机械原理课程设计-牛头刨床(完整图纸)

1、机械 原理课程设计说明书系部名称：机电系专业班级：04机制三班姓 名：学 号：07批阅教师签字批阅日期设计项目 1 .设计题目42 .机构简介43 .设计数据4设计内容 1 .导杆机构的设计52 .凸轮机构的设计123 .齿轮机构的设计17设计体会 20参考文献 21附 图 概述一、机构机械原理课程设计的目的：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。其基本目的在于：(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

2、学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型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。图解法几何概念较清晰、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

3、计。 设计名称 牛头刨床机构简介：机构简图如下所示:工作台d''0o一俨一Z"h 1 1+718d'oZ2Zi Zi'09,D电动机U工件W棘轮U.O11Z1TV牛头刨床机构简图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1-2-3-4-5-6 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，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

4、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。二.设计数据：各已知数据如下图所示，未知数据可有已知数据计算求得。设计内容导杆机构的运动分析凸轮机构设计符号n2lO2O4102 AlO4BlBCmaxlQDhor0toss单位r/minmmmm方案I6038011054010 4B151251506115751075设计内容立m轮机构设计符号no'Zid0'd0"m12m。1,单位r/minmmmm方案I1440201003006三.设计

5、内容：第一节导杆机构的运动分析导杆机构设计要求概述：已知曲柄每分钟的转数 出，各构件尺寸，且刨头导路x|x 位于导杆端头B所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图， 并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图， 画在2号图纸上。10 位置的机构简图：由已知数据 n2=60r/min 得 2=2 兀 x 60/60(rad/s尸 2兀 rad/s .1、求C点的速度:确定构件3上A点的速度:构件2与构件3用转动副A相联，所以U A3= U A20又 u A2= 2l oa= X 2 冗=九 m/s=s.求VA4的速度:计算过程:选取速度比例尺n v=(m/s)/mm;U A4方向：，

6、BO±AO2/ BOCl) 2I OAU A3 + U A4A33 2用图解法求解如图1:图1式中U A3 U A4表小构件3和构件4上A点的绝对速度，U A4A3表示构件4上A点相对于构 件3上A点的速度，其方向平行于线段 BO,大小未知；构件4上A 点的速度方向垂直于线段 BO,大小未知。在图上任取一点 P,作uA3的方向线pa3 ,方向垂直于AO,指向与2的方向一致，长度等于U A3/ pv,（其中N v为速度比例尺）。过点p作直线垂直于，BO代表U A4的方向线，再过a3作直线平行于线段BO代表U A4A3的方向线这两 条直线的交点为a4,则矢量pa4和a3a4分别代U A4

7、和U A4A3。由速度多边形pa3a4得：U A4二" v 尸 pa 4二仙 v 八 20 = m/sU A4A3=" va 3a4二（1 v19 = m/S求B。的角速度4 :曲柄位于起点1时位置图如设计指导书图（1）:此时 AO2O4为：l110cAO2O4 arcsin0 arcsin 90 16.83 73.17°21O2O4 2380又由1位置起将曲柄圆周作12等分则当曲柄转到10位置时，如图(1)：/ AO2O4360270 73.1716.83cos A O2O41O2O4102A104A2lO2O4 ? 102 A1A04276.55mm杆BQ的角

8、速度4 :0.4834 =VA4/1 bq= rad/s = rad/s0.277杆BQ的速度V4:V4=4 x l BO4=*1.54m/s =0.9431m/s求C点的速度U c：Uc= UB + UCB方向： / X-X ，BO ±BC大小：4l C4B速度图见图2:式中Uc、UB表示点的绝对速度。U C/示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB,大小未知，点C的速度方向平行于X-X,大 小未知，图上任取一点p作代表u B的矢量pb其方向垂直于BO指向于 2 转向相反，长度等于VB / v(v 为速度比例尺)。过点 p 作直线平彳T于X-X,代表u c的方向线，再点b作直线

9、垂直于BC代表UCB的方向线，这两方向线的交点为 C则矢量pc和bc便代表Uc、U则 C点的速度为：u c=vX pc =(ivX 40 = m/suc=(ivXcb=NvX 5 = m/s2、求C点的加速度： 求aA2：因曲柄匀速转动：故aA2 anA2 lAO222 0.110 (2 )2m/s2 4.343m/s22aA3aA24.343m/sA3 A2选取加速度比例尺：=(m/s2) /mm 求 aA4：a A4a a4方向：，BO?l AO4aA3 a a4a3 a a4a3nKa a4 aA3 a a4a3 a a4a3B-QA- O，BO/BO 大小：2 4 ?VA4A3加速度见

