机械原理课程设计说明书(牛头刨床)

1、课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计学 院：机械工程学院专业班级： 学 号：学 生： 指导老师：高中庸广西科技大学机械学院教务处 2013年 03月 5日目 录广西科技大学课程设计说明书1目录2前言31第2和第18点的机构简图42 导杆机构的运动分析63导杆机构的动态静力分析104飞轮设计135凸轮机构设计136总结语147参考文献15前 言1. 本次机械原理课程设计课题为：牛头刨床机构分析（I）2. 设计目的：完成工程师的基本训练；回顾教材所学知识，综合使用所学知识，进一步加深印象；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和设计有一个较完整的概念；提高

2、综合能力，包括使用技术资料能力、计算能力、分析能力、作图能力、合作能力等。3. 设计要求完成的任务：（1）画两指定位置的机构运动简图；（2）绘制从动件运动线图（位移时间线图、速度时间线图、加速度时间线图）；（3）对所负责位置进行速度、加速度分析，列方程，作多边形；（4）对所负责位置进行受力分析，作受力多边形，求出2杆的平衡力矩Mb值；（5）设计凸轮轮廓；（6）飞轮转动惯量JF的计算;(7)绘制齿轮轮廓；（8）编写说明书。4. 经过一周半的努力，我胜利完成了以上任务。通过这次设计，我的综合能力得到了应有的提高，达到了预期的目的。这次设计，有着重要的意义。我不仅回顾了上学期所学知识，还懂得了各个机

3、构间可以相互配合使用，以实现我们想要的机械运动。在绘图的过程中，我发现了自己存在的问题，并及时更正。通过和同学讨论、合作，促进了同学间的交流。1第2和第18点的机构简图（见附图A1一张、A2两张）机械原理课程设计评阅书题目牛头刨床导杆机构的设计及运动分析学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日2 导杆机构的运动分析2.1 “2”点速度分析 取曲柄位置“2”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA3=VA2，其大小等于w2·lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。w2

4、=2n2/60 rad/s=2×3.1415926×6060=6.2831852 rad/sVA3=VA2=w2·lO2A=6.2831852×0.11m/s=0.691 m/s（O2A）lO4A=0.28m曲柄位置“2”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）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 VA4 =VA3 + VA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B字母 pa4 pa3 a3a4A点的速度分析图：µv=0.01(m/s)/mm，则由A1图纸上2点的速度图知， VA4=·v=0.63m

5、/s VA4A3=a3a4·v=25×0.01m/s=0.25m/s w4=VA4lO4A =2.25rad/s VB=w4×lO4B=1.22 m/s点的速度分析：µv=0.0(m/s)/mm，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得V C = V B + V CB大小 ? ?方向 O4A O2A O4B 字母 pc pb bc其速度多边形如A1图纸上2点的速度图所示，有 VC=lpc·v=1.22 m/s VCB= Lcb·v=0.0835m/s w5=VCBLcb =1.1364rad/s2.2 “2”点加速度分析取曲柄位置“2”

6、进行加速度分析,.取曲柄构件3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 A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 w42lO4A ? w22lO2A 2w4VA4 A3 ?方向 BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）字母 n n a4 a3 a3k k a4取加速度极为,加速度比例尺=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形如图A1图纸上2点的加速度多边形aA4n=w42lO4A=2.252×0.28=1.42 m/s2 aA4A3k=2w4VA4A3=2×2.25×0.25=1.12

7、5 a A4=a4·a=3.05 m/s2 a A4 = na4·a =2.75m/s2 = a A4lO4A =2.75/0.28=9.82rad/s2用加速度影象法求得a B4 = a A4 ×lO4B/lO4A=5.88m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC5= a B5 + aC5B5n + aC5B5大小 ? ?方向 xx CB BC字母 c b bc cc取加速度极点为P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,其加速度多边形如图15 故 aC5 =C·a =5.5m/s22.3 “18”速度分析 取曲柄位置“18”进行

8、速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA3=VA2，其大小等于w2·lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。w2=2n2/60 rad/s=2×3.1415926×6060=6.2831852 rad/sVA3=VA2=w2·lO2A=6.2831852×0.11m/s=0.691 m/s（O2A）lO4A=0.418m曲柄位置“18”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）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 VA4 =VA3 + VA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B字母 pa4

9、pa3 a3a4A点的速度分析图：µv=0.01(m/s)/mm，则由A1图纸上18点的速度图知， VA4=·v=0.33m/s VA4A3=a3a4·v=60.5×0.01m/s=0.605m/s w4=VA4lO4A =0.7895rad/s VB=w4×lO4B=0.426 m/s点的速度分析：µv=0.0(m/s)/mm，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得V C = V B + V CB大小 ? ?方向 O4A O2A O4B 字母 pc pb bc其速度多边形如A1图纸上18点的速度图所示，有 VC=lpc·v

10、=0.425 m/s VCB= Lcb·v=0.11m/s w5=VCBLcb =1rad/s2.4加速度分析取曲柄位置“18'”进行加速度分析,.取曲柄构件3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 A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 w42lO4A ? w22lO2A 2w4VA4 A3 ?方向 BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）字母 n n a4 a3 a3k k a4取加速度极为,加速度比例尺=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形如图A1图纸上18点的加速度多边形aA4n=w

11、42lO4A=0.78952×0.418=0.26 m/s2 aA4A3k=2w4VA4A3=2×0.7895×0.605=0.96 a A4=a4·a=2.8m/s2 a A4 = na4·a =2.85m/s2 = a A4lO4A =2.85/0.418=6.82rad/s2用加速度影象法求得a B4 = a A4 ×lO4B/lO4A=3.62m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC5= a B5 + aC5B5n + aC5B5;大小 ? ?方向 xx CB BC 字母 c b bc cc 取加速度极点为,加

