機械原理課程設(shè)計

PAGEPAGE17長安大學(xué)機械原理課程設(shè)計位置編號：11方案號：方案一設(shè)計題目：牛頭刨床設(shè)計專業(yè)：車輛工程班級：1班姓名：蔣凱東學(xué)號：201222010111目錄：課程設(shè)計任務(wù)書…………………2(1)工作原理及工藝動作過程……………2(2)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求…………32、設(shè)計（計算）說明書……………3（1）畫機構(gòu)的運動簡圖…………3（2）機構(gòu)運動分析…………………6①對位置11點進行速度分析和加速度分析……6②對位置7’點進行速度分析和加速度分析……8（3）對位置11點進行動態(tài)靜力分析………………113、擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計……………124、齒輪機構(gòu)的設(shè)計……………………174、參考文獻…………225、心得體會…………226、附件…………………23一、課程設(shè)計任務(wù)書1.工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。刨床工作時,如圖(1-1）所示，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，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻；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)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。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。切削阻力如圖(b）所示。OO2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖（1-1）2．原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析符號n2單位r/minmm方案1603801105400.250.524050已知曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B所作圓弧高的平分線上。要求作機構(gòu)的運動簡圖，并作機構(gòu)兩個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上。二、設(shè)計說明書(詳情見A1圖紙)1．畫機構(gòu)的運動簡圖1、以O(shè)4為原點定出坐標(biāo)系，根據(jù)尺寸分別定出O2點，B點，C點。確定機構(gòu)運動時的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為：取1和8’為工作行程起點和終點所對應(yīng)的曲柄位置，1’和7’為切削起點和終點所對應(yīng)的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，順ω2方向?qū)⑶鷪A作12等分的位置（如下圖）。取方案1的第11位置和第7’位置（如下圖）。２、機構(gòu)運動分析（1）曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）1．速度分析：因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2A線，指向與ω2一致。υA3=υA2=2πn/60×lO2A=2π×0.11m/s=0.6908m/s（⊥O2A）取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得υA4=υA3+υA4A3大小?√?方向⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度極點P，速度比例尺uv=0.01(m/s)/mm,作速度多邊形如圖則由知，υA4=·μ1=63.0×0.01m/s=0.63m/sω4=υA4/lO4A=0.63/0.282rad/s=2.23rad/sυB=ω4lO4B=2.23×0.54=1.26m/svA4A3=·μv=25×0.01m/s=0.25m/s取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得υC=υB+υCB大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BC則由圖2-2知，υC=·μ1=125.5×0.01m/s=1.255m/sω5=υCB/lCB=0.01×13/0.135rad/s=0.963rad/s2.加速度分析：取曲柄位置“11”進行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點處的轉(zhuǎn)動副相連，故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。