牛頭刨床機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)1點(diǎn)和7點(diǎn)~修正版吳

1、目錄一、概述1、課程設(shè)計(jì)的題目2.、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的3、課程設(shè)計(jì)的要求4、課程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)二、機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)三.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟§2.1、拆分桿組§2.2、方案分析§2.3、程序編寫過程§2.4、程序說明§2.5、C語言編程及結(jié)果§2.6、位移，速度，加速度圖三、小結(jié)四、參考文獻(xiàn)一、概述1課程設(shè)計(jì)的題目 此次課程設(shè)計(jì)的題目是：牛頭刨床的主傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的 1）任務(wù)：1 牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動方案的確定；2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析；3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析；4.凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。2）目的：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

2、是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動方案的確定、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。.3課程設(shè)計(jì)的要求 牛頭刨床的主傳動的從動機(jī)構(gòu)是刨頭，在設(shè)計(jì)主傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，要滿足所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要能使牛頭刨床正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)的主傳動機(jī)構(gòu)的行程要有急回運(yùn)動的特性，以及很好的

3、動力特性。盡量是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用，能很好的 實(shí)現(xiàn)傳動功能。二.機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1， 機(jī)構(gòu)簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖4-1。電動機(jī)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(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動。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。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，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與棘輪帶動螺旋機(jī)構(gòu)（圖中沒有畫出），使工作臺連同工件

4、一次進(jìn)級運(yùn)動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程過程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約0.05H的空刀距離，見圖4-1，b）而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個(gè)循環(huán)運(yùn)動中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減少電動機(jī)容量。2， 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 見表4-11）2)選擇設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的靜力分析符號n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4單位r/minmmNmmKg·m2方案64350905800.3lo4B0.5lo4B2005022080090008

5、01.2設(shè)計(jì)內(nèi)容飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號noZ1ZoZ1Jo2Jo1Jo”JomaxLo9Ds單位r/minKg.m2°mm°方案0.1514401316400.50.40.250.21513538701070方案特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能承受較大的載荷；2、具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù)K的要求；3、滑塊行程可以根據(jù)桿長任意調(diào)整；4、機(jī)構(gòu)傳動角恒為90度，傳動性能好；5、工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求；6、機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈較長，傳動間隙較大；7、中間移動副實(shí)現(xiàn)較難。 三.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動分析1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)簡圖2）導(dǎo)

6、桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 a、曲柄位置“1”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“1”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故A3=A2，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（O2A）取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得 A4 = A3+ A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度極點(diǎn)P，速度比例尺µv=0.005 (m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-2 則由圖1

7、-2知， A4=·v= 0m/s A4A3=·v=0m/s由速度影像定理求得，B5=B4=A4·O4B/ O4A=0m/s又 4=A4/ lO4A=0rad/s取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BC取速度極點(diǎn)P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm, 則由圖1-2知， C5= ·v=0m/s C5B5=·v=0m/s CB=C5B5/lCB=0 rad/s加速度分析：取曲柄位置“1”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動副相連，故A3n=A2n,其大小等于22lO2A,方向由A指

8、向O2。2=6.7020643264rad/s, A3n=A2n=22·LO2A=6.7022×0.09m/s2=4.04m /s2 取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對象，列加速度矢量方程得： A4 = A4n + A4= A3n + A4A3K + A4A3r大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? BA O4B AO2 O4B O4B 取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得 c5= B5+ c5B5n+ c5B5大小 ? 52 Lbc ?方向 XX cb BC取加速度極點(diǎn)為P,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖1-3

9、所示.則由圖1-3知, C5B5=·v=0m/s 5 =CB=C5B5/lCB=0 rad/s=0 m/s2 A4A3K =0 m/s2 A4 =4.04m/s2,用加速度影象法求得B5 =B4 = A4* O4B/ O4A=6.932 m/s2 所以c=0.01×(pc)=6.5990882824m/s2總結(jié)1點(diǎn)的速度和加速度值以速度比例尺µ=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺µa=(0.05m/s²)/mm用相對運(yùn)動的圖解法作該兩個(gè)位置的速度多邊形和加速度多邊形如下圖1-2，1-3，并將其結(jié)果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量

