姜干機械原理課程設(shè)計說明書

1、 機械原理課程設(shè)計說明書 題 目： 牛頭刨床 （3） 院 系： 機電與信息工程學院 班 級： 機械（1）班 學 號： 2110607109 姓 名： 姜干 指導(dǎo)教師： 蔣宇 完成時間： 2013年6月30日 1 目錄1. 課程設(shè)計任務(wù)書.22. 牛頭刨床的設(shè)計摘要.53. 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù).64. 設(shè)計內(nèi)容.85. 傳動系統(tǒng)的設(shè)計.186. 心得體會.217. 參考資料.22 1、課程設(shè)計任務(wù)書1、 設(shè)計題目：牛頭刨床主傳動機構(gòu)分析與設(shè)計2、 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求（1） 工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運動及工作臺的間歇運動來完成工件的平面切削加工的機床。電動機經(jīng)過減速

2、傳動裝置（帶和齒輪傳動）帶動執(zhí)行機構(gòu)（導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)），完成刨刀的往復(fù)運動和間歇移動。工作行程時，刨刀速度要平穩(wěn)；空回行程時。刨刀要快速退回，即要有急回作用。（2） 設(shè)計要求 電動機軸與曲柄軸平行，刨刀刀刃點e和鉸鏈點c的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2的轉(zhuǎn)速偏差為5%。要求導(dǎo)桿機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值；凸輪機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值之內(nèi)，擺動從動件9的升、回程運動規(guī)律均為等加速、等減速運動，執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，系統(tǒng)有過載保護，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計。（可選擇）（3）技術(shù)參數(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)如下表所示12345678910導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析

3、轉(zhuǎn)速 （r/min）48495052504847556056機架/mm380350430360370400390410380370工作行程/mm310300400330380250390310310320行程速比系數(shù)k1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48連桿與導(dǎo)桿之比0.250.300.360.330.300.320.330.250.280.26導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析工作阻力/n4500460038004000410052004200400060005500導(dǎo)桿質(zhì)量20202220222426282622滑塊質(zhì)量70708080809080708060

4、導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量1.11.11.21.21.21.31.21.11.21.2凸輪機構(gòu)設(shè)計從動件最大擺角從動件桿長125135130122123124126128130132許用壓力角40384245434441404245推程運動角75706560707565607274遠休止角10101010101010101010回程運動角757065607075656072743、 設(shè)計內(nèi)容及工作量（1）根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定其執(zhí)行機構(gòu)，可擬定多種機構(gòu)并對這些機構(gòu)作對比分析，繪制機械運動方案示意圖。（2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。（3） 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動

5、分析。選取運動中某一位置作為分析的重點，要求進行速度、加速度分析，并確定速度、加速度、角加速度、角速度等參量的數(shù)值。并將分析結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。（4） 導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析。確定某一位置各運動副反力的數(shù)值。并將分析結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。（5） 傳動系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計。設(shè)計傳動系統(tǒng)的傳遞路線及擬采用的傳動機構(gòu)，并進行尺寸計算及零件圖繪制。（6）編寫設(shè)計說明書一份，包括設(shè)計任務(wù)，設(shè)計參數(shù)，設(shè)計計算過程等。4、 工作計劃根據(jù)專業(yè)的教學計劃安排采用集中和分散相結(jié)合的方式進行，時間為1.5周。時間安排內(nèi)容安排第1天布置題目、學生選題第2天方案討論第3天運動方案的制定、評價、選擇第4天確定各傳

6、動機構(gòu)的尺寸、參數(shù)、機構(gòu)設(shè)計第5天機構(gòu)設(shè)計、相關(guān)量的計算第6天校核第7天整理前期所有工作第8天撰寫設(shè)計說明書第9天上交成果、答辯 2.摘要牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運動及工作臺的間歇運動來完成工件的平面切削加工的機床，具有工作行程速度低且均勻及空回速度快的特點。它一般只能加工小型工件，其優(yōu)點是維護及操作都比較方便，加工精度高。本設(shè)計抓住對刨刀在不同點的速度以及加速度的分析，列運動方程以及對整個機構(gòu)的不同構(gòu)件和導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析及靜態(tài)力分析來研究和確定牛頭刨床機構(gòu)的運動特征。在這次設(shè)計中，還應(yīng)用了圖解法來分析。 3、機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)3.1.機構(gòu)簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動

7、機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)

