机械原理课程设计(牛头刨床)

1、机械原理课程设计计算说明书设计题目： 牛头刨床设计 学校： _ 院（系）： 机械工程系 班级：_班 姓名： _学号： _指导教师： _时间：2月30日至6月12日 共两周 2012年2月21日前言机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。其基本目的在于：（）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设计有一较完整的概念。（）使学生得到拟定运动方案的训

2、练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。（）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。（5）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题能力和创新能力。机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、飞轮机构凸轮机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮；或对各机构进行运动分析。目录：1、 课程设计任务书2 (1)工作原理及工艺动作过程 2(2)原始数据及设计要求 3 2、 设计（计算）说明书3（1）画机构的运动简图 3（2）机构运动分析6对位置11点进行速度分析和加速度分析6对位置7点

3、进行速度分析和加速度分析8（3）对位置7点进行动态静力分析113、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计124、参考文献 165、心得体会166、附件17一、课程设计任务书1. 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时, 如图(1-1）所示，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；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。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。切削阻力如图(b）所示。O2AO4xys6s

4、3Xs6CBYs6234567n2FrYFr图（1-1）2原始数据及设计要求设计内容导杆机构的运动分析符号n2单位r/minmm方案II64350905800.30.520050已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。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。二、设计说明书(详情见A1图纸) 1画机构的运动简图1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：取1和8为工作行程起点和终点所

5、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方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。取第方案的第11位置和第7位置（如下图）。、机构运动分析（1）曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2lO2A=6.7020.09m/s=0.603m/s（O2A）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 A4=A3

6、+A4A3大小 ? ?方向 O4B O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2图1-2取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C=B+CB大小 ? ?方向 XX(向右) O4B BC取速度极点P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。Pb=P a4O4B/ O4A=68.2 mm则由图1-2知， C=PCv=0.68m/s 加速度分析：取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.702rad/s, =22lO2A=6.70220.09

7、m/s2=4.042m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3v大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?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,=42lO4A=0.041 m/s2 aA4A3K=24A4 A3=0.417 m/s2aA3n=4.043 m/s2作加速度多边形如图1-3所示图3则由图1-3知, 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac= aB+ acBn+ a cB大小 ? ?方向导轨 CB

8、 BC由其加速度多边形如图13所示,有ac =p ca =3.925m/s2（2）曲柄位置“7”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“7”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“”。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A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4B O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。图4Pb=P a4O4B/ O4A=39.3 mm则由图1-4知，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5+C5B5大小 ? ?方向导轨(向右) O4B BC其速度多边形如图1-4所示，有

9、C=PCv=3.75m/s 取曲柄位置“7”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.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 ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?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则由图15知， =42lO4A=0.176 m/s2 aA4A3K=24A4 A3=0.718 m/s2aA3n=4.043 m/s2用加速度影象法求得a B =

10、a A4 lO4B/lO4A=4.35m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC = aB+ aCBn+ aCB大小 ? ?方向 导轨 CB BC其加速度多边形如图15所示，有aC = pCa = 4.3m/s2、机构动态静力分析取“7”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作,组示力体如图16所示。图16已知G6=800N，又ac= 4.3m/s2,可以计算i6=- （G6/g）ac =-（800/9.8）4.3=-351N 又F=P+G6+Pi6+N45+N16=0，作为多边行如图1-7所示，N=80N/mm。图1-7由图1-7力多边形可得： N45,N16 分离2，3

11、构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，在图中，由三力汇交定理得：图1-8代入数据， 得N23=12720N 作力的多边形如图1-9所示，N=80N/mm。 图1-9 对曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图1-10所示， 图1-10三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见A3图纸）（一）已知条件、要求及设计数据1、已知：摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角，远休止角s，回程运动角，如图8所示，摆杆长度lO9D，最大摆角max，许用压力角（见下表）；凸轮与曲柄共轴。2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径T，画出凸轮实际廓线。3、设计数据：设计内容符号数据单位凸轮机构

12、设计max15lOqD135mm3870S10 70r045mmlO2O9150mm（二）设计过程选取比例尺，作图l=1mm/mm。1、取任意一点O2为圆心，以作r0=45mm基圆；2、再以O2为圆心，以lO2O9/l=150mm为半径作转轴圆；3、在转轴圆上O2右下方任取一点O9;4、以O9为圆心，以lOqD/l=135mm为半径画弧与基圆交于D点。O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6对推程段等分、11.6对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用A进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再

13、反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（可记为A点）；以A点位圆心，任选较小的半径r作圆交于廓线上的B、C点；分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G四个点处，如下图9所示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径；此次设计中，凸轮理论廓线

14、的最小曲率半径 。图9（2）凸轮滚子半径的选择（rT）凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：几何因素应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 15mm。对于凸轮的凸曲线处，对于凸轮的凹轮廓线（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式：；力学因素滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取及。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为rT=15mm。得到凸轮实际廓线，如图10所示。 图10四、参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编六版北京2006.52、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编六版北京2002.83、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编北京1986.10五、心得体会通过本次课程设计，加深了我对机械原理这门课程的理解，同时我也对机械运动学和