10、結(jié)果 1VA40m/sVC0m/saA4.042m/s2 ac6.599m/s2b、 曲柄位置“7”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“7”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故A3=A2，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。2=2n2/60rad/s=6.702A3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（O2A）取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度極點(diǎn)P，速度比例尺µv=0.001(m/s

11、)/mm ,作速度多邊形如圖1-4則由圖1-4知， A4= pa4/v =0.332m/s A4A3=34/v =0.522m/s由速度影像定理求得，B5=B4=A4·O4B/ O4A=0.8059m/s又 4=A4/ lO4A=0.8877rad/s取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 C=B+CB大小 ? ?方向 XX O4B BC取速度極點(diǎn)P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm, 作速度多邊行如圖1-4。則由圖1-4知， C=0.527m/s CB=0.0981m/s CB=CB/lCB=0.564rad/sb.加速度分析：取曲柄位置“ 7 ”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2

12、和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動副相連，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.704rad/s, =22·LO2A=6.7022×0.09 m/s2=4.042m/s2 =42·LO4A=0.564 m/s2取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42·LO4A ? 22·LO2A ?方向： ? BA O4B AO2 O4B O4B 取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? 52·

13、LBC ?方向 X CB BC取加速度極點(diǎn)為P,加速度比例尺µa=0.5（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖1-5所示.則由圖1-5知, aA4A3r =1.692 m/s2 aA4 =2.680 m/s2 用加速度影象法求得aB5 = aB4 =aA4·O4B/ O4A =4.156m/s2又 aBCn=52·LBC =0.0553ms2ac5 =-4.510 ms2總結(jié)6速度和加速度值以速度比例尺µ=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺µa=(0.05m/s²)/mm用相對運(yùn)動的圖解法作該兩個(gè)位置的速度多邊形和加速度多邊形如

14、下圖1-4，1-5，并將其結(jié)果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量結(jié)果 7 VA40.332m/sVC0.527m/saA 2.680m/s2,ac - 4.510m/s2 2. 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析取“1”點(diǎn)為研究對象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動靜力分析，作阻力體如圖16所示，=10N/mm。圖16已知P=0，G6=800N，又ac=6.599m/s2,那么我們可以計(jì)算 FI6=-G6/g×ac =-800/10×6.599=-527.927N Fi6 + + Fr45 + Fr16 = 0方向: 水平 豎直 BC 豎直大小 ? ?作為多邊行如圖1-7所示，µN=

15、10N/mm。由圖1-7力多邊形可得： FR45=-F45·µN=528.7581038×1N=-528.7581216N 已知： FR54=-FR45=528.7581216N，G4=220NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=4.042589964×290/338.23069051m/s2=3.46612865m/s2 由此可得： FS4=M4×-aS4=-76.25482788N As4 = aA4/ 0.29=13.93996491rad/s2 M=-JS4×As4=-16.72795789J 在圖1-8中，對O4

16、點(diǎn)取矩得： M O4=-FR54×L54-Fs4×hs4-G4×hGM-FR34·lO4A=0 -528.7581038*0.5512570182-13.96292913×0.28690951968-220×0.07457142857-16.72795789+ FR34·×0.29=0代入數(shù)據(jù)，得FR34=1133.177173N 力比例尺µN=10N/mm又 F= Fr54 +Fi4 +G4 + Fr23 + F14n+F14=0,作力的多邊形如圖1-9所示。Fr23= FR34=1133.177173

17、NFr54 +Fi4 +G4 + Fr23 + F14n+F14= 0方向:BC 豎直 AB AB AB大小: ? ?F14=F14F14n·µN=497.7136044×1N=497.7136044NF14n= FR54F14n·µN=47.2419645×1N=47.2419645N 對曲柄分析，共受2個(gè)力，分別為R32,R12和一個(gè)力偶M，由于滑塊3為二力桿，所以R32= R34，方向相反，因?yàn)榍?只受兩個(gè)力和一個(gè)力偶，所以FR12與FR32等大反力，由此可以求得: Fr32lsin2×h12-M=0示意圖如圖1-1

