机械原理课程设计指导书2012.doc

机械原理课程设计指导书 一、机械原理课程设计的目的与任务1、课程设计的目的机械原理课程设计是继机械原理课程之后独立的设计课程。其目的是进一步加深学生对所学知识的理解。使学生对于机构分析与综合的基本理论、基本方法有一个系统的完整的概念，培养学生综合运用所学知识独立解决机构设计问题的能力和使用计算机解决工程技术问题的能力。同时培养学生的创新精神。2、课程设计题目牛头刨床机构的设计3、课程设计的任务课程设计的任务是根据要求拟定和论证机器的主体机构的设计方案，并对选定方案进行运动分析，确定飞轮转动惯量，对进给凸轮机构和齿轮机构进行设计计算，最后完成设计图纸，设计说明书（16开纸），打印计算结果和图表结果。课程设计包括，主体机构设计，凸轮机构设计，齿轮机构设计三个部分。主体机构由学生自定设计方案，进给凸轮机构和齿轮机构采用统一设计方案。4、课程设计的准备和注意事项在课程设计前要阅读指导书，复习有关课程内容，拟定主体机构的设计方案前要查阅有关资料，了解各种机构及其使用场合。二、主体机构设计 图1 牛头刨床机构 图2 切削力主体机构是指实现刨刀往复运动（主运动）的传动机构，设计方案由学生在作方案比较和论证的基础上自选。1、主体运动的运动要求和动力要求（1）刨刀工作行程要求速度比较平稳，空回行程时刨刀快速退回，机构行程速比系数在1.3-1.5之间。（2）刨刀行程H=300mm或H=150mm。曲柄转速、切削力、许用传动角等见表1，每人选取其中一组数据。表1 切削力P和许用传动角No.【学号除以4的余数】曲柄转速n(r/min)H=300mm【1001班使用】切削力P(N) 许用传动角H=150mm【1002班使用】切削力P(N) 许用传动角060700050400045164900050500045272800050450045375800050450045（3）切削力P大小及变化规律如图2所示，在切削行程的两端留出一点空程。具体数据由表1选定。2、设计要求在满足运动要求和动力要求的条件下，每人拟出2个设计方案。确定每个方案的机构尺寸，绘出机构运动简图，并对每个方案进行运动分析，在此基础上对所拟定方案的各种性能进行多方面的分析和比较，从而选定一个比较合理的设计方案，最后对选定的方案用图解法作一个一般位置的运动分析，包括机构运动简图，速度，加速度矢量图，一起画在1号图纸上。3、主体机构设计可在以下几种方案中选择，也可以自己提出运动方案。A、摆动导杆机构与摇杆滑块机构组合B、转动导杆机构与对心曲柄滑块机构组合C、偏置曲柄滑块机构D、曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构组合E、双曲柄机构与对心曲柄滑块机构组合F、摆动导杆机构与齿轮齿条机构组合G、摆动从动件凸轮机构与摇杆滑块机构组合4、为便于对机构尺寸进行修正，可以编制通用程序或使用CAI软件，计算的内容包括：刨刀的位移s，速度v，加速度a，主要构件的角位移，角速度和角加速度，并用计算机绘出刨刀的位移线图，速度线图和加速度线图。5、设计方案的比较和论证对于提出的两种设计方案要进行比较和论证，选出一个较好的方案。可从以下几方面进行比较A、刨刀的行程、行程速比系数和最小传动角是否满足要求。B、刨刀工作行程的运动平稳性，最大速度值和最大加速度值。C、结构的复杂程度，如构件的数量，连架杆的复杂程度（如单支撑、双支撑等）。D、加工工艺的难易，加工费用的高低和装配工艺的难易等。E、最大轮廓尺寸和重量的大小，材料费用的高低。F、工作可靠性和耐久性。G、机构平衡的难易。6、飞轮转动惯量的确定在对主体机构作运动分析的基础上，在满足运转不均匀系数=0.15的条件下，用简化计算方法确定飞轮的转动惯量。选取主体机构的曲柄为等效构件，作用在曲柄上的驱动力矩Md为常量，生产阻力为切削力P，飞轮安装在曲柄轴上，要求计算等效构件1012个等分位置及切削起始点和终点的等效阻力矩，并在图纸上绘制等效阻力矩Mr（）和等效驱动力矩Md（）线图（为曲柄的角位置），再绘制等效力矩作功线图，从而求得最大盈亏功，用简化计算方法确定飞轮转动惯量JF8、图纸上应包括机构运动简图，速度和加速度运动分析矢量图，机构运动分析的位置，速度，加速度线图，等效阻力矩、驱动力矩线图，等效阻力矩作功及等效驱动力矩作功图。