機(jī)械原理課程設(shè)計-牛頭刨床

1、機(jī)械原理課程設(shè)計牛頭刨床（1）待續(xù)2008-11-21 02:13目錄一、概述1.1、課程設(shè)計的題目-21.2.、課程設(shè)計的任務(wù)和目的-21.3、課程設(shè)計的要求-31.4、課程設(shè)計的數(shù)據(jù)-3二、運動分析及程序2.1、拆分桿組-42.2、方案分析-42.3、程序編寫過程-52.4、程序說明-62.5、C 語言編程及結(jié)果-62.6、位移，速度，加速度圖-10三、各運動方案的分析與評價3.1 方案一的運動分析和評價-123.2 方案二的運動分析和評價-133.3 方案三的運動分析和評價-153.4 方案四的運動分析和評價-16四、小結(jié)- 19五、參考文獻(xiàn)-20一、概述1.1課程設(shè)計的題目此次課程設(shè)計

2、的題目是：牛頭刨床的主傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計.1.2課程設(shè)計的任務(wù)和目的1）任務(wù)：1 牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運動方案的確定；2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析；3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析；根據(jù)要求發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，設(shè)計4 到 5 種牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)，使其可以滿足牛頭刨床的傳動需要。2）目的：機(jī)械原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過程中的一個重要實踐環(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)械所涉及的實際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的步驟及方法，其中包括選型、運

3、動方案的確定、運動學(xué)和動力學(xué)的分析和整體設(shè)計等，并進(jìn)一步提高計算、分析，計算機(jī)輔助設(shè)計、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。1.3課程設(shè)計的要求牛頭刨床的主傳動的從動機(jī)構(gòu)是刨頭，在設(shè)計主傳動機(jī)構(gòu)時，要滿足所設(shè)計的機(jī)構(gòu)要能使牛頭刨床正常的運轉(zhuǎn)，同時設(shè)計的主傳動機(jī)構(gòu)的行程要有急回運動的特性，以及很好的動力特性。盡量是設(shè)計的結(jié)構(gòu)簡單，實用，能很好的 實現(xiàn)傳動功能。1.4 課程設(shè)計的數(shù)據(jù)方案 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析n2 l0204 l02A l04B lBC l04S4 xS6 yS6 G4 G6 P yp JS4r/min mm N mm Kg.m2 64 350 90 580 0

4、.3l04B 0.5l04B 200 50 220 800 9000 80 1.2二運動分析及程序常見牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計方案如下圖（程序計算部分是根據(jù)這個方案中編寫的，以下圖中的狀態(tài)為起始點）2.1 拆分桿組該六桿機(jī)構(gòu)可看成由級機(jī)構(gòu)、一個 RPR級基本組和一個RRP級基本組組成的，即可將機(jī)構(gòu)分解成圖示三部分。2.2 方案分析及其評價：1，機(jī)構(gòu)具有確定運動，F(xiàn)=3*5-(2*7+1)=1,曲柄為機(jī)構(gòu)原動件。2,通過曲柄帶動擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)使刨刀往復(fù)移動,實現(xiàn)切削功能，能滿足功能要求.且滑塊行程可以根據(jù)桿長任意調(diào)整；3,工作性能, , 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù) K的

5、要求；4,傳遞性能, 機(jī)構(gòu)傳動角恒為 90 度，傳動性能好，能承受較大的載荷，機(jī)構(gòu)運動鏈較長，傳動間隙較大；5,動力性能 ,傳動平穩(wěn)，沖擊震動較小.6,結(jié)構(gòu)合理性,結(jié)構(gòu)簡單合理,尺寸和重量也較小,制造和維修也較易.7,經(jīng)濟(jì)性，無特殊工藝和設(shè)備要求,成本較低.2.3 程序編寫過程如圖所示，建立O4-xy 坐標(biāo)系，并確定O2AO4BC 編號分別為 1（3），456，選定參考點 7X(O2)=X(1)=0,Y(O2)=Y(1)=430,X(O4)=X(4)=0,Y(O4)=Y(4)=0,X(7)=0,Y(7)=810，編寫主程序。1） 為計算出級機(jī)構(gòu)上 A點的位置及運動參數(shù)，應(yīng)調(diào)用 Mcrank子程