==ω22·LO2A=4π×0.11m/s2=4.338m/s=ω4lO4A=2.23×0.282=1.40m/saA4A3K=2ω4vA4A3=2×2.23×0.25＝1.115m/saCB=ω5×LBC=0.963×0.135=0.1252m/s取3、4構(gòu)件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：aA4=+aA4t=aA3n+aA4A3K+aA4A3r大小:ω42lO4A?√2ω4υA4A3?方向：A→O4⊥O4AA→O2⊥O4B（向右下）∥O4A取加速度極點為P＇,加速度比例尺ua=0.10（m/s）/mm,作加速度多邊形2-3則由圖aA4=·ua=16×0.1m/s2=1.6m/s用加速度影象法求得aB=0.1×30.6=3.06m/sas4=0.5aB=0.5×3.06m/s=1.53m/sα4=aA4t/LO4A=0.1×4/0.282=1.418rad/s（順時針）取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac=aB+acBn+acBt大小?√√？方向∥XX√C→B⊥BCac=·ua=37×0.1m/s2=3.7m/sa5=aCBt/ιCB=0.1×4∕0.135rad/s2=2.963rad/s（2）3、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’”進行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2A線，指向與ω2一致。ω2=2πn2/60rad/sυA3=υA2=ω2·lO2A=0.69115m/s（⊥O2A）取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得υA4=υA3+υA4A3大小?√?方向⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度極點P，速度比例尺μ1=0.001(m/s)/mm,作速度多邊形如圖υA4=0.29846m/sυA4A3=0.62328m/s取7’構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得υC6=υB5+υC6B5大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BC取速度極點P，速度比例尺μ1=0.001(m/s)/mm,作速度多邊行如圖。υB5=υB4=υA4×O4B/O4A=0.38899m/sυC6=0.37651m/s方向向右。4.加速度分析：取曲柄位置“7’”進行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點處的轉(zhuǎn)動副相連，故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。取3、4構(gòu)件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：aA4=+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3r大小:ω42lO4A?√2ω4υA4A3?方向：B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向左）∥O4B（沿導(dǎo)路）取加速度極點為P＇,加速度比例尺μ2=0.01（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖aA3n=ω42lO4A=4.34262m/s2由上得aA4A3K=2ω4υA4A3=0.89797m/s2=lO4A(υA4/lO4A)2=0.215m/s2作加速度多邊形，取比例尺，如圖所示得aA4=4.8196m/s2又有aB5=aA4×lO4B/lO4A=6.28158m/s2取7’構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得aC6=aB5+aC6B5n+aC6B5τ大小?√√?方向∥xx√C→B⊥BCaC6B5n=υC6B52/lCB=0.07642m/s2，作加速度分析，如圖所示：得aC6=6.1271m/s2,方向向左。機構(gòu)動態(tài)靜力分析取“11”點為研究對象?.分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析作阻力體如圖所示已知P=0NG6=800N又ac=ac5=5.907m/s2那么我們可以計算FI6=-G6/g×ac=-800/10×5.907=-472.56N又ΣF=P+G6+FI6+F45+FRI6=0作為多邊行如圖所示由力多邊形可得?.F45=CD·μN=42.5×10N=425NFR16=AD·μN=78×10N=780N在圖中對c點取距有ΣMC=-P·yP-G6XS6+FR16·x-FI6·yS6=0代入數(shù)據(jù)得x=0.176m分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析桿組力體圖如所示?.μL=4。