在动态静力分析中求得的每个机构位置的平衡力矩M，以力矩比例尺N和角度