牛头刨床机械原理课程设计学士学位论文.doc

机械原理课程设计
说明书

课题名称：机械原理课程设计
学 院：机电工程学院
专业班级：机械工程
学 号：201430010308
学 生：曾令平
指导老师：王智辉

目 录

摘要.......................................................................................................................3
一、设计任务....................................5
二、导杆机构的运动分析.....................................................................................5
1、设计数据.......................................................................................................5
2、机构运动简图.6
3、位移分析.......................................................................................................6
4、速度分析....................................................................................6
三、 凸轮机构的设计...........................................................................................9
1、设计数据.......................................................................................................9
2、作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计..........................................9
四、齿轮机构的设计...........................................................................................11
1、设计数据.....................................................................................................11
2、处理数据...........................................11
3、绘制啮合图..................................................................................................12
总结......................................................................................................................13
参考文献..............................................................................................................14
14

一、设计任务

机械原理课程设计的任务是对机器的主体机构进行运动分析，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计。本组为第二组，安排的任务为：按照第一方案设计各个主体机构的简单绘图，绘制必要的图纸和编写说明书等。
机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

二、导杆机构的运动分析
1、设计数据：
见表9-2
设计内容
导 杆 机 构 的 运 动 分 析
符号
n2
l0204
l02A
l04B
lBC
l04S4
XS6
YS6
单位
r/min
mm
方案
Ⅰ
60
380
110
540
0.25 l04B
0.5l04B
240
50
Ⅱ
64
350
90
580
0.30 l04B
0.5l04B
200
50
Ⅲ
72
430
110
810
0.36 l04B
0.5l04B
180
40
设计内容
导 杆 机 构 的 运 动 分 析
符号
G4
G6
P
YP
JS4
单位
N
mm
kg·m2
方案
Ⅰ
200
700
7000
80
1.1
Ⅱ
220
800
9000
80
1.2
Ⅲ
220
620
8000
100
1.2

2、机构运动简图:（见图纸）

取曲柄位置“1”进行速度分析、位移分析。

3、 位移分析:（尺测）
（一）在推程过程中： S=15mm
（二）在回程过程中： S=265mm

4、 速度分析:
（一）在推程过程中：
由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于ω2 lAO2, 方向垂直于 AO2 线，指向与ω2一致。
υAO2=2πn1×lAO2 计算得： υAO2=6.28×0.11m/s=0.69m/s （⊥AO2）
（1）取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程。
得： υAO4(绝对)=υAO2(绝对)+υAO4AO2(相对)
大小 ? √ ?
方向 ⊥AO4 ⊥AO2 ∥AO4
取速度极点P，速度比例尺µ=0.08 ，作速度多边形（见图纸）。

由图得：
υAO4=0.58m/s (⊥AO4向右)
因B与A同在导杆4上，根据比例关系：
υB/υAO4= lBO4/ lAO4
计算得： υB=0.69m/s

（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。
得： υC = υB + υCB
大小： ? √ ?
方向： 水平 ⊥O4B ⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μ=0.08(m/s)/mm ，作速度多边形（见图纸）。
由图得：
υC=0.68m/s (水平向右)

（二） 在回程过程中：
由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于ω2lAO2, 方向垂直于 AO2 线，指向与ω2一致。
υAO2=2πn1×lAO2 计算得： υAO2=6.28×0.11m/s=0.69m/s （⊥AO2）
（1） 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程。
得： υAO4(绝对)=υAO2(绝对)+υAO4AO2(相对)
大小 ? √ ?
方向 ⊥AO4 ⊥AO2 ∥AO4
取速度极点P，速度比例尺µ=0.08(m/s)/mm ，作速度多边形（见图纸）。
由图得：
υAO4=0.58m/s (⊥AO4向左)
因B与A同在导杆4上，根据比例关系：
υB/υAO4= lBO4/ lAO4
计算得： υB=0.56m/s

（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。
得： υC = υB + υCB
大小： ? √ ?
方向： 水平 ⊥O4B ⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μ=0.08(m/s)/mm ，作速度多边形（见图纸）。
由图得：
υC=0.54m/s (水平向左)

三、凸轮机构的设计

1、设计数据：

符号
ψmax
lO7D
[ a ]
Φo
Φo1
Φo '
Φo2
单位
（ °）
mm
数据
15　　.　　
125
40
61
15
75
10
在推程过程中
（由ψ－Φ曲线得）
ψ（ °）
Φ（ °）
0
0
10
0.6
20
2.1
30
4.5
40
8.1
50
11.4
60
13.5
75
15

