機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床

1、太原理工大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)目 錄概 述2設(shè)計(jì)項(xiàng)目1設(shè)計(jì)題目32機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介33設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)4設(shè)計(jì)內(nèi)容1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 52.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)163.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)22參考文獻(xiàn) 24 - 26 -概 述一、機(jī)構(gòu)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，是本課程的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于：（）進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)本課程實(shí)際問題的能力。（）使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析設(shè)計(jì)有一較完整的概念。（）使學(xué)生得到擬定運(yùn)動(dòng)方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計(jì)選型與組合以及確定傳動(dòng)方案的能力。（）通過課程設(shè)計(jì)，

2、進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和查閱技術(shù)資料的能力。二、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)以及其他機(jī)構(gòu)）進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機(jī)器的工作要求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)凸輪、齒輪；或?qū)Ω鳈C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設(shè)計(jì)的方法：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法幾何概念較清晰、直觀；解析法精度較高。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用圖解法進(jìn)行設(shè)計(jì)。刨床機(jī)構(gòu)一 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下所示： 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如上圖所示。

3、電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1-2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。因此，刨床采用具有急回特性的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪8通過四桿機(jī)構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。二 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：各已知數(shù)據(jù)如下圖所示，未知數(shù)據(jù)可有已知數(shù)據(jù)計(jì)算求得設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析符號(hào)n2lo4o2

4、lo2alo4blbclo4s4xs6ys6單位r/minmm方案1603501105400.25 lo4b0.5 lo4b24050導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析符號(hào)g4g6pypjs4單位nnnmmkgm2方案12007007000801.1設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號(hào)a單位r/minmmmm度方案1144040202010030063.520設(shè)計(jì)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號(hào)maxosolo9d單位度mm方案11575107540125機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖三 設(shè)計(jì)內(nèi)容：第一節(jié) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求概述： 已知曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，各構(gòu)件尺寸，且刨頭導(dǎo)路位于導(dǎo)桿端頭b所作圓弧的平分線上。要求作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

5、圖，并作機(jī)構(gòu)一個(gè)位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖，畫在 2號(hào)圖紙上。 2 6位置的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：計(jì)算過程：由已知數(shù)據(jù)n2=60r/min得2=2rad/s .1、求c點(diǎn)的速度：確定構(gòu)件3上a點(diǎn)的速度：構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動(dòng)副a相聯(lián)，所以a3=a2。又a2=2lo2a =0.112=0.69m/s求4的速度： 選取速度比例尺 ：v=0.01(m/s)/mm; a4 = a3 + a4a3 方向： bo4 ao2 bo4 大小： ？ ？ 圖1 用圖解法求解如圖1：式中a3、a4表示構(gòu)件3和構(gòu)件4上 a點(diǎn)的絕對(duì)速度，a4a3表示構(gòu)件4上a點(diǎn)相對(duì)于構(gòu)件3上a點(diǎn)的速度，其方向平行于線段bo4，大小未

6、知；構(gòu)件4上a點(diǎn)的速度方向垂直于線段bo4，大小未知。在圖上任取一點(diǎn)p，作a3 的方向線pa3 ，方向垂直于ao2，指向與2的方向一致，長度等于a3/v，（其中v為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線垂直于bo4 代表a4的方向線，再過a3作直線平行于線段bo4 代表a4a3的方向線這兩條直線的交點(diǎn)為a4，則矢量pa4和a3a4分別代a4和a4a3 。由速度多邊形得：a4=0.32 m/sa4a3=0.593 求bo 4的角速度：曲柄位于起點(diǎn)1時(shí)位置圖如設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖（1）：此時(shí)=73.17lao4=0.41m桿bo 4的角速度：=a4/= 0.78 rad/s桿bo 4的速度4:4= =0.42m/s