已知F54=-F45=425NG4=220NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=2.2919×290/264.149m/s2=2.516m/s2,βS4=β4=7.45rad/s2由此可得?.FI4=-G4/g×aS4=-220/10×2.516N=-55.352NMS4=-JS4·αS4=-1.2×7.45N·m=-8.94N·m在圖中。對A點取矩得。ΣMA=G4×8.5+FI4×72.5+M+F54×144.5-F24×66.5=0代入數(shù)據(jù)?.得F24=1029.97N又ΣF=FR54+FR32+FS4'+G4+FO4n+FO4τ=0,作力的多邊形如圖所示?.由圖可得?.F24=ED·μN=204×10N=2040NFO4n=BD·μN=115×10N=1150N對曲柄2進行運動靜力分析?.作組力體圖如圖所示由圖可知h2=85mm,則對曲柄列平行方程有?.ΣMO2=M-F42·h2=0即M-2040×85×10-3=0即M=173.4N·M三、擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計（詳情見A2圖紙）（一）已知條件、要求及設(shè)計數(shù)據(jù)1、已知：擺桿９為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角Φ，遠休止角Φs，回程運動角Φ'，如圖8所示，擺桿長度lO9D，最大擺角ψmax，許用壓力角〔α〕（見下表）；凸輪與曲柄共軸。2、要求：確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑ｒT，畫出凸輪實際廓線。3、設(shè)計數(shù)據(jù)：符號數(shù)據(jù)單位ψmax15°lOqD125mm[α]40°Ф075°Ф0110°Ф0’70°（二）設(shè)計過程選取比例尺，作圖μl=1mm/mm。1、取任意一點O2為圓心，以作r0=45mm基圓；2、再以O(shè)2為圓心，以lO2O9/μl=150mm為半徑作轉(zhuǎn)軸圓；3、在轉(zhuǎn)軸圓上O2右下方任取一點O9;4、以O(shè)9為圓心，以lOqD/μl=125mm為半徑畫弧與基圓交于D點。O9D即為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉(zhuǎn)并在轉(zhuǎn)軸圓上分別畫出推程、遠休、回程、近休，這四個階段。再以11.6°對推程段等分、11.6°對回程段等分（對應(yīng)的角位移如下表所示），并用A進行標(biāo)記，于是得到了轉(zhuǎn)軸圓山的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉(zhuǎn)過程中依次占據(jù)的點，然后以各個位置為起始位置，把擺桿的相應(yīng)位置畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上的一系列點的位置，再用光滑曲線把各個點連接起來即可得到凸輪的外輪廓。5、凸輪曲線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇（1）用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑：先用目測法估計凸輪理論廓線上的的大致位置（可記為A點）；以A點位圓心，任選較小的半徑r

作圓交于廓線上的B、C點；分別以B、C為圓心，以同樣的半徑r畫圓，三個小圓分別交于D、E、F、G四個點處，如下圖9所示；過D、E兩點作直線，再過F、G兩點作直線，兩直線交于O點，則O點近似為凸輪廓線上A點的曲率中心，曲率半徑；此次設(shè)計中，凸輪理論廓線的最小曲率半徑。圖9（2）凸輪滾子半徑的選擇（rT）凸輪滾子半徑的確定可從兩個方向考慮：幾何因素——應(yīng)保證凸輪在各個點車的實際輪廓曲率半徑不小于1~5mm。對于凸輪的凸曲線處，對于凸輪的凹輪廓線（這種情況可以不用考慮，因為它不會發(fā)生失真現(xiàn)象）；這次設(shè)計的輪廓曲線上，最小的理論曲率半徑所在之處恰為凸輪上的凸曲線，則應(yīng)用公式：；力學(xué)因素——滾子的尺寸還受到其強度、結(jié)構(gòu)的限制，不能做的太小，通常取及。綜合這兩方面的考慮，選擇滾子半徑為rT=15mm。得到凸輪實際廓線，如圖所示。四、齒輪機構(gòu)的設(shè)計（一）齒輪變位系數(shù)的選擇可知變位系數(shù)為0.529，所以，取x1=0.5,x2=-0.5。1）.齒輪不發(fā)生根切現(xiàn)象。在彎曲強度許可的條件下，允許有不侵入齒輪齒廓工作段的微量根切。對于齒條型刀具加工（a=200，h*=1）的齒輪，不根切的條件為Xmin=（17-Z）/17即x1(17-10)/17=0.412x2(17-40)/17=-1.35所以x1=0.5,x2=-0.5滿足。2）.齒輪嚙合不發(fā)生過渡曲線干涉，不允許過渡曲線延伸到齒廓工作段內(nèi)。