18、0所示：M =0j列表如下：未知量平衡條件平衡方程結(jié)果M（N·m）Fr32lsin2×h12-M=00R12（N）Fr32-Fr12=01133.1771733. 凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求概述： 已知擺桿9作等加速等減速運(yùn)動，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 該凸輪機(jī)構(gòu)的從動件運(yùn)動規(guī)律為等加速等減速運(yùn)動。各數(shù)據(jù)如表：符號maxlO9DlO9O2ro rts單位 °mm( °)數(shù)據(jù)15. 135 1506115 70 10 70 2.由以上給定的各參數(shù)值及運(yùn)動規(guī)律可得其運(yùn)動方程如下表： 推程02o

19、/2 回程o+so+s+'o/2=54*/(49*)=/12-24（-17/36）2/25=108/49 =-96（-17/36）2/25=108/49=-192/25推程o /2o回程o+s+o/2o+s+o=/12-54（7/18-）2/49=24（7/18-）2/25=108（7/18 -）/49=-96（8/9-）2/25=-108/49=192/253.依據(jù)上述運(yùn)動方程繪制角位移、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

20、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連成光滑的曲線,即為等加速運(yùn)動的位移曲線的部分,后半段等減速運(yùn)動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

21、線.由于運(yùn)動為等加速、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。由角加速度方程求的角加速度.因運(yùn)動為等加速,等減速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.序號0123456789偏角0°1.875°7.5°13.125°15°15°13.125°7.5°1.875°0°13

22、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做法相似作擺動從動件盤形凸輪輪廓設(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，而從動件連同機(jī)架將以（）繞凸輪軸心逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動件將按給定的運(yùn)動規(guī)律繞其軸心相對機(jī)架擺動，則從動件的尖頂在復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是要設(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)動角和回程運(yùn)動角個(gè)分成4等份，按式求個(gè)等分點(diǎn)對應(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

23、尺l定出O2和O9的位置（選取l=0.002m/mm）。以O(shè)2為圓心，以r0/l為半徑，作圓，再以以O(shè)2為圓心，以rb/l為半徑作基圓。以O(shè)9為圓心，以l Oo9D/l為半徑，作圓弧交基圓與DO（DO）。則O9DO便是從動件的起始位置，注意，要求從動件順時(shí)針擺動，故圖示位置DO位于中心線O2O9的左側(cè)。 以O(shè)2為圓心，以l Oo9 O2/l為半徑作圓，沿（-）即為逆時(shí)針方向自O(shè)2O9開始依次取推程運(yùn)動角0=75°，遠(yuǎn)休止角s=10°，回程運(yùn)動角 o=75和遠(yuǎn)休止角s=200°,并將推程和回程運(yùn)動角各分成4等份,得O91 ,O92, O93O99各點(diǎn)。它們便是逆時(shí)針

24、方向反轉(zhuǎn)時(shí)，從動體軸心的各個(gè)位置。 分別以O(shè)91 ,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，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)

25、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)滾子從動件凸輪的工作輪廓時(shí)，若滾子半徑rt 過大，則會導(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。這也是一種方法4. 齒輪的設(shè)計(jì)1.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 已知條件設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符號n05d05d03m12z0z1z1an2單位r/minm

26、m。r/min方案144010030061640132064設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟（1） 計(jì)算齒輪z2的齒數(shù)由i=n5/n2=(d03/d05)×(z1/z0)×(z2/z1)可得z2=39(2) 選擇傳動類型 z1(13)-z2(39):按滿足不根切、重合度1.2、齒頂圓齒厚sa0.4、節(jié)點(diǎn)位于單齒嚙合區(qū)4個(gè)條件從封閉圖中選擇變位系數(shù) X1=0.300 x2=-0.400 X1+x2=0.300-0.400=-0.100<0 故z1(13)-z2(39)采用負(fù)傳動。（3） 驗(yàn)算不根切最小變位系數(shù)z 1-z 2: x1 min =ha*(17-z1)/17=0.240 X1=0.300>0.240 不會發(fā)