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  机械原理 课程设计说明书 设计题目:牛头刨床的设计 机构位置编号:7和12 方案号:Ⅰ 班 级:2012220101 姓 名:喻寰 学 号:0 2014年7月3日 前 言 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实践环节。是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。其基本目的在于: (1)进一步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。 (2)使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。 (3)使学生得到拟定运动方案的训练,并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。 (4)通过课程设计,进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。 (5)培养学生综合运用所学知识,理论联系实际,独立思考与分析问题能力和创新能力。 目 录 第一章 概述 1.1 课程设计的任务―――――――――――――――1 1.2 课程设计的目的―――――――――――――――1 1.3 课程设计的方法―――――――――――――――2 第二章 牛头刨床简介及工作原理 2.1 机构简介――――――――――――――――――3 2.2 牛头刨床机构工作原理――――――――――――4 第三章 牛头刨床的运动分析 3.1 设计数据――――――――――――――――――5 3.2 导杆机构运动简图画法――――――――――――6 3.3 导杆机构的运动分析―――――――――――――7 第四章 牛头刨床的静力分析 4.1 导杆机构的动态静力分析―――――――――――14 第五章 凸轮机构的设计 5.1 凸轮机构的设计―――――――――――――――16 第六章 齿轮机构的设计 6.1 齿轮机构的设计―――――――――――――――19 参考文献――――――――――――――――――――21 第一章 概 述 1.1 课程设计的任务 机械原理课程是高等学校机械类近机类专业本、专科学生较全面地运用已学过的知识,特别是机械原理部分已学过的知识的知识第一次较全面地对一项工程实际的应用问题从任务分析、调查研究、方案比较、方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动和动力学分析与设计的基本训练,是该课程的一个重要实践环节。其目的在于运用已学过的知识培养学生创新能力,用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺寸,并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机构运动分析及动力分析,学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图等基本技能。在此基础上初步掌握 计算机程序的编制,并能用计算机解决工程技术问题。学会运用团队精神,集体解决技术难点的能力。 1.2 课程设计的目的 (1) 按设计任务书要求调研、比较设计的可能方案,比较方案的优劣,最终确定所选最优设计方案 (2) 确定杆件尺寸 (3) 绘制机构运动简图; (4) 对机械行运动分析,求出相关点或相关构件的参数,如点的位移、速度、加速度;构件的角位移、角速度、角加速度。列表,并绘制相应的机构运动线图如位移与原动件角曲线;速度与原动转角曲线;加速度与原动件转角曲线) 根据给定机器的工作要求,在此基础上设计飞轮 (6) 根据方案对各机构进行运动设计,如对连杆机构按行程速比系数进行设计;对凸轮机构按从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线;对齿轮机构按传动比要求设计齿轮减速机构,确定齿轮传动类型,传动比并进行齿轮几何尺寸计算,绘制齿轮啮合图。按间歇运动要求设计间歇运动机等等 (7) 要求学生根据设计任务,绘制必要的图纸 (8) 编制设计计算程序及相应曲线、图形;编写设计说明书 1.3 课程设计的方法 机械原理课程设计的方法,大致可分为图解法和解析法两种,图解法的几何概念气清晰、直观,但需逐个位置分别分析设计计算精度较低;解析法精度高,且可对各个位置进行迅速分析计算,但需要有效方便的计算软件。随着计算机的普及,计算绘图软件增多,图解法除了用人工绘图分析设计,还出现了利用计算机进行图解设计分析计算,他的精度也可随之提高,同时又保持了形象,直观的优点,因此此法也不失是一种值得提倡的方法。 