三、进给凸轮机构设计推程 回程图3 凸轮机构尺寸1、设计方案进给机构采用如图1、3所示的凸轮机构铰链四杆机构棘轮机构螺旋机构的设计方案。课程设计只进行凸轮机构综合，凸轮机构为摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮安装在主体机构的曲柄轴上，与曲柄一起作顺时针转动，其工作循环为升停降停四个行程。对应的凸轮行程运动角为01、02、03 和04。推程许用压力角为回程许用压力角为，推程最大摆角为max，摆杆长度为L，参考设计数据见表2，每人选取一组数据。表2 凸轮机构设计数据 No.【学号除以3的余数】 m a x L（mm）H=300mm H=150mm 1 15 125 65 35 60 2 15 135 70 38 65 3 15 130 70 42 70从动件在推程和回程中的运动规律及各行程的运动角均由学生自定。2、设计要求根据机器的工作情况选择适当的推杆运动规律。绘制刨刀运动与工作台进给运动相互协调的工作循环图，根据工作循环图确定凸轮各行程的运动角（上停程0210），并在满足压力角条件和最小曲率半径条件下确定基圆半径，滚子半径、凸轮转动中心与推杆中心间的中心距。可以用凸轮CAI软件确定凸轮的基圆半径及各部分尺寸，并用计算机绘制凸轮的廓线图和机构简图。也可以用图解法在图纸上绘制推杆运动线图和包括理论廓线与实际廓线的凸轮机构图。 进给凸轮机构速度低，且对运动规律无特殊要求，但为了提高使用寿命，应在考虑加工容易的同时，适当改善其动力特性，合理地选择推杆的运动规律。机器的工作循环图画在说明书中，由此确定凸轮各行程的起始角度位置与行程运动角的大小推程的凸轮运动角不可选得太小，否则将增大凸轮的尺寸，降低动力性能，一般可取7080，上停程运动角建议取10，回程时推杆也不可回得太快，一般回程运动角03 与01 接近或稍小些，其余为下停程。在说明书中必须说明与凸轮推程的起始点相对应的主体机构曲柄的角位置，注意在切削时不可以进给。3、凸轮机构设计采用图解法，可由表2确定摆杆长度L，再用CAI软件确定凸轮的基圆半径及中心距，使凸轮廓线不失真，且满足压力角条件，滚子半径等条件。然后打印出凸轮的位移、速度、加速度线图，凸轮的理论廓线、实际廓线图。推杆运动线图要求按比例绘出整个循环的运动线图（下停程可省）。绘图时每个行程的凸轮运动角分为810等分，采取适当比例尺，可以近似用弦长代替弧长即代替角度。为方便起见，可将联接凸轮中心与推杆转动中心的中心线置于水平位置，然后画出基圆和理论廓线，并在理论廓线的曲率半径最小处，画出理论廓线的最小曲率半径并按以下关系确定滚子半径rf：rfmi n-3（mm）或rf0.8mi n（mm）确定了滚子半径后，就可绘出凸轮的实际廓线. 四、齿轮机构设计1、设计要求齿轮传动机构采用图1所示的设计方案，运动由电机输入，经皮带轮d1、d2及齿轮，Z1，Z2 及Z3，Z4，驱动主体机构的曲柄转动。电机转速，皮带轮直径以及齿轮的模数见表3。表3 齿轮机构设计有关参数行程H（mm）d1d2m2（Z3Z4）m1（Z1Z2）电机转速（r/mi n）3001003006（mm）3.5（mm）1440150902503（mm）2（mm）1440齿轮1，2采用标准齿轮，齿轮3，4由于受力较大，拟采用正传动。啮合角建议在2225之间选取。2、设计方法、过程根据电机转速和曲柄转速以及皮带轮直径，算出两级齿轮传动的总传动比，再按传动比先小后大的原则分配两级传动比的大小。选择齿数时，为避免根切，一般应满足小齿轮的齿数大于18。求出x=x3+x4, y, y。按小齿轮变位系数大，大齿轮变位系数小，或为零的原则分配变位系数x3 ，x4，最后给出所有四个齿轮的尺寸并校核1。注意当大齿轮的变位系数选择为零时，