αa1=arccosrb1/ra1=arccos28.2/38=42.11°αa2=arccosrb2/ra2=arccos112.76/123=23.54°用齒條型刀具加工的齒輪嚙合時，小齒輪齒根與大齒輪齒頂不產(chǎn)生干涉的條件為tanαˊ-Z2(tanαa2-tanαˊ)/Z1≥tanα-4（ha*-X1）/Z1sin2αtanαˊ-Z2(tanαa2-tanαˊ)/Z1=tan20°-40(tan23.54°-tan20°)/10=0.0773tanα-4（ha*-X1）/Z1sin2α=tan20°-4(1-0.5)/10sin40°=0.05280.0773大齒輪齒根與小齒輪齒頂不產(chǎn)生干涉的條件為tanαˊ-Z1(tanαa1-tanαˊ)/Z2≥tanα-4（ha*-X2）/Z2sin2αtanαˊ-Z1(tanαa1-tanαˊ)/Z2=tan20°-10(tan42.11°-tan20°)/40=0.2290tanα-4（ha*-X2）/Z2sin2α=tan20°-4(1+0.5)/40sin40°=0.13060.2290所以x1=0.5,x2=-0.5滿足。3).保證有足夠的重合度。應(yīng)滿足εα≥[εaα]，即εα=[Z1(tanαa1-tanαˊ)+Z2(tanαa2-tanαˊ)]/2π≥[εα]對于7-8級齒輪，取許用重合度[εα]=1.1-1.2。εα=[Z1(tanαa1-tanαˊ)+Z2(tanαa2-tanαˊ)]/2π=[10(tan42.11°-tan20)+40(tan23.54°-tan2°)]=1.3156>1.2所以x1=0.5,x2=-0.5滿足。4).齒頂厚度不宜過薄。齒頂厚度Sa=Sa*m，Sa*齒頂厚度系數(shù)，其許用值[Sa*]一般取0.25-0.40，對硬齒面齒輪取大值，對軟齒面齒輪取小值，要求Sa≥[Sa*]，其公式為Sa*=da（π/2z+2xtanα/z+invα-invαa）/m≥[Sa*]或者Sa=s×ra/r-2ra(invαa-invα)≥[Sa*]m其中invαa1=0.1689，invαa2=0.0248，invαa=0.0149S1=πm/2+2x1mtanα=11.6086S2=πm/2+2x2mtanα=22.9489所以Sa1=s1×ra1/r1-2ra1(invαa1-invα)=11.6086×38/30-2×38（0.689-0.0149）=3≥[Sa*]m=2.4Sa2=s2×ra2/r2-2ra2(invαa2-invα)=22.9489×123/120-2×（0.0248-0.0149）=21.0897≥[Sa*]m=2.4所以x1=0.5,x2=-0.5滿足。5.2齒輪嚙合圖的繪制a).漸開線的繪制（20）如圖（20）所示，根據(jù)漸開線的形成原理，繪制步驟如下:6.計算出各圓直徑db，d,dˊ，df，da，畫出相應(yīng)的各圓。7.連心線與節(jié)圓的交點為節(jié)點P，過P點作基圓的切線，與基圓相切于N，則NP為理論嚙合線段的一段。8.將NP分成若干等份P1,12,23,…9.由漸開線特性弧長=,再因弧長不易測量，故可按下式計算：=dbsin（1800/dbπ）=451sin(74×180°/451/π)mm=73.7mm將基圓上的弧長分成與線段同樣的等份，得基圓上的對應(yīng)點1ˊ，2ˊ，3ˊ…。過點1ˊ，2ˊ，3ˊ，…作基圓的切線，并在這些且線上分別截取線段=，=,=,…各點。光滑連接0ˊ，1ˊˊ，2ˊˊ，3ˊˊ，…各點的曲線即為齒廓上節(jié)圓以下部分的漸開線。將基圓上的分點向左延伸，作出5，6…，取=5,=6可得節(jié)圓以上漸開線各點5，，6，，…直至畫過齒頂圓為止。當(dāng)df=db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=0.2m為半徑畫過渡圓角；當(dāng)df>db時,在漸開線與齒根圓之間直接畫出過渡圓角.b)嚙合圖的繪制步驟選取適當(dāng)?shù)谋壤遳l=0.002（m/mm），使齒全高在圖紙上有30-50mm為宜。定出齒輪的中心距O1,O2.分別以O(shè)1,O2為圓心作基圓，分度圓，節(jié)圓，齒頂圓，齒根圓。畫出兩齒輪基圓內(nèi)的公切線，它與連心線O1,O2的交點為節(jié)點P，而P點又是兩節(jié)圓的切點，基圓內(nèi)公切線與過P點的節(jié)圓切線間的夾角為嚙合角aˊ，其值應(yīng)與無側(cè)隙嚙合方程式計算之值相符。過節(jié)點P分別畫出兩齒輪在頂圓和根圓之間的齒廓曲線。按已算得的s和齒距p計算對應(yīng)的弧長和=dsin（s180。/dπ）=240sin（7.24×180°/240/π）mm=7.24mm=dsin（p180。/dπ）=240sin（6π×180°/240/π）mm=18.83mm按和在分度圓上截取弦長得A,C點，則AB=,AC=。（5）取AB中點D，連02，D兩點為輪齒的對稱線。用描圖紙描下對稱線的右半齒形，以此為模板畫出對稱的左半齒形，及其他相鄰的3-4個輪齒的齒廓。另一輪的作法相同。（6）作出齒廓工作段。B2為起始嚙合點，B1為終止嚙合點，以O(shè)2為圓心，O2B1為半徑作圓弧交齒輪2的齒廓于b2點，則從b2點到齒頂圓上點a2一段為齒廓工作段。（7）對要求畫出兩齒輪嚙合過程中的滑動系數(shù)變化曲線的齒輪嚙合圖，可按下述方法?；瑒酉禂?shù)計算公式U1=1+Z1（1-L/Lx）/Z2U2=Z1/Z2+(1-L/L-Lx）在N1N2線段上，按計算值取點B1,P,B2,自N1點量起，按適當(dāng)?shù)拈g距取lx值，按上述兩公式計算出對于不同lx的個位置