第二章 牛头刨床简介及工作原理 2.1 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,称工作行程,此时要求速度较低并且均匀,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,以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每次削完一次,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。刨头在工作行程中,必威体育官网,受到很大的切削阻力,而空回行程中则没有切削阻力。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,故需安装飞轮来减少主轴的速度波动,以提高切削质量和减少电动机容量 图2-1 2.2 牛头刨床机构工作原理 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如上图所示。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1-2-3-4-5-6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,称工作行程,此时要求速度较低并且均匀,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。因此,刨床采用具有急回特性的导杆机构。刨刀每切削完成一次,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。 第三章 牛头刨床的运动分析 3.1 设计数据 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。刨头在工作行程中,受到很大的切削阻力,而空回行程中则没有切削阻力。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,故需装飞轮来减小株洲的速度波动,以减少切削质量和电动机容量。 表格3-1 设计内容 导杆机构的运动分析 符号 n2 LO2O4 LO2A LO4B LBC LO4S4 xS6 yS6 单位 r/min mm 方案I 60 380 90 580 0.25LO4B 0.5LO4B 240 50 3.2 导杆机构运动简图的画法 曲柄位置图的作法为:任取位置O4,沿Y轴正向取LO2O4长即可取得位置O2,以O2为圆心,LO2A长度为半径做一个圆,此圆即为曲柄2的运动轨迹。过O4点做曲柄运动轨迹的切线B,左右两切线的极位位置。以左极位与曲柄运动轨迹的切点为1点,顺时针沿圆周每隔30°取一点,将圆周12等分,取其中7、12点即为我所做位置。以O4为圆心,LO4B长为半径做圆弧,连接12点与O4、7点与O4,其延长线与圆弧交点分别为B、B'点。以B、B'为圆心,LBC长为半径做圆,与圆弧高的垂直平分线的交点分别为C、C'点,连接BC、B'C'。再画出各运动副与滑块,即为导杆机构运动简图。 图3-1 3.3 导杆机构的运动分析 取速度比例尺μv=(0.0055πm/s)/mm,加速度比例尺μa= (0.0055π2m/s2)/mm。 表格 3-2 位置 未知量 方程 方法 7号位置和12号位置 υ A υ A = υ A4 + υ AA4 大小 √ ? ? 方向 ⊥O2A ⊥O4A ∥O4A 点的速度合成定理 υ B υ B = ω4 × L O4B 大小 ? √ √ 速度瞬心法 υ C υ C = ω5 × L P15C 大小 ? √ √ 速度瞬心法 a A a a = an e + at e + a r + a c 大小 (ω5)2L O2A (ω4)2L O4A ? ? 2ω4υ AA4 方向 ∥O2A ∥O4A ⊥O4A ∥O4A ⊥O4A 点的加速度合成定理 a C a C = an B + at B + an CB + at CB 大小 ? (ω4)2L O4B ɑ4L O4B (ω5)2L BC ? 方向 水平 ∥O4B ⊥O4B ∥BC ⊥BC 基点法 7号位置速度图 图3-2 由图解得:υ C=0.446851m/s 7号位置加速度图 图3-3 图3-4 由图解得:a C=3.357604m/s2 12号位置速度图 图3-5 由图解得:υ C=0.633246m/s 12号位置加速度图 图3-6 图3-7 由图解得:a C=8.917664m/s2 表格 3-3 位置 要求 图解法结果 7 υ C(m/s) 0.446851 a C(m/s2) 3.357604 12 υ C(m/s) 0.633246 a C(m/s2) 8.917664 各点的速度,加速度分别列入表格3-4,3-5中。 