7、求c點(diǎn)的速度c：c = b + cb方向： x-x bo4 bc 大小： ？ 4lo4b ？速度圖見圖1：式中c 、b 表示點(diǎn)的絕對(duì)速度。cb表示點(diǎn)c相對(duì)點(diǎn)b的相對(duì)速度其方向垂直于構(gòu)件cb，大小未知，點(diǎn)c的速度方向平行于x-x，大小未知，圖上任取一點(diǎn)p作代表b的矢量pb其方向垂直于bo4指向于轉(zhuǎn)向相反，長度等于（為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線平行于x-x，代表c的方向線，再點(diǎn)b作直線垂直于bc代表cb的方向線，這兩方向線的交點(diǎn)為c則矢量pc和bc便代表 c、cb。c=vpc =0.412m/s cb=0.12取曲柄位置“2”進(jìn)行加速度分析.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行加速度分析.列加速度矢量方

8、程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ?方向 o4a ao4 ao2 o4b o4baa4n=42lo4al=0.255m/s2 a a3=22lo2al =4.34m/s2aa4a3k=24a4a3=0.9204m/s2 方向a3k取加速度極點(diǎn)為p,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖如下：圖2 a a4t=n1 a4a =2.708m/s2方向n1 a44=a a4t / lo4al = 0.881rad/s2其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向。a a4 = pa4a=2.72 m/s2方向p a4取5構(gòu)件的研究對(duì)

9、象，列加速度矢量方程，得ac= ab5 + acb5n + acb5大小 ? ?方向 xx p a4 cb bcab5=3.55 m/s2acb5n=cb52/lbcl=0.107 m/s2其加速度多邊形如圖2所示，有a b5 = pab5a = 3.52m/s2ac= pca = 3.7m/s2方向pc2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“6”進(jìn)行速度分析。取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行速度分析。有2=2 rad/s 其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向。a3=a2=2lo2al =0.69m/s 方向: ao2列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3大小 ?

10、 ?方向 o4a o2a o4b取速度極點(diǎn)p，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖。 圖3則由圖3知：a4=pa4v=0.58 m/s方向pa4a4a3=a3a4v=0. 389m/s 方向a3a44=a4/ lo4al =1.16rad/s其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向。b =4lo4bl =0.63m/s方向pb 取5構(gòu)件為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得c = b + cb大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多邊形如圖1-1所示，有c=pcv= =0. 622m/s方向pccb=bcv=0.11m/s方向bc取曲柄位置“6”進(jìn)行加速度分析.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行加速度分

11、析.列加速度矢量方程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ? ?方向 ? ao4 o4b ao2 o4b o4baa4n=42lo4al=0.627m/s2方向pna a3=22lo2al =4.34m/s2方向pa3aa4a3k=24a4a3v=0.902m/ s2方向a3k取加速度極點(diǎn)為p,加速度比例尺a=0.04（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖圖4則由圖14知，a a4t=n1 a4a =0.573m/s2方向na44=a a4t/lo4al=1.23rad/s2轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。a a4 = pa4a =1.294

12、m/s2方向pa4取5構(gòu)件的研究對(duì)象，列加速度矢量方程，得ac= ab + acb n+ acb大小 ? ?方向 xx pa4 cb bcab = pba = -1.568m/s2acbn=cb2/lcbl =0.0896 m/s2其加速度多邊形如圖4所示，有ac = pca = -2.004 m/s22）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)態(tài)靜力分析已知 各構(gòu)件的重量g（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計(jì)），導(dǎo)桿4繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量js4及切削力p的變化規(guī)律。要求 求各運(yùn)動(dòng)副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運(yùn)動(dòng)分析的同一張圖紙上。動(dòng)態(tài)靜力分析過程：取“2”點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜

13、力分析，作阻力體如圖5所示，選取長度比例尺l=0.002m/mm,選取力比例尺p=50n/mm圖5已知p=7000n，g6=700n，又ac=3.7m/s2,那么我們可以計(jì)算fi6=-m6ac =- g6/gac =-257.14n又f = p + g6 + fi6 + fr45 + fr16 =0方向： x軸 y軸 與ac反向 bc y軸大?。?7000 700 -m6a6 ? ? 作力多邊行如圖6所示，選取力比例尺p=50n/mm。圖6由圖6力多邊形可得：f r45=cdn=7310nfr16= adn=1105n分離3,4構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，桿組力體圖如圖7所示圖7已知：f r54=f

