牛头刨床机械原理课程设计方案一位置9和位置

1、牛头刨床机械原理课程设计方案一位置9和位置4(总2页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 1CAL本页仅作为文档封面，使用请直接删除课程设计说明书学院：_xxxxxxxxxxxxxxx_ 班 级：XXXXXXXXXXXXX学生姓名：XXX学 号：XXXXXXXXXXX设 计地点（单位）XXXXXXXXXXXXXXXXXX _设计题目：牛头刨床完成日期：2015年7月10 B成绩（五级记分制）:_ _教师签名:设计数据1、概 述牛头刨床简介3运动方案分析与选择42、导杆机构的运动分析位置4的速度分析6位置4的加速度分析7位置9的速度分析11位置9的加速度分析123

2、、导杆机构的动态静力分析位置4的惯性力计算15杆组5, 6的动态静力分析15杆组的动态静力分析16平衡力矩的计算 174、飞轮机构设计驱动力矩19等效转动惯量19飞轮转动惯量205、凸轮机构设计226、齿轮机构设计261概述一、机构机械原理课程设计的L1的：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。其基本U的在 于：（1 ）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。（2 ）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。（3）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型

3、与组合以及确 定传动方案的能力。（4 ）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。二、机械原理课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮 机构以及其他机构）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、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求学生根据 设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。三、械原理课程设计的方法：机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法儿何概念较清晰、 直观；解析法精度较高。根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。牛头刨床的简介一.机构简介：

4、机构简图如下所示:牛头刨床机构简图工作台牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。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，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，称空回行程，此 时要求速度较高，以提高生产效率。因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。刨刀 每切削完成一次，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。运动方案分析与选择运动机构简

5、图方案分析：1. 机构具有确定运动.自由度为 F二3n- (2P1+PJ 二3 X 5- (2 X 7+0)二 1;2. 通过曲柄带动摆杆导杆机构和滑块使创刀往复运动，实现切削功能，能满足功能要 求.3. 工作性能，工作行程中刨刀速度较慢，变化平缓,符合切削要求，摆动导杆机构使其 有急回作用，可满足任意行程速比系数k的要求；4. 传递性能，机构传动转角为90°，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长, 传动间隙较大；5. 动力性能，传动平稳,冲击震动较小6. 结构和理性,结构简单合理，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易7. 经济性，无特殊工艺和设备要求，成本较低.综上所述，选

6、该方案.2.导杆机构的运动分析（位置4号和9号）（选择方案一）设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n：Lo2O1LozaLoibLbcXs6Ys6GqG6PYpJsi单位r/minmmNmmkgm2方I60380110540LoibLoib24050200700700080案II6435090580LoibLoib20050220800900080III72430110810LoibLoib180402206208000100计算结果位置4的速度分析数据：n2=60r/min, L0204=380mm, L02A=110mm, L04B=540mm, LBC=, L04S4=

7、对位置2：选取尺寸比例尺u l=2m/mm,作机构运动简图。ILo4A=Va2= m./sLo4A=速度分析：取构件3和4的重合点(A2, A3, A4)进行速度分析。 对构件 2： Va2=o2 L02A= (60X2 n ) /= m/s对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，VA3二VA2二m/s 对构件 4: VA4=VA3+VA4A3大小：方向：丄AO】丄AO：a3VA4=Sd4 = rad/sVA4A3=sVb4= m/ssrad/sVA4A3=sVbi = ©4 X Lo4b=：= m/sVbs = VBl=s对构件 4: VC5二VB5+VC5B5大小：方向：VC5

8、=SaA2= m/s2aA3= m/s2a aia3 = m/ s©4二亦厶04 二細二S?aA4= m/s aA4= 0. m/s2 勺仁S?a 4=a01Afl £5=0. /s2,作加速度多边形如上图所示。得:aA4- S2 , aA4=s2用加速度影象法求得a 1= a aVIoia 二o./二“/ J&B5 = 3-B1 二&A4 LoiB/Lo iA=S?对构件 5： : dc5= &B5 +&C5B5n+&C5B5大小：vV方向：xxVC-B丄 CB取加速度极点p',加速度比例尺pa二(m/s2 ) /mmo 作