6、序，在此之前應(yīng)確定子程序的形參 i,j,a,b,此機(jī)構(gòu)中,i=1,j=1,a=1,b=1；2）為求出構(gòu)件3 上 B Mrpr子程序，在此之前應(yīng)確定子程序的各形參賦值,此機(jī)構(gòu)中,i=2,j=3,k=4,L(2)=L(4)=0,L(3)=810.其他參數(shù)b,c,d,e分別是 2，3，4，5；3）為求出滑塊上C Mrrp子程序，在此之前應(yīng)確定子程序的各形參賦值,此機(jī)構(gòu)中,i=5,j=6,b=5,c=6,r=a=7,m=1；2.4 程序說明1）對程序中不賦值的變量，計算機(jī)自動取0 值，如滑塊6 與 x 軸的夾角在調(diào)用Mrrp之前不賦值，按 0 計算；2）用曲柄得角位置1 作循環(huán)變量，計算出它在360之

7、內(nèi)的變化情況，循環(huán)步長取30，只取小數(shù)點后兩位。機(jī)械原理課程設(shè)計牛頭刨床設(shè)計說明書（3）待續(xù)2008-11-21 02:162.6滑塊 6的位移，速度，加速度隨轉(zhuǎn)角變化曲線其位移，速度，加速度隨轉(zhuǎn)角變化曲線如圖所示：三設(shè)計方案和分析3.1 方案一3.1.1 方案一的設(shè)計圖3.1.2 方案一的運動分析及評價（1） 運動是否具有確定的運動該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件 n=5。在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運動副中Pl=6,Ph=1.2 桿組成運動副中有一個局部自由度，即F=1.由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1（2） 機(jī)構(gòu)傳動功能的實現(xiàn)在原動件凸輪 1 帶動桿 2 會在一定的角度范圍內(nèi)搖動。通

8、過連桿 3 推動滑塊 4 運動，從而實現(xiàn)滑塊刨刀的往復(fù)運動。（3） 主傳動機(jī)構(gòu)的工作性能凸輪 1 的角速度恒定，推動2 桿搖擺，在凸輪1 隨著角速度轉(zhuǎn)動時，連桿3 也隨著桿 2的搖動不斷的改變角度，使滑塊 4 的速度變化減緩，即滑塊 4 的速度變化在切削時不是很快，速度趨于勻速；在凸輪的回程時，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用都比較小，傳動過程中會出現(xiàn)最小傳動角的位置，設(shè)計過程中應(yīng)注意增大基圓半徑，以增大最小傳動角。機(jī)構(gòu)中存在高副的傳動，降低了傳動的穩(wěn)定性。（4） 機(jī)構(gòu)的傳力性能要實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往返運動，必須在凸輪1 和轉(zhuǎn)子間增加一個力，使其在回轉(zhuǎn)時能夠順利的返回，方法可以是幾何封閉或者是力封閉。幾

9、何封閉為在凸輪和轉(zhuǎn)子設(shè)計成齒輪形狀，如共扼齒輪，這樣就可以實現(xiàn)其自由的返回。機(jī)構(gòu)在連桿的作用下可以有效的將凸輪 1 的作用力作用于滑塊 4。但是在切削過程中連桿 3 和桿 2 也受到滑塊 4 的作用反力。桿2 回受到彎力，因此對于桿2 的彎曲強(qiáng)度有較高的要求。同時，轉(zhuǎn)子與凸輪1 的運動副為高副，受到的壓強(qiáng)較大。所以該機(jī)構(gòu)不適于承受較大的載荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。該機(jī)構(gòu)在設(shè)計上不存在影響機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中不會因為機(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下。（5） 機(jī)構(gòu)的動力性能分析。由于凸輪的不平衡，在運轉(zhuǎn)過程中，會引起整個機(jī)構(gòu)的震動，會影響整個機(jī)構(gòu)的壽命。所以在設(shè)計使用的過程中

10、應(yīng)處理好機(jī)械的震動問題，可以增加飛輪減少機(jī)械的震動，以免造成不必要的損失和危險。（6） 機(jī)構(gòu)的合理性此機(jī)構(gòu)使用凸輪和四連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計簡單，維修，檢測都很方便。同時，機(jī)構(gòu)的尺寸要把握好，如桿 2 太長的話，彎曲變形就會很大，使桿 2 承受不了載荷而壓斷，如果太短的話，就不能有效的傳遞凸輪1 的作用力和速度。同時。凸輪具有不平衡性，在設(shè)計中盡量使凸輪的重量小一些，減小因為凸輪引起的整個機(jī)構(gòu)的不平衡和機(jī)器的震動。（7）機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性別的材料來制作，也不需要滿足特別的工作環(huán)境，所以該機(jī)構(gòu)具有好的經(jīng)濟(jì)效益，制作方便，實用。不過機(jī)器的運轉(zhuǎn)可能會造成一定的噪音污染；凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，不宜承受較大的載荷。3.