表格 3-4 项目 位置 ω2 ω4 υ A υ B υ C 7 6.283185 0.845679 0.691150 0.456666 0.446851 12 6.283185 1.218994 0.691150 0.658255 0.633246 单位 r/s r/s m/s 表格 3-5 项目 位置 ɑ4 a A an B at B a C 7 6.3925514 4.342626 0.386190 3.451975 3.357604 12 16.378284 4.342626 0.802409 8.844273 8.917664 单位 rad/s2 m/s2 第四章 牛头刨床的静力分析 4.1导杆机构的动态静力分析 取力比例尺μ F=50N/mm,重力加速度g=9.8m/s2,分析导杆在7位置时导杆机构的受力情况。 对构件6用达朗伯原理进行受力分析可得(图 4-1): ΣF = P + F g6 + G 6 + F R56 + F R16 = 0 大小 7000N a C(G 6/g) 700N ? ? 0N 方向 ← → ↓ ∥BC ↑ √ 图 4-1 已知P=9000N,G6=800N,又a C=3.357604m/s2 可得:F g6=a C(G 6/g)=3.357604×(700/9.8)=239.828857(N) 所以根据图 4-1所示力多边形可得:F R56=6765.32N, F R16=963.95N 将构件6的力系向C点取矩,可得: ΣM=M P+M Fg6+M G6+M FR16=0 代入数据得:F R16作用点在距O6右侧水平767.7mm处。 将构件4的力系向O4点取矩,可得: ΣM=Mg4+M G4+M FR34+M FR54=0 Mg4=J S4×ɑ4=7.031807N·m 代入数据得:F R34=8354.814363N 对构件4用达朗伯原理进行受力分析可得(图 4-2): ΣF = G 4 + F R34 + F R54 + X O4 + Y O4 = 0 大小 200N √ F R56 ? ? 0N 方向 ↓ ⊥O4B ∥BC ← ↑ √ 图 4-2 已知G 4=200N,F R34=8354.814363N,F R54=F R56=6765.32N 根据图 4-2所示力多边形可得:X O4=1331.455N, Y O4=2093.17N 将构件2的力系向O2点取矩,可得: ΣM=M 2+M FR32=0 代入数据得:曲柄上所加平衡力矩M 2=475.6N·m,方向为顺时针 凸轮机构的设计 5.1 凸轮机构的设计 已知:摆杆9为等加速等减速运动规律,其推程运动角δ 0,远休止角δ 01,回程运动角δ 0',摆杆长度L O9D,最大摆角Φ max,许用压力 角[α],凸轮与曲柄共轴。 Φ max=15° L O9D=125mm [α]=40° δ 0=75° δ 01=10° δ 0'=75mm 要求:确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径,画出凸轮实际廓线°/mm,作图 齿轮机构的设计 6.1 齿轮机构的设计 已知:电动机、曲柄的转速n、n,皮带轮直径d、d,某些齿轮的齿数z,模数m。分度圆压力角;齿轮为正常齿制,工作情况为开式传动。 要求:计算齿轮z的齿数,选择齿轮副z- z的变位系数,计算这对齿轮的各部分尺寸,用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。 设计过程: 1.首先根据已知的条件求出z的齿数。 n2/no'=z1/z2 no'/no'' =zo''/z1' no'/no''=do''/do' 得出:z=40 经分析计算取变位系数 X=-X=0.5 2.再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下: d= m×Z=6×10=60mm d=m×Z=6×40=240mm r=r×=28.2mm r= r×=112.8mm h=(h+x) m=(1+0.5) ×6=9mm h=(h-x) m=(1-0.5) ×6=3mm h=( h+c-x)m=(1+0.25-0.5) ×6=4.5mm h=( h+c+x)m=(1+0.25+0.5) ×6=10.5mm r= r+ h=30+9=39mm r= r+ h=120+3=123mm r= r- h=30-4.5=25.5mm r= r-h=120-10.5=109.5mm s= m/2+2 mx=11.6mm s= m/2+2 m (-x)=7.2 mm 参考文献 【1】 周慧君,张青主.机械原理课程设计手册【M】.第二版 【2】 高英武,杨文敏.机械原理课程设计 【3】 龚桂义,潘沛霖.机械设计课程设计图册【M】.第三版 【4】 孙桓,陈作模.机械原理【M】.第七版.北京:高等教育出版社,2006. 【5】 曲继方.机械原理课程设计【M】.北京:人民教育出版社,1989. 【6】 孙桓,陈作模.机械原理【M】.第五版.北京:高等教育出版社,1997.

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