机械原理课程设计

1、 机械原理课程设计说明书 课题名称：牛头刨床主传动机构设计学 院：机电工程学院专业班级：学 号： 学 生： 指导老师： 2015年6月30日目 录一、课程设计任务书.3二、摘要及关键词.5三、工作循环图的拟定.5四、执行机构的选择和评价.5五、机械传动系统设计计算.6六、机械运动简图的绘制.6七、机构运动分析.9八、动态静力分析分析.9九、凸轮机构的设计.13十、心得体会.14十一、参考文献.14一、课程设计任务书 牛头刨床主传动机构分析与设计1.工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置（带和齿轮传动）带动

2、执行机构（导杆机构和凸轮机构），完成刨刀的往复运动和间歇移动。工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时。刨刀要快速退回，即要有急回作用。2.设计要求 电动机轴与曲柄轴平行，刨刀刀刃点kl E和铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2的转速偏差为5%。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速、等减速运动，执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护，按小批量生产规模设计。（可选择）3.设计数据设计数据如下表所示12345678910导杆机构运动分析转速 （r/min）4849

3、5052504847556056机架/mm380350430360370400390410380370工作行程/mm310300400330380250390310310320行程速比系数K1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48连杆与导杆之比0.250.300.360.330.300.320.330.250.280.26导杆机构动态静力分析工作阻力/N4500460038004000410052004200400060005500导杆质量20202220222426282622滑块质量70708080809080708060导杆4质心转动惯量1.11.

4、11.21.21.21.31.21.11.21.2凸轮机构设计从动件最大摆角从动件杆长125135130122123124126128130132许用压力角40384245434441404245推程运动角75706560707565607274远休止角10101010101010101010回程运动角757065607075656072744.设计内容及工作量（1）根据牛头刨床的工作原理，拟定其执行机构，可拟定多种机构并对这些机构作对比分析。（2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。（3）导杆机构的运动分析。选取运动中某一位置作为分析的重点，要求进行速度、加

5、速度分析，并确定速度、加速度、角加速度、角速度等参量的数值。并将分析结果和步骤写在设计说明书中。（4）导杆机构的动态静力分析。确定某一位置各运动副反力的数值。并将分析结果和步骤写在设计说明书中。（5）凸轮机构设计。根据给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸，并将运算结果写在说明书中。（6）编写设计说明书一份，包括设计任务，设计参数，设计计算过程等。5.建议设计步骤及成果上交1） 根据工艺动作顺序和协调要求进行机械运动方案的评价和选择。2） 根据选定的电机和执行机构的运动参数拟订机械传动方案。3） 画出机械运动方案示意图。4） 对机械系统和执行机构进行尺寸设计。5） 对往复运动机构进行运动分析，确定

6、速度、加速度、角加速度、角速度等参量的数值。6） 导杆机构的动态静力分析。确定某一位置各运动副反力的数值。7） 编写设计说明书。（用16K纸张，封面用标准格式）2、 摘要关键词：3、 工作循环图的拟定1. 工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置（带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构），完成刨刀的往复运动和间歇移动。工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时。刨刀要快速退回，即要有急回作用。2.工艺动作分析及工作循环图 由使用功能描述可知，牛头刨床在加工平面时有两个工艺动作协调完成， 即刨刀每切削一次，工

7、作台沿着刨刀运动的水平垂直方向移动5mm以及工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向的移动。根据牛头刨床的工艺动作分析，选定执行构件刨刀头作为参考构件，据此，可以画出牛头刨床的运动循环图。刨头工作行程空回行程工作台停止进给进给停止 曲柄转角 0° 90° 180° 270° 360°四、执行机构的选择和评价1.执行机构的选择 刀具的往复直线移动可采用连杆机构、凸轮机构、齿轮齿条、组合机构等；间歇运动可选择连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。2.执行机构方案的评价对上述两执行机构，作其形态学矩阵，可得到很多方案。如：刀具的往复直线移动连杆

8、凸轮凸轮连杆凸轮齿轮间歇运动连杆凸轮棘轮齿轮机械运动方案是由若干个执行机构组成的。在方案设计阶段，对单一机构的选型或整个机械运动方案的选择都应建立合理的、有效的评价指标。从机构和机械运动方案的选择和评定的要求来看，主要应满足五个方面的性能指标。性能指标具体内容机构的功能1）运动规律的型式；2）传动精确高低机构的工作性能1）应用范围；2）可调试；3）运转速度；4）承载能力机构的动力性能1）加速度峰值；2）噪声；3）耐磨性；4）可靠性经济性1）制造难易；2）制造误差敏感度；3）调整方便性；能耗大小结构紧凑1）尺寸；2）重量；3）结构复杂性结合这些性能指标及下面的相关计算，我们不难发现：刀具的往复直