11、2 方案二3.2.1 方案二的設(shè)計圖3.2.2 方案二的運動分析和評價（1）運動是否具有確定的運動該機(jī)構(gòu)由齒條、扇形齒輪 3、滑塊 2 和桿 1 組成，其中桿 1 為主動件?；瑝K 2 以移動副的方式和扇形齒輪 3 連在一起。機(jī)構(gòu)具有 3 個活動構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中的運動副有原動件 1 的鉸接，1 和 2 的轉(zhuǎn)動副以及 2 和 3 的移動副。機(jī)構(gòu)中的運動副全都是低副，且 Pl=4.在該機(jī)構(gòu)中沒有高副，也不存在局部自由度和虛約束。由此可知：F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1機(jī)構(gòu)中有一個原動件，原動件的個數(shù)等于該機(jī)構(gòu)的自由度。所以，該機(jī)構(gòu)具有確定的運動。（2）機(jī)構(gòu)功能的實現(xiàn)根據(jù)機(jī)構(gòu)圖可知，整個機(jī)構(gòu)的運轉(zhuǎn)

12、是由原動件 1 帶動的。桿 1 通過滑塊 2 帶動扇形齒輪 3 的運動。扇形齒輪 3 和與刨頭連接的齒條嚙合。從而實現(xiàn)刨刀的往復(fù)運動。（3）機(jī)構(gòu)的工作性能該機(jī)構(gòu)中原動件 1 對滑塊 2 的壓力角一直在改變。但是原動件 1 的長度較小，扇形齒輪的半徑較大，即原動件 1 的變化速度對于扇形齒輪 3 的影響不是很大，同時機(jī)構(gòu)是在轉(zhuǎn)速不大的情況下運轉(zhuǎn)的，也就是說，在扇形齒輪作用下的齒條的速度在切削過程中變化不大。趨于勻速運行。原動件 1 在滑塊 2 1 BC的長度由小到大，再變小。而 BC的長度是扇形齒輪 3 的回轉(zhuǎn)半徑，也就是說，在機(jī)構(gòu)的運行過程中，推程的速度趨于穩(wěn)定，在刨頭回程時，由于扇形齒輪受到

13、齒條的反作用力減小。還有扇形齒輪 3 即可以達(dá)到刨床在切削時速度較低，但是在回程時有速度較高的急回運動的要求。在刨頭往返運動的過程中，避免加減速度的突變的產(chǎn)生。（4）機(jī)構(gòu)的傳遞性能接觸的運動副對于載荷的承受能力較強(qiáng)，所以，該機(jī)構(gòu)對于載荷的承受能力較強(qiáng)，適于加工一定硬度的工件。同時。扇形齒輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因為載荷的過大而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個機(jī)構(gòu)的運轉(zhuǎn)過程中，原動件 1 是一個曲柄，扇形齒輪 3 只是在一定的范圍內(nèi)活動，對于桿的活動影響不大，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計上不存在運轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)可以正常的往復(fù)運行。（5）機(jī)構(gòu)的動力性能分析該機(jī)構(gòu)的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和扇形齒輪，齒條機(jī)構(gòu)。

14、齒條固結(jié)于刨頭的下方。扇形齒輪的重量較大，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣量也比較大，會對機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的沖擊，使機(jī)構(gòu)震動，不過在低速運轉(zhuǎn)情況下，影響不會很大。（6）機(jī)構(gòu)的合理性扇形齒輪的重量有助于保持整個機(jī)構(gòu)的平衡。使其重心穩(wěn)定。由于該機(jī)構(gòu)的設(shè)計較為簡單。所以維修方便。，除了齒輪的嚙合需要很高的精確度外沒有什么需要特別設(shè)計的工件，具有較好的合理性。（7）機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能該機(jī)構(gòu)中扇形齒輪與齒條的加工的精度要求很高，在工藝上需要比較麻煩的工藝過程，制作起來不是很容易。此方案經(jīng)濟(jì)成本較高。方案 2 如下圖機(jī)械原理課程設(shè)計牛頭刨床（4）完結(jié)2008-11-21 02:173.3 方案三3.3.1. 方案三的設(shè)計圖3.3.