10、下图：a A4和anA4是aA4的切向和切法向加速度，a a4A3是点 &相对于A3的相对加速度，由于构件 3与构件4构成移动副，所以a n A4A3 0则a,A4A3aA4A3其方向平行于相对移动方向，即K平行于BQ大小未知，a A4A3为哥氏加速度，它的大小为a.4A3 2 4VA4A3sin ，其中 为相对速度Va4A3和牵连角速度4只量之间的夹角，但是对于平面运动，4的矢量垂直于运动平面而K A4 A3 O /Va4A3位于运动平面内，故90 ，从而a24VA4A3哥氏加速度aKA4A3的方向是将Va4 A3沿4的转动方向转90 （即图中a 3 k '的方向）。在上面的

11、矢量方程中只有a A4和ara4A3的大小未知，故可用图解法求解。如右图，从任意极点连续作矢量'''na 3和 a4代表aA3和a A4 ;再过a3作a3k垂直于线段BO ,大、 '. , 小a3k' 2W4VA4A3/Ua 10.2mm ；然后再过k '作BO的平行线，na A4的a A 4 a a 4 = a2m/s求B点加速度aB:BO4BO 4a A4l AO4Ua a4l AO43.29 rad / s2naBl B042241.654m/s2aBl BO 4/,2BO4 1.775m/saBn22B aB1.654 21.775 22

12、.426 m /s2arctana 47.02naB求c点的加速度：CB方向:ac/ x-x一 04a B±BQ±CB代表a a4A3的方向，过a4作垂直于bo,的直线，代表方向线，它们相交点a 4则矢量 a 4代表aA4BQ B BO4大小: 加速度图见下图:Tt式中，aS表示点C相对 点B的法向加速度其方向为从 C指B; a cb 表示点C相对点B的 切向加速度，其方向垂直于 CB又因速度多边形已作出，所以上式 法向加速度可求出（C点作水平运动，故C点的法向加速度为0）。 仅有ac和acB 的大小未知，同样可以用图解法求解。如右图， 在图上任取一点九作 b'&#

13、39;代表aB ，方向为平行于BO并从B指向Q,长度为 ：bo4/ a ,（其中 a为加速度比例尺）。过b''作 b''b'代表aB，方向垂直于bo,长度为 BO4lBO4 / a，连接 b , 它表示a b ,再过过b作b' c''代表a Cb ,方向平行CB并从C 指向B,长度为（VbC/Icb）/ a过c''作垂直于CB代表acB的方向线 又从冗作平行于X-X的方向线，两线交点为C',则矢量 C'便代 表a C。aCB&0.1102 m/s20.090m/s2l 0.135CBa c

14、= a c = n a x 止'=m / s23、此时C点位置如下图：选取长度比例尺为:5mm/ mm 则:此时C点的位移Xc为：xcul c'c'' 5 9.6mm 48mm第二节 凸轮机构的设计 凸轮机构的设计要求概述：L已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓画在 2号图纸上。该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号。maxl O9Dl O9O2ror ts，单位0mm0数据15.12515061157510752.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表:推程00 2|&

15、;。/2回程o+s小0o+s+'o/2巾=24*/（25*九）山二九/12-24 （小-17 兀/36） 2/25 几=96小/25=-96 （小-17 兀/36） 2/25B =192 兀 /25B =-192 兀 /25推程o /2 0小0。回程o+s+'o/2 0小0o+s+山=兀/12-24 （5 兀/12-小）2/2?5兀巾=24 （8兀/9-小）2/25几二96 （5 兀/12-小）2/12=-96 （8兀/9-小）2/25B =-192 兀/25B =192 兀 /253.依据上述运动方程绘制角位移山、角速度、及角加速度B的曲o线:(1)、角位移曲线:、取凸轮转角

16、比例尺H小=° /mm口螺杆摆角的比例尺 =° /mmfc轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取 33/ 代表（先做前半部分抛物线）.做03的等分点1、2两点，分别过这 两点做巾轴的平行线。、将左方矩形边等分成相同的分数，得到点1/和2，、将坐标原点分别与点V ,2/ ,3/相连，得线段OY ,02/和03,，分别超过1,2,3点且平行与甲轴的直线交与1，2“和3". 、将点0,1 " ,2" ,3"连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移 曲线的部分，后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.角速度曲线：、选凸轮转角比例