9、线运动如果只选择连杆机构或凸轮机构来执行，会使运动不连续，不平稳，只有选择凸轮连杆机构来执行，才能具有良好的可调试性、调整方便性和传动精确性。同理，工作台的间歇运动可以选择凸轮机构或齿轮机构来执行。5、 机械传动系统设计计算（采用第10组数据）由J=ml²得： JS4=m4lO4B代入数据易求得: lO4B=1279mm由lBC=0.26lO4B得： lBC=332.6mm由=180(k-1)/(k+1)得： =34.84°六、机械运动简图的绘制经计算得机构的基本参数如下：杆长lBC=332.6mm，lO4B=1279mm，行程速比系数K=1.48，=34.84°

10、。 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（如图1所示）。图17、 机构运动分析 为了运算方便，可将图1简化成图2：图21. 速度分析由于构件2和构件3在A处以转动副连接，故2=3，大小等于2 lAO2（ lAO2可由三角函数求出），方向垂直于 AO2 线，指向与2一致。2=3=2 lAO2=2n2/60×lAO2=0.65m/s（AO2）取构件3和4的重合点A进行

11、速度分析,可以列出如下速度矢量方程： AO4(绝对)=AO2(绝对)+AO4AO2(相对) 大小 ? ? 方向 AO4 AO2 AO4取速度极点P，速度比例尺µ=0.1(m/s)/mm ，作速度多边形如图3所示：P 图3由图3得： AO4=0.61m/s (AO4向右) 43=0.22m/s (AO4)因B与A同在导杆4上，根据比例关系：B / AO4= lBO4/ lAO4 ( lAO4可由余弦定理求出) 计算得： B=0.84m/s 由B=4lO4B得：4=0.66rad/s对于构件5上的B、C点也可列速度矢量方程： C =B +CB 大小 ? ? 方向 XX(向右) O4B B

12、C取速度极点P，速度比例尺v=0.1(m/s)/mm, 作速度多边形如图3。由图3得： C =0.82m/s CB =0.07m/s由CB=5lBC得： 5=0.21rad/s2. 加速度分析由于构件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=5.864rad/s, =22·lO2A=3.81m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： = + = + + 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µa=0.1（m/s2

13、）/mm, =42lO4A=0.0418m/s2 =2443=0.29 m/s2 =3.81 m/s2作加速度多边形如图4所示。 图4由图4得： =0.93 m/s2 =0.63 m/s2 =0.67 m/s2由=/ l AO4 得： =0.72 m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 = + + 大小 ? ?方向 导轨 CB BC由其加速度多边形如图4所示,有： =1.01m/s2 =0.82m/s2由=/ l CB 得： =2.48 m/s28、 动态静力分析根据运动分析结果，可以计算出构件4的惯性力、惯性力矩、惯性力平移距离以及构件6的惯性力 =13.86 N（与反向） =

14、JS4=0.86 N*m（与反向，逆时针） =/ =16.12 mm（方位：右上） =60N（与反向）1.取构件5、6基本杆组为示力体（如图5所示）因为构件5是二力杆，只对构件6（滑块）受力分析即可，首先可以列出力的平衡方程： + + + + = 0大小 ? ?方向 xx xx xx xx BC按比例尺µF=10N/mm作力多边形，如图6所示。 图5 图6由图6可知： =563.5 N =833 N对C点列力矩平衡方程： +=+ =307.72mm2. 取构件3、4基本杆组为示力体（如图7所示）取构件4，首先对点列力矩平衡方程： += =1495.64 N再对构件4列出力的平衡方程：

15、 + + + + = 0 大小 ? 方向 BC xx ?按比例尺µF=10N/mm作力多边形，如图6所示。 图7 图8由图6得： =490 N3.取构件2为示力体（如图8所示） +=0 解得： =1495.64 N -=0 解得： =148.07N9、 凸轮机构的设计1. 设计数据设计内容符号数据单位凸轮机构设计max15°lOqD132mm45°74°S10° 74°r045mmlO2O9150mm2.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r0=45mm为半径作基圆；2、再以O2为圆心，以lO2O9

16、/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=132mm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