8、，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質(zhì)量和電動機容量。3.2設(shè)計數(shù)據(jù)（3）技術(shù)參數(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)如下表所示3導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速 （r/min）50機架/mm430工作行程/mm400行程速比系數(shù)k1.40連桿與導(dǎo)桿之比0.36導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析工作阻力/n3800導(dǎo)桿質(zhì)量22滑塊質(zhì)量80導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量1.2凸輪機構(gòu)設(shè)計從動件最大擺角從動件桿長130許用壓力角42推程運動角65遠休止角10回程運動角65 4.設(shè)計內(nèi)容1. 計算機構(gòu)的基本參數(shù)并繪制機構(gòu)的運動簡圖 已知機架lo2o4長為430mm，工作行程h等于400mm，行程速比系數(shù)為1.4，連桿與導(dǎo)之比lbc/lo4b為0.36. 經(jīng)

9、計算的桿lo2a長為111.3mm。導(dǎo)桿lo4b的長為772.8mm。連桿lbc的長為278.2mm。所以根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫出機構(gòu)運動簡圖如下。2、速度分析： 由速度已知的曲柄上a（a2a3a4)點開始，列兩構(gòu)件重合點間速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點的速度va4。因為va2=va3=lo2a=2n2/60lo2a=（250）60111.3=582.8mm/s所以 va4=va3+va4a3大小 ? ?方向 o4a o2a o4a取極點p，按照比例尺v=0.005(m/s)mm做速度圖，如圖所示，并求出構(gòu)件4（3）的角速度4和構(gòu)件4上的b點的速度vb以及構(gòu)件4與構(gòu)件3上的重合點a的相對速度va4a3。

10、因為 va4=v|pa4|= 0.005=532.9mm/sa4=va4/lo4a=532.9529.3=1.01rad/s 且3=4（順時針）vb=4lo4b=1.01772.8mm/s=778.1mm/sva4a3=v|a4a3|=0.00544120mm/s=220.6mm/s對于構(gòu)件5上bc點，列同一構(gòu)件兩點間的速度矢量方程： vc=vb+vcb 大小 ？ ？ 方向 ？ bc vc=v|pc|=0.005154180=771mm/s5=vcb/lbc=0.379rad/s3、加速度分析由運動已知的曲柄上a(a2，a3，a4)點開始，列兩構(gòu)件重合點間加速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點的加速度

11、aa4。因為 aa2=aa3=aa2(法向）=（2）lo2a=（2n2/60)lo2a=(250）/60)111.3mm/s=3.06m/s aa4(法向）=（4）lo4a=(1.01)529.3mm/s=0.54m/s aa4a3(科氏加速度）=23va4a3=23220.6mm/s=0.45m/s acb（法向）=（5）lcb=(0.379)278.2=0.40m/s所以 aa4=aa4(法向）+aa4(切向）=aa3+aa4a3(科氏加速度）+aa4a3（向心加速度） 大小 ？ ？方向 ao4 o4a ao2 o4（向左下） o4a 取極點p，按比例尺u=0.01（m/s）/mm。作加速

12、度圖（與機構(gòu)簡圖和速度分析矢量圖繪在同一圖樣上），如圖所示，用影像原理求得構(gòu)件4上b點和質(zhì)心s4點的加速度ab和as4，用構(gòu)件4上a點的切向加速度aa4求構(gòu)件4的角加速度a4.因為 aa4=a|pa4|=0.0177.5=0.775m/s ab=a|pb|=0.0192.3=1.13m/s as4=0.5ab=0.566m/s 所以 a4=aa4(切向）/lo4a=0.0155.7/529.3mm=1.05rad/s（順時針） 大小 ？ ？ 方向 xx cb bc ac=a|pc|=0.01108.7mm/s=1.087mm/s a5=acb/lbc=0.0161.6/247.2=2.49ra

13、d/s4. 動態(tài)靜力分析首先依據(jù)運動分析結(jié)果，計算構(gòu)件4的慣性力f14（與as4反向）、構(gòu)件4的慣性力矩m14（與a4反向，逆時針）、構(gòu)件4的慣性力平移距離lh4（方向：右上）、構(gòu)件6的慣性力矩f16（與ac反向）。 f14=m4as4=220.566n=12.452n m14=js4=1.051.2nm=1.26nm lh4=m14/f14=101.2mm f16=m6as6=801.087n=86.96n1. 取構(gòu)件5、6基本桿件組為示力體因構(gòu)件5為二力桿，只對構(gòu)件6作受力分析即可，首先列力平衡方程：f=0 fr65= fr56 fr54= fr45 fr16+fr+f16+g6+fr56