17、尺N产。/mm?口角速度比例尺n 3=（rad/s）/mm, 在轴上截取线段代表。由角速度方程可得小=（|）o/2,CD =max ,求得V换算到图示长度,3点处小=0 0/2,故max位于过3点且平行与轴的直线.由于运动为等加速、等减速，故连接03/即为此段的角速度图，下一端为等减速连接3/ 6即为这段角速度曲线。其他段与上述画法相同，只是与原运动相反。(3)角加速度曲线：选取与上述相同的凸轮转角比例尺1小=° /mm和角加速度比例尺 n b =(rad/s)/mm在轴上截取线段代表。由角加速度方程求的角加速度B.因运动为等加速，等减速，故各段加速度值也相同，只是方向相反.13段为

18、加速段B为正值,B轴上取B做平行于13的直线段即为1、 3段的加速度，其余各段与3做法相似。厅P偏角00°1020设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（-）（为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同 机架将以（一）绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件 将按给定的运动规律绕其轴心相对机架摆动，则从动件的尖顶在复 合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。 设计凸轮轮廓：A、绘制凸轮的理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓 将山一小 曲线图（如图（1）的推程运动角和回程运动角个分 成4等份，按式求个等分点对应的角位移值：巾1 =小。1*11",巾1 二 仙。

19、2*22",，的数值见表（1）。 选取适当的长度比例尺仙i定出O2和O9的位置（选取以l=mn）0 以O2为圆心，以r。/邛为半径，作圆，再以以 O2为圆心，以rb/3 为半径作基圆。以O为圆心，以l Q9D/以为半径，作圆弧交基圆与 DO （D o）o则QCO便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针 摆动，故图示位置 D位于中心线QOd的左侧。 以Q为圆心，以l 0。9 O2/用为半径作圆，沿（-）即为逆时 针方向自0209开始依次取推程运动角0=75° ,远休止角s=10° , 回程运动角 。'二75和远休止角s' =200。，并将推程和回

20、程运 动角各分成4等份，得091 ,092, 093099各点。它们便是逆时 针方向反转时，从动体轴心的各个位置。 分别以091 ,092, 093099为圆心，以l 09D/仙e为半径画 圆弧，它们与基圆相交于 Di , D 2 , D 3D 9,并彳/DQ91D1 / D 209rD2分别等于摆杆角位移巾1,巾2,巾3。并使091D1二 091 Di, 092D2= 092C2,则得 Di, D2,D9 （与 D 9重合） 各点，这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹 点。 将点D1, D2,D9连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮 的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。B、

21、绘制凸轮的实际轮廓： 在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。 作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。C、校核轮廓的最小曲率半径p min：在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径r t 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E,以E为圆心作任意半径F 和 G 为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于 H、I、J、K四点；连HI、JK得交点C, 则C点和长度CE可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半 径 p min。由图可知，CE>rt,故该凸轮轮廓的最小曲率半径p min符合要 求。第三

22、节齿轮机构的设计：一、设计要求：计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的 啮合图，整理说明书。1、齿轮机构的运动示意图2、已知各数据如表:符号noZidodom2mo i单位r/minmmmm数据1440201003006二、计算过程：因为 n。/n。=& /d o 得n。=480r/minz。"（20）zi （40）z1（20）z2（80）分度圆直径70140120480基圆直径451齿顶圆直径77147132492齿根圆直径105465分度圆齿厚分度圆齿距中心距105300n 。/n2=z2z/z zi彳#z2=z zin /zn2=80、绘制啮合图齿轮啮合

23、图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形.它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并可借助图形做必要的分析。(1)渐开线的绘制：渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制 ，如图 以齿轮轮廓线为例，其步骤如下：按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径 ：d o , do b, d 。- a, do f,画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合,故节圆与分度 圆重合.连心线与分度圆(节圆)的叫点为节点P,过节点P作基圆切线, 与基圆相切与N,则NP即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生 线的一段.将NP线段分成若干等份：P1、12、23根据渐开线特性Ni0' N1P ,圆弧长不易测得,可按下式计算N0弧所对应弦长Ni0'：niPo180°代入数据：Ni0 dbsin前？按此弦长在基圆上取0点。 _ . . . ./ 、 . . 、 , . . . 、 . /将基圆上的弧长N10分成同样等份，的基圆上的对应分点1 ,2 ,