机械原理课程设计牛头刨床吴春阳范本.doc

机械原理课程设计牛头刨床吴春阳2020年4月19日文档仅供参考浙江理工大学机械原理课程设计计算说明书设计题目：牛头刨床设计 专 业：机械类11（3） _ 设 计 者：吴春阳 学 号： 指导教师： 胡明 设计时间： -6-23到 -6-30 机械与自动控制学院机械原理课程设计任务书姓 名：吴春阳 专 业： 机械类班 级：机械11（3）班 学 号：3 任务起至日期： 年 6月 23日 至 年 6月 30日课程设计题目：牛头刨床设计已知技术参数和设计要求：1.已知技术参数图1 牛头刨床机构简图及阻力线图表1 设计数据导杆机构运动分析工作行程H行程速比系数K 473901105400.330.5240503101.40导杆机构的动态静力分析2608004200801.2飞轮转动惯量的确定14401020400.50.30.20.2凸轮机构的设计从动件最大摆角推程远休止回程1512641651065齿轮机构的设计10060033.520工作量：完成4张A2图纸，1份计算说明书指导教师签字： _ 年 月 日 目 录1.牛头刨床的工作原理和机构组成52.导杆机构6 2.1.导杆机构尺寸的确定 6 2.2.导杆机构的运动分析 6 2.3导杆机构的动态静力分析133.凸轮机构的设计 164.齿轮机构的设计185.飞轮机构的设计196.设计小结20参考文献201.牛头刨床的工作原理与机构组成 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图。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做往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低而且均匀，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，称回行程，此时要求速度较低而且均匀，以提高生产效率。为此刨刀采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8经过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离），而空回行程中则没用切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图1-1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图2.导杆机构2.1.导杆机构尺寸的确定表2-1 导杆设计数据导杆机构 运动分析工作行程H行程速比系数 K473901105400.330.5240503101.40导杆机构的动态静力 分析2608004200801.22.2.导杆机构的运动分析2.2.1.设计步骤做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形。以上内容画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和8为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1和8为切削起点和终点所对应的位置，其余2，312等，是由位置1起顺时针方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1） 设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图1-1）。2） 作机构运动简图。选取比例尺按表21所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图22；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1和8两位置。共计14个机构位置。图2-2 曲柄位置图3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.1（）和加速度比例尺=100（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形.2.2.2.分析步骤1).选取长度比例尺，作出机构在位置1 的运动简图。 如一号图纸所示，选取=l/OA（)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表示，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其它相关分析图形的位置。 取曲柄位置“2”进行速度分析 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 A4 = A3 + A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=10，作速度多边形。如图2-3。A2 VBVCBVCPA4杆P1 图2-3 曲柄位置2速度多边形则由图2-3知，A4=0.2525 A4A3=0.4786 B5=B4=A4O4B/ O4A=0.3178取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC其速度多边形如图2-3所示，有C5=0.305 取曲柄位置“2”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得 aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向左）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形。如图2-4所示 图2-4 曲柄位置2加速度多边形由已知条件可求得：a A3=22lO2A4l =5.3254a A4A3k =21A4A3=1.127a A4n =12lO4A4l=0.2972用加速度影像法求得：a A4t=3.5 a A4A3=2.4取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图2-4所示，同理有 aC =5.95取曲柄位置“4”进行速度分析取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P1，速度比例尺v=10，作速度多边形如图2-5。 