机械原理课程设计牛头刨床主传动机构设计

《机械原理》课程设计1一、机械原理课程设计概述2目的巩固理论知识，培养实践能力，建立工程观念，初步具备机械运动方案设计的能力任务根据题目进行机械运动方案分析、运动分析、动态静力分析，并对机构进行运动设计。最终提交：图纸、计算程序及设计说明书。方法进行机械运动方案设计，绘出相应的机构运动简图，综合运用教材中各有关章节的分析方法。设计题目：刨床主传动机构设计注意：在工作行程的前5％和后5％两个阶段是没有切削力的。3设计要求4

功能上要求:(1)电机连续回转，而刨头往复移动，因此需要将旋转运动转化为直线运动；(2)电机的高速转动降低为刨头的较低速移动，需要减速；(3)在刨头工作过程中，切削阻力变化较大，需要调节速度波动；(4)刨头切削时还需要实现进给运动。

性能上要求:(1)在工作行程时，要速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；(2)在回程时速度要高，提高生产率。因此需要有

一定的急回运动。另外要求机构传动性能良好，结构紧凑。设计参数方案导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4xS6yS6G4G6PypJS4r/minmmNmmkg.m21603801105400.25

lO4B0.5lO4B240502007007000801.1264350905800.3

lO4B0.5lO4B200502208009000801.23724301108100.36

lO4B0.5lO4B1804022062080001001.25方案飞轮转动惯量的确定凸轮机构设计δnO’z1zO’z1’JO2JO1JO"JO’ψmaxlO9D[α]ФФsФ’r/minKg.m2ommo10.1514401020400.50.30.20.2151254075107520.1514401316400.50.40.250.2151353870107030.1614401519500.50.30.20.21513042751065表3-1设计的相关参数设计任务6

完成实现所要求功能的方案分析，至少提出三种方案，并绘制三种方案的机构运动简图，并对不同方案进行评价

用图解法对给定的位置实现运动分析和力分析用解析法实现机构的运动学分析用图解法设计凸轮机构

提交：A1图纸1张，A3图纸1张，计算机源程序1份，设计说明书1份。方案一的运动分析及评价（1）运动是否具有确定的运动该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中Pl=6,Ph=1.凸轮和转子、2杆组成运动副中有一个局部自由度，即F"=1。机构中不存在虚约束。.由以上条件可知：机构的自由度

F=3n-(2Pl+Ph-p")-F"=1机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。（2）机构传动功能的实现在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。通过连杆3推动滑块4运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。（3）主传动机构的工作性能凸轮1

的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1

随着角速度转动时，连杆3也随着杆2

的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。（4）机构的传力性能要实现机构的往返运动，必须在凸轮1

和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。但是在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。杆2回受到弯力，因此对于杆2

的弯曲强度有较高的要求。同时，转子与凸轮1

的运动副为高副，受到的压强较大。所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。（5）机构的动力性能分析。由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的寿命。所以在设计使用的过程中应处理好机械的震动问题，可以增加飞轮减少机械的震动，以免造成不必要的损失和危险。（6）机构的合理性此机构使用凸轮和四连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。同时，机构的尺寸要把握好，如杆2太长的话，弯曲变形就会很大，使杆2承受不了载荷而压断，如果太短的话，就不能有效的传递凸轮1

的作用力和速度。同时。凸轮具有不平衡性，在设计中尽量使凸轮的重量小一些，减小因为凸轮引起的整个机构的不平衡和机器的震动。（7）机构的经济性该机构使用的连杆和凸轮都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染；凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。§3.2方案二3.2.1方案二的设计图3.2.2方案二的运动分析和评价（1）运动是否具有确定的运动任务1：方案分析运动是否具有确定的运动机构传动功能的实现主传动机构的工作性能机构的传力性能机构的动力性能分析机构的合理性机构的经济性7任务2：运动分析之机构运动简图8运动分析之速度分析(图解法)以第一组数据第6个分析位置为例，计算得A点速度为：vA=

2l2=0.69m/s，取速度比例尺

v=0.023m/s/mm。有如下矢量方程成立：量得lpC=28.49mm,可得C点速度为vC=vlpC＝0.655m/s9B点角速度为wb=1.232，A4点法向加速度为wb^2*lo4A4=0.708m/s^2,科氏加速度2*wb*va4a3=0.951m/s^2,相对加速度acb_n=0.0854m/s^2运动分析之加速度分析(图解法)2

2计算得A点加速度为：aA=

2l

=4.343m/s2，取加速度比例尺

a=0.1m/s2/mm。有如下矢量方程成立：量得lpC=17.5mm,可得C点加速度为aC=alpC＝-1.75m/s2CB10动态静力分析(图解法,不考虑摩擦)计算刨头惯性力为：F

=-Ga=70×1.75=122.5N，取力比例尺

F=50N/mm。按基本杆组分析如下11动态静力分析(RRP杆组)由图量得lFR45＝142.5mm，即拉力FR45＝7125N。对于该杆组，对杆4对5的拉力FR45，刨头的惯性力

FI6，床身对刨头的支持力N，刨头的重力G6，切削阻力P，且满足FR

45

+

FI6

+

P

+

G

6

+N=012As4=0.857m/s^2,Alf4=3.15rad/s^2,动态静力分析(RPR杆组)对于该杆组，对杆5对4的拉力FR54=FR45，杆2对滑块

3的作用力FR23，杆4的惯性力FI4，惯性力矩为M4，机架对4的作用力可分解为FR14x和FR14y，其中13将惯性力矩等效到惯性力上，偏距h

=184mm。在上述力的作用下，RPR杆组保持动态静力平衡，可作出其受力图。As4=0.95m/s^2,Alf4=3.15rad/s^2,动态静力分析(RPR杆组)如下图，对O4点取矩，可计算出FR23由左图可求得

FR23＝N，由右图可得出驱动力矩Mb=FR32×l1=N.m14任务3：运动分析之程序设计要点15

首先对机构的杆组进行分析，可知该机构是由一个原动件加两个二级组RPR和RRP构成

对原动件和二级组进行运动分析，并写出子程序(在设计指导书中已提供)

将各子程序进行拼装后调试，来获得机构在各个位置的运动参数(主程序，需自己完成)

主要搞清楚程序应用时各构件和运动副编号在程序中的意义程序设计语言不限主程序基本格式%DivPt是计算点数%Void

main(){…%基本变量定义程序段%for(ii=0;ii<=DivPt;ii++){%调用%F[1]=AddAngle[Index]*p1+ii*(-30)*p1; %计算起始角Mcrank(1,1,1,2,0);

%调用曲柄计算子程序%Mrpr(2,3,5,2,2,4,3,1,Res);组子程序%F[6]=0;RPR与RRP组角度关系%Mrrp(4,5,3,5