15、2 關(guān)于方案三 的運動分析和評價（1） 運動條件分析 9 4 4 所連接的是 A點和 D 點，由于這兩個點和機(jī)架通過回轉(zhuǎn)副鉸支在一起的，所以這兩個四桿的引入所帶來的 3-2*2=-1的自由度就是虛約束。該機(jī)構(gòu)的原動件是桿 1 ，自由度F=3*6-2*9+1=1原動件數(shù)目等于自由度數(shù)，該機(jī)構(gòu)有確定的運動。（2） 機(jī)械功能分析該構(gòu)件中完成主運動的是由桿 1234 所組成的四連桿機(jī)構(gòu)，桿5 帶動與其鉸結(jié)的滑塊 6 完成刨床的切削運動。在由桿 1、2、3、4 所組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 1 5 帶動滑塊 6 作周期性往復(fù)運動實現(xiàn)切削運動的不斷進(jìn)行。（3） 工作性能分析 1 和連桿 4 1 和桿 4 在長度上

16、的差別還是的刨刀在空行程的急回中 ，有較快的急回速度，縮短了機(jī)械的運轉(zhuǎn)周期，提高了機(jī)械的效率。（4）傳遞性能和動力性能分析桿 1234 所組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 其傳動角是不斷變化的，最小傳動角出現(xiàn)在 A,B,D三點共線處且 B點在 A,D兩點之間，最大傳動角出現(xiàn)在三點共線的以為了減小該機(jī)構(gòu)最大傳動角和最小傳動角的差值，增加 A,D間的距離。這是因為其最小傳動角是DFA中的DFA，且三角形的三個邊的長度分別為 ，AD-AB；最大傳動角是DFB的DFB，且三角形三邊分別為，AD+ABDFA DFB的 AD 和 AD+AB大小與 AD和 AD+AB AD 的長度回減小兩個三角形中 DA和 DB動角趨

17、于相等，借以提高傳動性能。該機(jī)構(gòu)中不存在高副，只有回轉(zhuǎn)副和滑動副，故能承受較大的載荷，有較強(qiáng)的承載能力，可以傳動較大的載荷。當(dāng)其最小傳動角和最大傳動角相差不大時，穩(wěn)定性和精確度。（5） 結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性分析對于較大載荷時對桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。 會使的機(jī)構(gòu)的有效空間白白浪近似的規(guī)律進(jìn)行運動。3.3 方案四牛頭刨床主傳動機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和扇形齒輪和齒條機(jī)構(gòu)，如圖所示方案特點與評價:1、 機(jī)構(gòu)具有確定運動條件由圖可知，在機(jī)構(gòu)中，n=4,pl=5,ph=1,p=0.F=0機(jī)構(gòu)自由度F=3n+(2pl+ph-p)-F4+(25+1-0)-0=1由于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)與原動件數(shù)相等，故機(jī)構(gòu)具有確

18、定的運動。2、機(jī)構(gòu)功能的實現(xiàn)曲柄做原動件，通過原動件帶動扇形齒輪擺動,使帶齒條機(jī)構(gòu)的刨頭往復(fù)移動,實現(xiàn)切削功能。3,工作性能,切削速度近似均勻且變化緩和平穩(wěn),擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其滿足急回特性。4,傳遞性能,滑塊和導(dǎo)桿壓力角恒為 90 度,齒輪和齒條傳動時壓力角不變,且可承受較大載荷。5,動力性能,齒輪和齒條傳動平穩(wěn),沖擊震動較小.6,結(jié)構(gòu)合理性,扇形齒輪尺寸和重量大, 齒輪和齒條制造復(fù)雜,磨損后不宜維修。7 經(jīng)濟(jì)性, 扇形齒輪要求一定的精度,工藝難度大,且扇形齒輪和齒條中心距要求較高。四、小結(jié)通過這次課程設(shè)計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計，我進(jìn)一步中，與同學(xué)們激烈討論，團(tuán)結(jié)合作，最終完美的實現(xiàn)了預(yù)期的目的，大家都收益匪淺，也對這次經(jīng)歷難以忘懷。型、運動方案的確定以及對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析有了初步詳細(xì)精確話的了解，興趣。衷心感謝 XXX X 們才能完成了這