依据上述运动方程绘制角位移ψ、Φ的关系曲线（见图纸）

2、作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：
⑴设计原理
设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（－ω）（ω为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（－ω）绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。
在回程过程中
（由ψ－Φ曲线得）
ψ（ °）
Φ（ °）
85
15
100
13.5
110
11.4
120
8.1
130
4.5
140
2.1
150
0.6
160
0
⑵设计凸轮轮廓：
① 将ψ－Φ 曲线图（见图纸）的推程运动角和回程运动角个分成不均等的8份，按式求个该分点对应的角位移值。（见右表）
② 选取适当的长度比例尺μ定出O2和O7的位置（选取μ=2:1）。以O2为圆心以60mm为半径作基圆。以O2为圆心，以lO2O7/μ为半径，作圆。则O2O7便是从动件的起始位置，注意，要求从动件7按照（右图的数据）顺时针摆动相应的角度佐出凸轮轮廓。
③ 依次取推程运动角Φ0=75°，远休止角Φs=10°，回程运动角Φo’=75和近休止角Φs’=200°,并将推程和回程运动角各分成不均等的8份,得到不同的16个点。它们便
是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。
⑤ 最后将各个点连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。
B、绘制凸轮的实际轮廓：
① 在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。
② 作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓。
C、校核轮廓的最小曲率半径ρmin：
在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径rt 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。

四、 齿轮机构的设计

1、设计数据：

符号
Z1
Z2
m
a
单位

mm
（ °）
数据
10
40
6
20

2、处理数据： (ha*=1,c*=0.25)

(10)

(40)
分度圆直径Φd
60
240
基圆直径Φdb
56.4
225.6
齿顶圆直径Φda
72
252
齿根圆直径Φdf

45
225
分度圆齿厚S
9.42
分度圆齿槽宽e
9.42
分度圆齿距P
18.84
中心距a
150

3、绘制啮合图 (μ=2:1)
齿轮啮合图是将齿轮各部分按比例尺(μ=2:1)画出齿轮啮合关系的一种图形.它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数,并可借助图形做必要的分析。
(1) 渐开线的绘制: 渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制,如图以齿轮轮廓线为例，其步骤如下:
① 按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径，画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合,故节圆与分度圆重合.
② 连心线与分度圆(节圆)的叫点为节点P,过节点P作基圆切线,与基圆相切与N2,则即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段．
③ 以线段为半径，作出大齿轮的一条渐开线齿廓，并以P点为始点在分度圆上量出齿槽宽e的距离，记作A点。并过A点作出该分度圆的切线，记作B点，以线段作为半径作出另一条渐开线齿廓。
④ 再以P点为始点在分度圆上划出分度圆齿距P的距离，记作C点，过C点作出该基圆的切线，记作D点。并以为半径，作出另一个齿的一条渐开线齿廓。如此类推，即可。
⑤而小齿轮的画法也是如此，不过齿根那两边则将原来的曲线作成镜像即可。

总 结
通过本次课程设计，我对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。同时在设计的整个过程中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。
另外在设计的过程中，我将不断培养自己的合作能力。自从第一天开始我们全组同学就积极投入到学习中去，完成各自的数据计算，基本草图的绘制，数据的简单处理，为了不影响全组同学的最后数据的计算和数据的统计，我每天都呆在绘图室里五六个小时，尽快完成当天的工作，为本组成员提供参考和数据的分析等等。我认为大家积极与他人交流，讨论设计过程遇到的难题，一起去解决。这种学习的方法也是值得借鉴的，在讨论中学习，而且这种由同学自己得到的东西，同学们记得会更加的深刻，另外在讨论学习过程中同学们之间的关系会更加密切，非常有利于增进同学之间的友谊。
通过本次课程设计使我明白了自己知识还比较欠缺，需要学习的东西好有很多，以前总认为自己掌握很好的东西，其实差的还很远，尤其是在机械这个大行业里面，学了那么一丁点的东西，根本拿不出手，要想真正的在这个行业中有所建树，付出是你必须的，而且是不遗余力的去努力学习。
最后感谢指导老师张金明对我们的悉心指导以及各位同学的帮助，顺利的完成了本次的课程设计，努力改正自己的缺点与不足，为以后的工作道路打下坚实的基础。

参考文献
1、《机械原理》 /孙恒、陈作模、葛文杰主编——第七版