9、加速度多边形如上图所示。得：a C 5=0. /s2,Q 心 C5=0. /s2运动线图10000.05000.0(buo=2a_g:v0.0(n_ME<4Current-50DD.0 -Time (sec)-10000.0 4- 00091.0Time (sec)(JQ»5AJUE).e20w>m/sVc5=0. m/saA2= m/s2aA3= m/s2位置9的速度分析数据：n2=60r/min, L0204=380mm, L02A=110mm, L04B=540mm, LBC=, L04S4= 对位置4：选取尺寸比例尺u l=2m/mm,作机构运动简图。I速度分析：

10、取构件3和4的重合点(A2, A3, A4)进行速度分析。 对构件 2： Va2= 2 L02A= (60X2 n ) /二s对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，VA3二VA2二m/s 对构件 4: VA4二VA3+VA4A3大小： J方向：丄AO丄AO：m/sa AIA3 =S巧FSaA4=S2 aA4=s2a 二说 s：Qb5=S2g C5二8. m/s2,Vbs = VB4=s对构件 4: VC6二VB5+VC6B6大小: 方向：3、导杆机构的动态静力分析(位置4号)R23 一数据：G4=200N, G6=700Nf P=7000N, Jsi=位置2：对各构件进行受力分析，按静定条

11、件将机构分解为两个基本杆组及作用有 未知平衡力的构件2,并有杆组进行分析。位置2的惯性力计算对构件 4:惯性力 Fi4=mi a«二(G4/g) a«=200/*=,对构件6:惯性力Fieme二(&/g)呛二700/*0.二，杆组5, 6的动态静力分析示力体力多边形乂 SF=P+G6+FI6+FR15+FR16=0,作为多边行如图所示，人二20N/mnu 由力多边形可得：Fr45二Fr45 * Py=10*=Fri6= FR16 Py=10*=杆组3, 4的动态静力分析示力体如下图Ill 2F=0,作力的多边形如上图所示,人二20N/mm。 得：Frl4=Fri：=

12、 Fr32= Fr£3 二平衡力矩的计算在右图中，对。2点取矩得：Fr32Frl2SM o2=*0.=虚位移原理所有外力的功率和为o, Np+N16+N&l+Ni4+NM=0Np二 P| Vc|cosl80° 二-7000*二Ni6= Fi6 I Vc I cos 180° =*=Ngi二 GVb cos93. °二*200*二-4.Ni4= | Fi41 | Vi41 ° 二*0*二-4.Nm 二 Mb 3 2把数据代入上式，得平衡力矩呱二4、飞轮机构的设计:以曲柄为等效构件，求系统的等效转动惯量Je （不能忽略不计）。再根 据不均匀

13、系数求JF.符号J5:J®J (TJ (T单位r/minkg m2数值1440102040驱动力矩收集同学数据（共12个平衡力矩，即J仙），获得如下图形1r23456?r7 '89101112Mer0437.73461.9727.8841.182113713. <5477.69-20.17405.73-5.41061.7794.79-72.19等效阻抗力矩Mer （）图和等效驱动力矩Med （）图389请話瞬證圈爺關鬧阳潞碍證常盍冷闊辟瞬鬧牒證駝烧B8a»；8iaiginiii»8g»；8iMna!iimigi 求得：Med=389N*m等

14、效转动惯量* (几JQ4人(n； /曲也 dQ又 rWV 二60/1440川/ /n/ W /doz =300/100, n/ /n01=z/ /V =10/20,比=133 3 kg ni2飞轮转动惯量由图可得：AWab 二-60J, AWbc=985J, AWcd=950J,最大盈亏功 Wmax=985J飞轮等效转动惯量JF=9OOAWmax/(nh*8)- je 二900*985/ ( n 2*60:*二(kg m2)E轮转动惯量jF=(kg m')5凸轮机构设计设计过程选取比例尺，作图U I=lmm/mmo1、推程：找取任意一点为09,设摆杆任一位置O9A,在其上截取 13（1