A4VCBVB PP1VCA4杆图2-5 曲柄位置4速度多边形则由图2-5知，A4=0.5277 A4A3=0.112 B5=B4=A4O4B/ O4A=0.5739 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC根据其速度多边形如图2-5所示，有 C5= 0.58 取曲柄位置“4”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3 大小 ? ? ? 方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向左）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形图如图2-6所示 图2-6 曲柄位置4 加速度多边形由已知条件可求得：aA4n=12lO4A4l=11.2 a A3n =22lO2A4l=5.3254 a A4A3k =21A4A3 =0.51取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图26所示，同理有 aC =2取曲柄位置“ 6”进行速度分析取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B取速度极点P1，速度比例尺v=10，作速度多边形如图2-7所示。P1 VCA4杆VCBPVBA6图2-7 曲柄位置6速度多边形则由图2-7知，A4=0.4462 A4A3= 0.3062B5=B4=A4O4B/ O4A=0.5065取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B5 + C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC其速度多边形如图2-7所示，有C5= 0.5取曲柄位置“6”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4= a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O4B AO2 O4B（向右）O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=200,作加速度多边形。如图2-8所示。图2-8 曲柄位置6加速度多边形由已知条件可求得： a A3=12lO2A6l =53.2 aA4A3k=21A4A3=11.5 a A4n =12lO4Al=8.37用加速度影象法求得：a A4t=1.9 a A4A3=2.9取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5 大小 ? ? 方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图4-6所示，同理有aC =3.92.3.导杆机构的动态静力分析 已知：各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量JS4及切削力P的变化规律 要求：按表所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容在运动分析的同一张图纸上。 选取5位置导杆机构的动态静力分析 其阻力体如图2-9，选取力比例尺=100PFRI6FI6G6PFR45G6yFRI6FR45x图2-9 曲柄位置5阻力体示图、力多边形图已知P=4200，G6=800，又ac=3,那么我们能够计算FI6=-m6ac =- G6/gac =-800/9.813N=-244.9又 F = P + G6 + FI6 + FR45 + FRI6 =0方向： x轴 y轴 与ac反向 BC y轴大小： 4200 800 -m6a6 ? ? 作力多边行如图2-9所示，选取力比例尺N=100。由图2-10力多边形可得：FR45=CDN=44.5100N=4450 Fy= ADN=6100N=600分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图2-10所示。FR34FR54G4FR14 图2-10杆组力体图已知：FR54= FR45=4450 N 取构件4为受力平衡体，对A点取矩得：F = FR54 + FR34+ FR14+ G4 = 0 方向: BC O4B ? 竖直向下 大小： ? ？ 作力的多边形如图2-10所示，选取力比例尺N=100。FR34*LO4A= FR54sin（7.2）*LO4B+G4 *sin（9.7）*LO4S4 FR54=FR45=4450 解得：FR34=4780FR34FR14G4FR54图2-11力多边形图由图2-11得：FR14=LGFN=8100N=800N因为曲柄2滑块3的重量可忽略不计，有FR12= FR32对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图2-13示：FR32MFR12图2-13 曲柄2静力分析曲柄2为受力平衡体，对O2点取矩得：FR12= FR32MO2= M- FR32 sin(78)L O2 Al=0即M=514.313.凸轮机构的设计 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出凸轮轮廓线。以上内容做在2号图纸上。设计过程选取比例尺，作图l=1.0。推程角和回程角相等且0 =65，凸轮角速度w=4.91)等加速推程阶段公式：=2max * /0 d/d=4max * * w/0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上1点开始分别取=0，10，20,30，32.5带入上面三个 公式，分别计算四个点的，d/d，d/d。这几个点分别记作点1、2、 3,4，4。 2)等减速推程阶段公式：=max2max *（0）/0 d/d=4max * w（0 ） /0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上1点开始分别取=40，50,60，65带入上面三个公式，分别计算出四个点的，d/d，d/d。这几个点分别记作点5、6、77。点8在70处，位于远休止角处。 3)等加速回程阶段公式：=max2max * /0 d/d=4max * * w/0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上65点开始分别取=10，20,30，32.5带入上面三个公式，分别计算四个点的，d/d，d/d。这几个点分别记作点9、10、11、11。 