14、 r45=7310，g4=200nas4=1.85m/s2 s4=4=0.881rad/s2可得構(gòu)件4上的慣性力fi4=-g4/gas4=36.33n方向與as4運(yùn)動(dòng)方向相反慣性力偶矩ms4=-js4s4=-14.39nm方向與4運(yùn)動(dòng)方向相反（逆時(shí)針）將fi4和ms4將合并成一個(gè)總慣性力fs4（=fi4）偏離質(zhì)心s4的距離為hs4= ms4/ fi4，其對(duì)s4之矩的方向與4的方向相反（逆時(shí)針）取構(gòu)件4為受力平衡體，對(duì)a點(diǎn)取矩得：在圖上量取所需要的長度ma=fr54cos18。labl+ms4+ fi4cos4。ls4al+g4sin13。ls4al+fro4lo4al=0代入數(shù)據(jù)， 得fro4

15、 =-1976.48 n 方向垂直o4b向右f = fr54 + fr34 + fs4 + g4 + fro4 + fro4n=0方向: bc o4b 與as4同向 y軸 o4b o4b大?。?? ?作力的多邊形如圖1-8所示，選取力比例尺p=50n/mm。 圖8fr34=ean=9025nfro4n =fan=2000n方向：o4b向下因?yàn)榍?滑塊3的重量可忽略不計(jì)，有f r34 = f r23= fr32對(duì)曲柄2進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作組力體圖如圖9示，圖9由圖1-9知，曲柄2為受力平衡體，對(duì)o2點(diǎn)取矩得：f r12= fr32mb=496.37 nm凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求概述：

16、 已知擺桿9作等加速等減速運(yùn)動(dòng)，要求確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，將凸輪實(shí)際輪廓 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求概述畫在2號(hào)圖紙上。 該凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律為等加速等減速運(yùn)動(dòng)。各數(shù)據(jù)如表：符號(hào)maxlo9dlo9o2ro rts單位 度mm 度數(shù)據(jù)15. 125 1506115 75 10 75 2.由以上給定的各參數(shù)值及運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得其運(yùn)動(dòng)方程如下表： 推程02o /2 回程o+so+s+o/2=24*/(25*)=/12-24（-17/36）2/25=96/25 =-96（-17/36）2/25=192/25=-192/25推程o /2o回程o+s+o/2o+s+o=/12-24（5/12-

17、）2/25=24（8/9-）2/25=96（5/12-）2/12=-96（8/9-）2/25=-192/25=192/253.依據(jù)上述運(yùn)動(dòng)方程繪制角位移、角速度、及角加速度的曲線：（1）、角位移曲線：、取凸輪轉(zhuǎn)角比例尺 =1.25/mm和螺桿擺角的比例尺=0.5/mm在軸上截取線段代表，過3點(diǎn)做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33代表(先做前半部分拋物線).做03的等分點(diǎn)1、2兩點(diǎn)，分別過這兩點(diǎn)做軸的平行線。 、將左方矩形邊等分成相同的分?jǐn)?shù),得到點(diǎn)1和2 。、將坐標(biāo)原點(diǎn)分別與點(diǎn)1,2,3相連,得線段o1,o2和03,分別超過1,2,3點(diǎn)且平行與軸的直線交與1,2和3.、將點(diǎn)0,1,2,3連成光滑的

18、曲線,即為等加速運(yùn)動(dòng)的位移曲線的部分,后半段等減速運(yùn)動(dòng)的位移曲線的畫法與之相似. (2)角速度曲線:、選凸輪轉(zhuǎn)角比例尺=1.25/mm和角速度比例尺=0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。由角速度方程可得=o/2, = max ,求得v換算到圖示長度,3點(diǎn)處=0/2,故max位于過3點(diǎn)且平行與軸的直線.由于運(yùn)動(dòng)為等加速、等減速,故連接03即為此段的角速度圖,下一端為等減速連接36即為這段角速度曲線。其他段與上述畫法相同,只是與原運(yùn)動(dòng)相反。(3)角加速度曲線:選取與上述相同的凸輪轉(zhuǎn)角比例尺=1.25/mm和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm在軸上截取線段代表。由角

