牛头刨床课程设计说明书-学位论文.doc

牛头刨床课程设计说明书

中南大学

CENTRAL  SOUTH  UNIVERSITY

课程设计题目： 牛头刨床的设计
学生姓名： + + +
学院： 机电工程学院
专业班级： 机械++++ 班
完成时间： 7月10日
指导老师： + + +

目录
一、 设计步骤 - 2 -
二、 课程设计的性质、目的和任务 - 2 -
三、 机械原理课程设计的内容和方法 - 2 -
四、 设计任务分配 - 3 -
五、 设计原始数据 - 3 -
六、 设计内容 - 4 -
七、 机构工艺动作分解及运动循环图 - 5 -
八、 杆件机构的分析 - 5 -
1. 速度分析： - 5 -
2. 加速度分析： - 8 -
3. 导杆结构的力分析 - 9 -
九、 小组成员数据及其绘制的曲线 - 11 -
十、 飞轮转动惯量的计算 - 12 -
十一、 电动机的选择与确定 - 14 -
十二、 凸轮机构的设计 - 17 -
十三、 参考文献 - 21 -
十四、 心得体会 - 21 -

一、 设计步骤
（1） 确定扭头刨床工作原理。
（2） 设计刨床各部件尺寸。
（3） 分配设计任务，确定分析点位。
（4） 分析刨床杆组机构各构件速度，刨刀的速度。
（5） 分析刨床杆组机构各构件加速度，刨刀的加速度。
（6） 分析刨床杆组机构个构件力，确定曲柄的理论驱动力矩。
（7） 收集、整理、矫正各点数据，在同一坐标系中进行绘制。
（8） 设计飞轮转动惯量
（9） 设计凸轮轮廓。
（10） 选用合理电机装置

二、 课程设计的性质、目的和任务 
1. 课程设计的目的：机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。其意义和目的在于： 
以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识； 
培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。
2. 课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各个机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书等。
三、 机械原理课程设计的内容和方法
a) 本次设计主要内容有 牛头刨床的原理学习
b) 牛头刨床中曲柄滑块，曲柄导杆机构的尺寸设计
c) 牛头刨床中刨刀的速度，加速度以及曲杆驱动力的分析
d) 根据最大盈亏功进行飞轮的设计
e) 凸轮机构的设计以及绘制凸轮理论实际轮廓曲线
f) 了解电机的相关知识，为机构选择合理电机

本次设计主要采用矢量图解法作为最主要的设计和分析方法，借用AutoCAD2012、Excel2010、Origin PRO 8.0等软件进行说明书的编写。无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理。
在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。
四、 设计任务分配
本小组一共有机械1113班某某某、某某某、某某某、某某某、某某某、某某、某某某七名成员，在课程设计的开始进行了任务分配。主要是对于扭头刨床的曲柄导杆，曲柄滑块，凸轮的设计上进行了任务的分配。
在曲柄滑块，曲柄导轨的设计中，我们组以曲柄竖直向下的位置作为分析的始点，每隔60度进行一次分析，分析内容包括了速度矢量图解法分析，加速度矢量图解法分析，力的矢量图解分析，这些点位分别由1（某某某）,2(某某),5（某某某）,6（某某某）,7（某某某）,10（某某某）计算。在这些点位的基础上做出两个极位（曲柄顺时75度和逆时针75度）（某某某）以及切削始点（顺时98度）（某某某）切削末点（逆时103度）（某某某）。普通分割点以及极位的选取可通过直接作图得到。切削始点的得来是在左极位中C点的位置向刨刀导轨右向皮平移0.05H，后以作为半径以点C为圆心作圆与点为圆心相交取两个交点中右侧交点即可。切削终点位置的选取亦可由此方案得到。
五、 设计原始数据
刨床参数
参数项目

刨削平均速度(mm/s)
550
行程速度变化系数K
1.40
刨刀行程H(mm)
300
切削阻力
4500
空行程摩擦阻力
225
刨刀越程量(mm)
15
刨头重量
520
杆件比重（N/m）
200
机器运转速度许用不均匀系数【】
0.05

导杆机构设计原始数据
参数项目
数值
方案II
(mm)
90
(mm)
117

凸轮原始数据
数据项目

[]

推杆运动规律
单位
mm
mm

mm
mm

2组
150
140
18
75
10
70
205
45
85
15
等加速等减速
六、 设计内容
（1） 确定导杆和机架的长度
由K=得
由此可得

导杆设计数据
数据项目

到刨刀平台的距离
数值（mm）
579.6
347.7
569.7

确定好了导杆部分的参数后
我们定以曲柄为最低点作为整个曲柄运动的起始点（即），以60度为分位的角度顺时开始记点分别为1、2、5、6、7、10再加上两个极位点3和9,以及切削始点4，切削末点8。

七、 机构工艺动作分解及运动循环图
（1）机构工艺工作：
牛头刨床的主运动为电动机→变速机构→摇杆机构→滑枕往复运动；
牛头刨床的进给运动为电动机→变速机构→棘轮进给机构→工作台横向进给运动。
（2）机构运动循环图

八、 杆件机构的分析
选取点位7
1. 速度分析：
如图所示

曲柄角速度
曲柄的角速度为
当曲柄位于7位置时
第一个点：

大小 ： ？ ？
方向 ：

取.做速度矢量图.