4)等减速回程阶段公式：=2max *（0）/0 d/d=4max * w（0 ） /0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上65点开始分别取=40，50,60，65带入上面三个公式，分别计算四个点的，d/d，d/d。这几个点分别记作点12、13、14、14。根据上面的一系列点，画摆角随着凸轮的转变化的图像图像（纵坐标比例尺2=0.00374），d/d随着凸轮的转变化的图像纵坐标比例尺（2=0.0454），d/d随着凸轮的转变化的图像（2=0.438）， 确定基圆的半径和中心距； 以摆杆长为半径，以摆动中心为圆心，以最大摆角max角为圆心角作圆弧。自摆动中心作一系列辐射线按预定摆角分割max，所对应的弧，得到相应的分割点。在摆动中心相应辐射线上由各分割点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于lO2O9*d/d，截取方向根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90o后所指的方向来确定。然后过各线段的末点作与相应辐射线的法线的夹角成为（许用压力角）的直线，即一系列直线确定凸轮中心的安全区域，然后在安全中心确定凸轮中心，找到最小基圆半径；分别取相应的凸轮基圆半径r0=60和中心距O2O9=154.5。 以O2 为中心， r0 为半径，画出凸轮基圆 在凸轮基圆上面找一点D，以D点为圆心，以lO9D圆为半径画一段圆弧1。再以O2为圆心，以lO2O9为半径画一段圆弧2与圆弧1相交于点O9，则O9即为摆杆的中心。 连接点O9和D，O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以10对推程角前60等分为6分，推程推程最后一段为5、以10对回程角前60等分为6分，回程角最后一段为5。将摆杆O9D对应的max =15按照辐射线所分割出一系列的点，以O2为圆心，以O2到这些点的距离为半径分别做一系列圆弧。在这些圆弧对应的地方画出滚子圆，于是得到了滚子圆心所构成的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的理论轮廓线。最后画出一条与各个滚子圆相切，这样就得到了凸轮的实际轮廓线。4.齿轮机构的设计4.1.计算步骤确定Z1,Z2的齿数并根据图像法计算变位系数，根据渐开线的形成原理作图于A2纸上。ioo=do/do=3;no=1440;no=480;n2=47ioo2=no/n2=z2z1/zoz1=10.21;z1=40;z1=10;zo=20z2=51根据计算得变位系数取X1=0.4 ; X2= -0.4节圆：d1=z1m12=60; d2=z2m12=306;尺顶圆： ha1= 8.4， da1=d1+2ha1=76.8; ha2= 3.8, da2=d2+2ha2=313.2;基圆： d基1=d1cos=56.4; d基2= d2cos=287.5;齿根圆： hf1=10.2 df1=d1-2hf1=49.8, hf2=9.9 df2=d2-2hf2=286.2S1= m12/2+2m12x1tan20=11.17S2= m12/2+2m12x2tan20=7.684.2.绘制步骤1. 选取适当得比例后确定齿轮中心O1 O2。分别以O1O2为圆心做基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。2. 画两齿轮基圆内的公切线，它与连心线O1O2的交点为节点P，而P点又为两圆的切点，基圆内公切线N1N2与过P点的节圆切线间的夹角为啮合角。3. 过节点P分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线。4. 按已算得的齿厚s和齿距p计算对应的弦长s，p。 s= m/2+2mxtan P= m/2-2mxtan按s和p在分度圆上截取弦长得A、C点，则AB=s，AC=s5. 齿轮O1的齿顶圆与基圆内公切线N1N2的焦点即为B1，齿轮O1的齿顶圆与基圆内公切线N1N2的焦点即为B2，B1B2的长度即为齿轮黏合长度。6. 做出齿廓工作段。B2为起始啮合点，以O2为圆心、O2B1为半径做圆弧交齿轮2的齿廓于b2点到齿顶圆上点a2一段为齿廓工作段。同理可做出齿轮1的齿廓工作段。5、飞轮机构的设计已知 ：机器运转的速度不均匀系数，平衡力矩M，飞轮安装在O2处，驱动力矩Ma为常数。阻力矩123456789101112M/Nm0253.8416.4434.6493.3430.4287.831.1198.5572.472.2-303.51、根据2所算出来的的12个点的反力矩M绘制Mc（）和Ma（）的图像，数据如下：2、根据图像Mc（），用积分法求一个循环中阻力功Ac=Ac（）的图像。3、求最大动态剩余功A。将Aa=Aa（）图像与Ac=Ac（）图像的纵坐标想减，即得到一个运动循环中的动态剩余功图像A= A（）。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩余功A。4、根据公式 JF =900A/(n2)由图已知：A=342.4 n2=47解得：JF =900342.4/(470.15)=94.236.设计小结 将近一个星期的机械原理课程设计终于结束了，在这次实践的过程中我学到了上课无法领会的部分,而且领略到了室友在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己能够提出一些问题然后解决它的快乐。 在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,比如室友很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题。而我相对于她来说就比较不独立，不理解的都去问她，这也让我感受到了友谊的重要性。其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果。因此我们要端正自己的态度，有明确的目的，只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题. 在今后的学习中,我希望自己能够戒骄戒躁,端正,虚心认真，要永远的记住一句话:态度决定一切.参考文献1 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理M(第七版).北京：高等教育出版社， .2 罗洪田. 机械原理课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，1986.