19、加速度方程求的角加速度.因運(yùn)動(dòng)為等加速,等減速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.13段為加速段為正值,軸上取做平行于13的直線段即為1、3段的加速度，其余各段與3做法相似。作擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個(gè)機(jī)構(gòu)加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動(dòng)，而從動(dòng)件連同機(jī)架將以（）繞凸輪軸心逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動(dòng)件將按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律繞其軸心相對(duì)機(jī)架擺動(dòng)，則從動(dòng)件的尖頂在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的軌跡就是要設(shè)計(jì)的凸輪輪廓。 設(shè)計(jì)凸輪輪廓： 、繪制凸輪的理論輪廓線既滾子軸心實(shí)際輪廓 將 曲線圖（如圖（1）的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角個(gè)分成4等份，按式求

20、個(gè)等分點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角位移值：1=1*11，1=2*22，的數(shù)值見表（1）。 選取適當(dāng)?shù)拈L度比例尺l定出o2和o9的位置（選取l=0.002m/mm）。以o2為圓心，以r0/l為半徑，作圓，再以以o2為圓心，以rb/l為半徑作基圓。以o9為圓心，以l oo9d/l為半徑，作圓弧交基圓與do（do）。則o9do便是從動(dòng)件的起始位置，注意，要求從動(dòng)件順時(shí)針擺動(dòng)，故圖示位置do位于中心線o2o9的左側(cè)。 以o2為圓心，以l oo9 o2/l為半徑作圓，沿（-）即為逆時(shí)針方向自o2o9開始依次取推程運(yùn)動(dòng)角0=75，遠(yuǎn)休止角s=10，回程運(yùn)動(dòng)角 o=75和遠(yuǎn)休止角s=200,并將推程和回程運(yùn)動(dòng)角各分成4等份,

21、得o91 ,o92, o93o99各點(diǎn)。它們便是逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)體軸心的各個(gè)位置。 分別以o91 ,o92, o93o99為圓心，以l o9d/e為半徑畫圓弧，它們與基圓相交于d1 ，d2 ，d3d9，并作d1o91d1，d2o9rd分別等于擺桿角位移1，2，3。并使o91d1= o91 d1，o92d2= o92d2，則得d1，d2，d9（與d9重合）各點(diǎn)，這些點(diǎn)就是逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)時(shí)從動(dòng)件擺桿端滾子軸心的軌跡點(diǎn)。 將點(diǎn)d1，d2，d9連成光滑曲線。連成的光滑曲線便是凸輪的理論輪廓，亦即為滾子軸心的輪廓軌跡。b、繪制凸輪的實(shí)際輪廓： 在上述求得的理論輪廓線上，分別以該輪廓線上的點(diǎn)為圓心，

22、以滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓。 作該系列圓的內(nèi)包絡(luò)線，即為凸輪的實(shí)際輪廓，如圖。c、校核輪廓的最小曲率半徑min：在設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪的工作輪廓時(shí)，若滾子半徑rt 過大，則會(huì)導(dǎo)致工作輪廓變尖或交叉。在理論輪廓線上選擇曲率最大的一點(diǎn)e，以e為圓心作任意半徑的小圓，再以該圓與輪廓的兩個(gè)交點(diǎn)f和g為圓心，以同樣半徑作兩個(gè)小圓，三個(gè)小圓相交于h、i、j、k四點(diǎn)；連hi、jk得交點(diǎn)c，則c點(diǎn)和長度ce可近似地分別作為理論輪廓上的曲率中心和曲率半徑min。由圖可知，cert，故該凸輪輪廓的最小曲率半徑min符合要求。第三節(jié) 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：一 、設(shè)計(jì)要求： 計(jì)算該對(duì)齒輪傳動(dòng)的各部分尺寸，以2號(hào)圖紙繪制

23、齒輪傳動(dòng)的嚙合圖，整理說明書。1、齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖2、已知各數(shù)據(jù)如表：符號(hào)n0z1d0d0m12m01單位r/minmmmmr/min數(shù)據(jù)14401010030063.560二、計(jì)算過程：因?yàn)閚o/no=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 三、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(dá)一對(duì)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