由速度影像法得

大小 ： ？ √ ？
方向 ： //导杆
继续做速度矢量图

2. 加速度分析：

大小 ： ？ ？
方向 ：

取.做加速度矢量图.

由加速度影像法得：

大小 ： ? √ ？
方向 ： √

继续做加速度矢量图.

3. 导杆结构的力分析：
对杆件5和6，受力分析如下

其中:
(向右)
（方向与相反）
（可以忽略）

而对于杆件5，有：

(与CB垂直)

23.4 ？ 11.48 520 ? 4500 151.89 8.695
向下 //CB 向下 向上 向左 向右 与相反
以此做矢量方程

由力的影像法，可得到：

对杆件3和4，有
惯性力矩：

惯性力：

得出：
=5836.73N
又，

九、 小组成员数据及其绘制的曲线
点位编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
备注

左极位
切削始点

切削终点
右极位

角度
0
60
75
98
120
180
240
257
285
300
360
速度
-1360
-315
0
480
630
801
568
466
0
-308
-1360
加速度
-269
8156
6966.2
4660
3450
160
-3308
-3960
-6941
-8800
-269
曲柄力矩
48
13.6
0
20突变到201
374.13
545.68
349.8
190突变到2
0
18.37
48
速度图：

加速度图：

力矩图

十、 飞轮转动惯量的计算
1．环取取曲柄为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr 确定一个运
动循的等效阻力矩
根据值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置
时的功。因为驱动力矩可视为常数，所以按照
确定等效驱动力矩。利用软件Origin pro 我们可得：

2.及的数值和图3. 根据最大盈亏功的定义，做（角度）--（Mr-Md）图，如下图所示

利用软件Origin Pro 8.0算面积可以得到：
最大亏功为-16794.3255
最大赢功为17789.268875
最大盈亏功
不计算，飞轮的最小转动惯量：

十一、 电动机的选择与确定
由上面的讨论得出
1）．根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循环中阻力矩所做的功。
Wr = Fr ×（0.9H）+ 0.1Fr1×（1.1H）=1222.43J
2)．计算刨刀切削运动所需的功率
Pr = Wr ×k vm / H (1 +k) =1307.32W
3)．考虑到机械摩擦损失及工件横向进给运动所需功率

查阅资料可以得到，转速应为中等转速较好，减速机构齿轮齿数不会太大，根据牛头刨床的工况为低速轻载，速度比较稳定，具有飞轮调速，冲击较小的特点。应该选用的电机为：
Y112M-6型电动机
额定功率为2.2KW。转速为940r/min.
十二、 凸轮机构的设计
已知条件

凸轮的分工安排：由某某某、某某某画完，共计30个点，并对一些点的进行了理论轮廓曲线和实际轮廓曲线的解析法验证，对其误差进行了分析，胡长风对回程阶段选取了一些点进行分析。

设计内容与步骤
二次项运动规律：

当处于推程等加速运动规律上摆阶段：
始点：
终点：
因此，
当处于推程等减速运动规律上摆阶段：
始点：
终点：，
因此，
所以可知回程等加速、等减速运动规律下摆阶段的运动方程为：

回程阶段：

解析法检验理论轮廓线
③点17：，

从图中量得，
误差：

④点23：，

从图中量得，
误差：

回程阶段的检验

解析法检验实际轮廓线
③点17：，，，

因为凸轮的工作线为内等距线，所以

从图中量得，
误差：

④点23：，，，

因为凸轮的工作线为内等距线，所以

从图中量得，
误差：

十三、 参考文献
1) 孙桓等 机械原理，高等教育出版社，2005.5
2) 邹慧君，机械设计原理，上海交通大学出版社，1995.7
3) 郑文纬、吴克坚，机械原理（第七版），高等教育出版社，2002.6
4) ，机械设计课程设计指导书，高等教育出版社，2002.6
5) ，机械原理课程设计指导书，高等教育出版社，2002.6
十四、 心得体会
将近两周的课程设计快结束了，通过这两周天的课程设计，我更深入的了解了机械原理中用矢量图解这一重要接替方法，并复习使用了AUTO CAD这类二维画图软件。这次实践性质的课程设计给我很多思考和收获。
之前在学习机械原理这门课程的时候，觉得自己还学得不错，一般的题目都能解得出来，但是遇到了课程设计，这就完全不同于平时的题目了，这就涉及到各种复杂的情况了，更接近于我们参加工作以后可能会碰到的工程的难题。这次课程设计就给了我一次很好的锻炼的就会。再对于二维画图软件AUTO CAD，我觉得这是每一个机械生的基本功，但是到了这次用CAD画图的时候，我还是有一些命令和画图方法忘记了，不过经过半小时的摸索，以前工程制图里面的知识还是回忆起一些来了。以后绘图软件要多接触，多练习。还有机械创新设计大赛快要开始了，要多学三维软件，希望以后学校可以开设相关的课程或者课程设计。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“实践出真知”、“千里之行始于足下“。通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

机电工程学院
机械++++班
某某某
0806000000
2013年7月12日
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