15、为摆杆长度，B为推程类角速度，B>0）过点作与的及其延长线 夹角为推程许用传动角丫的一对射线K （左下方）、L （右下方）所夹 角域Z盘亿的0：A。方位线以下部分（阴影区域）。摆杆推程中有无数个位 置，固有无数对射线、Z分别构成连续射线族K、L以及连续角域族 ZA7Q。整个推程满足Y $ 丫条件的凸轮轴心容许选取区域一一无数 个连续角域族ZKHL的公共交集一一SHD °2、回程：摆杆任一位置0詛，在其上截取AA-IB' （1为摆杆长度，为回程类角速度， 0）过点/作与A7及其延长线夹角为推程许 用传动角Yh的一对射线M、N,即有Z180° -丫 。 此位置满足

16、Y$Yh，条件的凸轮轴心许用区域M （右下方）、N （左下 方）所夹角域ZMJN的0凶方位线的以下部分（阴影区域）。同理，射线 摆杆推程中有无数个位置，固有无数对射线必、艸分别构成连续射线族 M、N以及连续角域族Zm 0整个推程满足丫 2丫条件的凸轮轴 心容许选取区域一一无数个连续角域族Zm 的公共交集一一Z必別 oe 二2 心8;&= 4 二 d（f>/dt- 4 e运 § 叫/ §； = s/-R9 = 0戈/2）P = </>- d（l）ldt- 4（Kn（ ；） W, / 6=9 =叭/26）把推程角6等分，并列出对应的摆角：表位置1234

17、567J (° )02550750 (° )0d 0/dt00.0.0等加速回程：e二巾十心62/6'；B 7 二 d（f）idt- -4（!辱：6 w，J 5=（ /-85/180* 兀）（5=O&/2）85/180* n等减速回程：“二（ 5-85/180*兀丿7L 二仏/2二3'。-3-85/180*31 丿 / 。=385/180* H）ji(5 =玄/2垃)位置891011121314J (° )851101351600（°）1500-o.-o.0综上所述，整程（推程和回程）一一满足y$y、Y$Yh条件的 凸轮轴心容许选

18、取区域ZW n Z'Vo 丫二yr,所以可以确定 04位置和最小基圆半径为，0:09长度为。如下图。3、再以0：为圆心，以1曲/in二为半径作转轴圆；取一点为（V4、以。9为圆心，以1 o,d/ i=125mm为半径画弧与基圆交于一点。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岀推程、 远休、回程、近休，这四个阶段。再以。对推程段等分、。对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用数字进行标记，于是得到了转轴圆上 的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个 位置为起始位置，用反转法把摆杆的相应位置肖画出来，这样就得到了凸 轮理论廓线上的一系

19、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久十 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，如下图所 示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于0点，则0 点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径久肿丙；此次设计中， 凸轮理论廓线的最小曲率半径几加oF（2）凸轮滚子半径的选择（“）凸轮滚子半径的确定可从两个方向考

20、虑：几何因素一一应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于5mm。对于凸轮的凸曲线处P = Pc _ 5，对于凸轮的凹轮廓线p = pcr.r （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：p = pmm - rT >5=>rT < pmm-5 = 22nvn ;力学因素一一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G =（0.1-0.5比及4.5v/y <22.5?。综合这两方面的考虑，选择滚子半 径为 rT=15nmio得到凸轮实际廓线，如下图所示。10斗7bc

21、列表项目数据（mm）2o厶209PninrT15R：6.齿轮机构的设计已知电动机、曲柄的转速n、n-皮带轮直径d、d-某些齿轮的齿数(TOOz,模数m。分度圆压力角G；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。要求 计算齿轮Z2的齿数，选择齿轮副z厂Z2的变位系数，计算这对齿轮的 各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。步骤：(1)首先根据已知的条件求出S的齿数。£由 i。，。=d。，,d。，= n。，/n。=1440/n。，得 n。=480i。士n。,n2=Z2*z/Z。Zi=480/60=z2*40/20*10=&得出：z,=40对小齿轮实行正变位，对大齿轮实行负变位，且是等变位，经计算并分析后取变位系 数 x,= -x2 =再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下：节圆直径 d! =m12*-,=6*10 = 60mmd 2 二血也 2 二 6*40 二240mm基圆半径rM=r1*cos20 =r?)2= r,*cos20 =齿顶高 hfll=(h；+x) m12=(l+*6=9mmh“2二(h： x) m2二*6二3mm齿根高 hzl = ( h*+c*-x)mI2=(l+h/2 = ( h；+c*+x)ml