14、=0大小 ？ ？方向 xx xx xx xx bc按比例尺f=10n/mm作力多邊形，求出運動副反力fr16和fr56。 fr16=1055.282n=552.82n fr56=10372.057=3720.57n , 可計算出,設(shè)與水平導(dǎo)軌的夾角為可測得的大小為2度fr45= 87.0 n fr6=796.96n2取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體 首先取構(gòu)件4，對o4點列力矩方程（反力fr54的大小和方向為已知），求出反力fr34： fr54= fr45 fr34= fr43fr54=-fr45 根據(jù)，其中，分別為,作用于的距離（其大小可以測得），可以求得：fr23=886.5n再對構(gòu)建4列力平

15、衡方程，按比例尺uf= 10 n/mm作力多邊形如圖所示，求出機架對構(gòu)建的反力fr14： f=0，fr54+g4+f14+fr34+fr14=0. 大小 ？ 方向 /bc xx o4a ？ fr14= 794.81n3，取構(gòu)件2為示力體 作用于的距離為h，其大小為101.67mm所以曲柄上的平衡力矩為：m=fr32101.67mm=90.14m/s方向為逆時針。 5. 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 1、為提高傳動效率，原傳動系統(tǒng)采用齒輪機構(gòu)設(shè)計齒輪機構(gòu)的運動示意圖已知各數(shù)據(jù)如表：符號n0z1d0d0m12m01單位r/minmmmmr/min數(shù)據(jù)14401010030063.5602、計算過程：因為no/n

16、o=do/do 得no=480r/min (20) (40)(10)(40)分度圓直徑7014060240基圓直徑65.7131.556.4225.5齒頂圓直徑7714778.3245.7齒根圓直徑61.3131.351.3218.7分度圓齒厚5.55.511.77.1分度圓齒距10.910.918.818.8中心距105150 得 3、繪制嚙合圖 齒輪嚙合圖是將齒輪各部分按一定比例尺畫出齒輪嚙合關(guān)系的一種圖形.它可以直觀的的表達一對齒輪的嚙合特性和嚙合參數(shù),并可借助圖形做必要的分析。(1) 漸開線的繪制: 漸開線齒廓按漸開線的形成原理繪制,如圖以齒輪輪廓線為例，其步驟如下: 按齒輪幾何尺寸計

17、算公式計算出各圓直徑: do” ，dob，d oa，d of，畫出各相應(yīng)圓,因為要求是標準齒輪嚙合,故節(jié)圓與分度圓重合. 連心線與分度圓(節(jié)圓)的叫點為節(jié)點p,過節(jié)點p作基圓切線,與基圓相切與n1,則即為理論嚙合線的一段，也是漸開線發(fā)生線的一段 將線段分成若干等份：、 根據(jù)漸開線特性，圓弧長不易測得，可按下式計算n10弧所對應(yīng)弦長： 代入數(shù)據(jù)： 按此弦長在基圓上取0點。將基圓上的弧長n10分成同樣等份，的基圓上的對應(yīng)分點1，2，3。過1，2，3點作基圓的切線，并在這些切線上分別截取線段，使其、得，諸點，光滑連接，各點的曲線即為節(jié)圓以下部分的漸開線。將基圓上的分點向左延伸，作出，取、，可得節(jié)圓以

18、上漸開線各點，直至畫到超出齒頂圓為止。當dfdb時，基圓以下一段齒廓取為徑向線，在徑向線與齒根圓之間以r.mm為半徑畫出過渡圓角；當dfdb時，在漸開線與齒根圓之間畫出過渡圓角。（）嚙合圖的繪制：選取比例尺l=2mm/mm,定出齒輪z0與z1的中心以oo心作出基圓，分度圓，節(jié)圓，齒根圓，齒頂圓畫出工作齒輪的基圓內(nèi)公切線，它與連心線0102的交點為點p ，又是兩節(jié)圓的切點，內(nèi)公切線與過p點的節(jié)圓切線間夾角為嚙合角過節(jié)點p分別畫出兩齒輪在齒頂圓與齒根圓之間的齒廓曲線按已算得的齒厚和齒距p計算對應(yīng)的弦長和。按和在分度圓上截取弦長得a,c點，則 取ab中點d連d兩點為輪齒的對稱線，用紙描下右半齒形，以此為模板畫出對稱的左半部分齒廓及其他相鄰的個齒廓，另一齒輪做法相同。作出齒廓的工作段。 6.心得體會 這次課程設(shè)計，在與同學密切配合下，通過自己幾天的努力下，完成了這份課程設(shè)計，我學到了很多理論課上無法得到的收獲。這次課程設(shè)計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練短短兩周的課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，今后需要繼續(xù)努力。在大學的生活中 ，我們有許多的時間去學習新的知識，我們不停地加強自己。 雖然說這次課程設(shè)計完成了，但是我們還不能放松自己，我們要學的還有許多許多，不僅僅是知識方面的，還有著自己與同學、老師交流和幫助在今