12、速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,其加速度多边形如A1号图纸18点的加速度多边形故 aC5B5n= w52·lcb=0.09 m/s2 aC5 =C·a =3.525m/s23导杆机构的动态静力分析3.1 “2”动态静力分析取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。已知G6=700N，又ac=ac5=5.5m/s2,那么我们可以计算pI6=- G6/g×ac =-700/9.8×5.5=-392.9N 在“2”点没有切削阻力Fr,所以Fr=0 又F= Fr+G6+pI6+ N16 + N4

13、5=0，如图A1号图纸“2”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。µN=25N。 由5、6构件的力多边形可得： N45=400N N16=675N 分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示已知： N54=- N45 =400N，G4=200N 由此可得： Mi4s=-JS4·4=-1.1×9.82N·m= -10.8N·m对A点取矩得：MA=Pi4*lo4s4 cos28+G4lo4s4*sin5.5+ N54lo4b cos4- Mi4s lo4s4N23=(60*0.27cos28+200*0.27*s

14、in5.5+400*0.54cos4+10.8）-0.28N23=0代入数据， 得N23=800.5N 又 F=N45+ G4+FIs+ N23+ Pi4+N14=0,作力的3,4构件运动静力分析力的矢量图所示，µN=10N/mm。 3.2 曲柄平衡力矩分析 对曲柄2进行动态静力分析，作组力体图曲柄2进行动态静力分析所示， M= N23×0.11 cos 21=82.2N·m3.3 “18”点动态静力分析取“18”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。已知G6=700N，又ac=ac5=3.525m/s2,那么

15、我们可以计算pI6=- G6/g×ac =-700/9.8×3.525=-251.79N 在“18”点当刨刀切出时，没有切削阻力Fr,所以Fr=0 又F= Fr+G6+pI6+ N16 + N45=0，如图A1号图纸“18”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。µN=25N/mm。 由5、6构件的力多边形可得： N45=255N N16=675N 分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示已知： N54=- N45 =255N，G4=200N 由此可得： Mi4s=-JS4·4=-1.1×6.818N

16、3;m= -7.5N·m对A点取矩得：MA=Pi4*lo4s4 cos5+G4lo4s4*sin15+ N54lo4B cos11- Mi4s lo4s4N23=(58.67*0.27cos5+200*0.27*sin15+255*0.54cos11+7.5）-0.28N23=0代入数据， 得N23=376.6N 又 F=N45+ G4+FIs+ N23+ Pi4+N14=0,作力的3,4构件运动静力分析力的矢量图所示，µN=10N/mm。 3.4 曲柄平衡力矩分析 对曲柄18进行动态静力分析，作组力体图曲柄18进行动态静力分析所示，µN=10N/mm M= N2

17、3×0.11 cos 63=18.8N·m3.5 “18”点动态静力分析取“18”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。已知G6=700N，又ac=ac5=3.525m/s2,那么我们可以计算pI6=- G6/g×ac =-700/9.8×3.525=-251.79N 在“18”点当刨刀没 切出时，有切削阻力Fr,所以Fr=7000N 又F= Fr+G6+pI6+ N16 + N45=0，如图A1号图纸底部“18”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。µN=25N/mm。 由5、6构件的力多边

18、形可得： N45=6750N 分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示已知： N54=- N45 =-6750N，G4=200N 由此可得： Mi4s=-JS4·4=-1.1×6.818N·m= -7.5N·m对A点取矩得：MA=Pi4*lo4s4cos5+G4lo4s4*sin15+ N54lo4B cos11- Mi4slo4s4N23=(58.67*0.27cos5+200*0.27*sin15+6750*0.54cos11+7.5）-0.28N23=0代入数据， 得N23=-8506.6N 又 F=N45+

19、 G4+F14+ N23+ Pi4+N14=0,作力的3,4构件运动静力分力的矢量图所示，µN=10N/mm。 3.6曲柄平衡力矩分析 对曲柄18进行动态静力分析，作组力体图曲柄18进行动态静力分析所示，µN=10N/mm M= N23×0.11 cos 63=424.8N·m符号lO7Dmax a o o1o '单位 mm mm （ °） 数据125 .  15407510 75 4飞轮设计JF=900 Emax/2n2=0.32N·m2 （详细图解见A2图纸）  5凸轮机构的设计1、

20、设计数据： 依据上述运动方程绘制角位移、的关系曲线（见图纸）2、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。2.设计过程选取比例尺，作图l=1mm/mm。在推程过程中（由曲线得）（ °）（ °）000.8312.53.33257.537.511.675014.1762.51575（1）.选定凸轮转动中心O

21、2，选择图示比例后根据A2图纸上图解法确定的基圆半径r02=42mm做基圆。（2）.以O2为圆心，中心距d为半径作从动件回转中心的轨迹圆（运用反转法后从动件的转动中心O9将绕点O2反转）（3）.在轨迹圆上逆时针方向依次标出推程运在回程过程中（由曲线得）（ °）（ °）158514.16697.511.661107.5122.53.331350.83147.50160动角，远休止角，回程运动角及近休止角。其中推程角和回程角均按每份15度等分。得各等分点O91，O92 , O 93（4）.以起点O9和各等分点O 91,O92 ,O93.为圆心，lO9D为半径，做圆弧，分别与基圆交一点A,A1A2A3.（5）.分别以O 91A1,O92A2 ,O93A3为基准量取角度位移，使A1O91A1 A2O92A2 A3O93A3分别与其对应的摆角相等。得到A1A2A3（6）.光滑连接A,A1 ,A2 .A3.即得所求凸轮轮廓曲线。（具体图形见相对应的A2图纸）总 结 语通过本次课程设计，我对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知