机械原理课程设计牛头刨床(完整图纸)_机械/仪表_工程科技_专业资料。机械 原理课程 设计说明书 系部名称: 机电系 专业班级: 04机制三班 姓 名: 学 号: 目录 批阅教 概 师签字 述····························

  机械 原理课程 设计说明书 系部名称: 机电系 专业班级: 04机制三班 姓 名: 学 号: 目录 批阅教 概 师签字 述·······························3 设 计 项 批阅日期 目······························· 1.设计题目························4 2.机构简介························4 3.设计数据························4 设计内容······························· 1.导杆机构的设计··················5 2.凸轮机构的设计···················12 3.齿轮机构的设计···················17 设计体会 ·····························20 参考文献 ······························21 附 图 ····························· 概述 一、机构机械原理课程设计的目的: 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实践环节。 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。 二、机械原理课程设计的任务: 机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构(连杆机构、凸轮机 构、齿轮机构以及其他机构)进行设计和运动分析、动态静力分析,并 根据给定机器的工作要求,在此基础上设计凸轮、齿轮;或对各机构进 行运动分析。要求学生根据设计任务,绘制必要的图纸,编写说明书。 三、械原理课程设计的方法: 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 几何概念较清晰、直观;解析法精度较高。根据教学大纲的要求,本设 计主要应用图解法进行设计。 [设计名称]牛头刨床 一. 机构简介: 机构简图如下所示: C B d0 Z0 d0 n0 电动机 o o Z1 A D n2 O2 8 O9 Z2 O4 Z1 1 9 E 7 工件 工作台 棘轮 O11 牛头刨床机构简图 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,必威体育官网,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。 二. 设计 内容 符号 设计数据: 各已知数据如下图所示,未知数据可有已知数据计算求得。 导杆机构的运动分析 凸轮机构设计 单位 r/min 方案 60 380 Ⅰ 设计 内容 符号 mm 110 540 0.25 15 125 lO4B 齿轮机构设计 mm 150 61 15 75 10 75 单位 r/min mm mm 方案 1440 20 100 300 6 3.5 Ⅰ 三. 设计内容: 第一节 导杆机构的运动分析 ㈠导杆机构设计要求概述: 已知曲柄每分钟的转数 n2 ,各构件尺寸,且刨头导路 x - x 位于导杆端头 B 所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图, 并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线 位置的机构简图: ω2 ㈡计算过程: 由已知数据 n2=60r/min 得ω 2=2π ×60/60(rad/s)= 2π rad/s . 1、求 C 点的速度: ⑴确定构件 3 上 A 点的速度: 构件 2 与构件 3 用转动副 A 相联,所以υ A3=υ A2。 又υ A2=ω 2lO2A =0.110×2π =0.22π m/s=0.69m/s. ⑵求VA4 的速度: 选取速度比例尺 :μ v=0.023(m/s)/mm; υ A4 = υ A3 + υ A4A3 方向: ⊥BO4 ⊥AO2 ∥BO4 大小: ? ω 2lO2A ? 用图解法求解如图 1: 图1 式中υ A3、υ A4 表示 构件 3 和构件 4 上 A 点的绝对速度,υ A4A3 表示构件 4 上 A 点相对 于构件 3 上 A 点的速度,其方向平行于线 上 A 点的速度方向垂直于线,大小未知。在图上任取一点 P, 作υ A3 的方向线 的方向一致,长 度等于υ A3/μ v,(其中μ v 为速度比例尺)。过点 p 作直线 的方向线 分别代υ A4 和υ A4A3 。 由速度多边形 pa3a4 得: υ A4=μ v ? pa4=μ v ? 20 = 0.483 m/s υ A4A3=μ v ? a3a4=μ v ? 19 = 0.437 m/s ⑶ 求 BO 4 的角速度 ? 4 : 曲柄位于起点 1 时位置图如设计指导书图(1):此时 ?AO2O4 为: 又由 1 位置起将曲柄圆周作 12 等分则当曲柄转到 10 位置时,如图 (1): ∠ AO2O4 ? 360? 270? 73.17? ? 16.83? 杆 BO 4 的角速度 ? 4 : ? 4 =VA4/lBO4= 0.483 0.277 rad/s =1.75 rad/s 杆 BO 4 的速度 V4: V4= ? 4 × lBO4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s ⑷ 求 C 点的速度υ c: υc = υB + 方向: ∥X-X ⊥BO4 大小: ? ω 4lO4B υ CB ⊥BC ? 图2 速度图见图 2:式 中υ c 、υ B 表示点的绝对速度。υ CB 表示点 C 相对点 B 的相对速 度其方向垂直于构件 CB,大小未知,点 C 的速度方向平行于 X-X, 大小未知,图上任取一点 p 作代表υ B 的矢量 pb 其方向垂直于 BO4 指向于 ?2 转向相反,长度等于VB / ?v ( ?v 为速度比例尺)。过点 p 作直线平行于 X-X,代表υ c 的方向线,再点 b 作直线垂直于 BC 代 表υ CB的方向线,这两方向线的交点为 C 则矢量 pc 和 bc 便代表 υ c、υ CB。 则 C 点的速度为:υ c=μ v×pc =μ v× 40 = 0.92 m/s υ CB=μ v×cb=μ v× 5 = 0.115 m/s 2、求 C 点的加速度: ⑴ 求 aA2: 因曲柄匀速转动:故 选取加速度比例尺:μ a=0.15(m/s2)/mm ⑵ 求 aA4: a? A4 ? a n A4 ? a A3 ? a K A4 A3 ? a? A4 A3 方向: ⊥BO4 B→O4 A→O2 ⊥BO4 ∥BO4 大 小: ? ? 2 4 ? l AO4 √ 2?4 ? VA4 A3 ? 加速度见下图: ∏ 式中 a a? an A4和 A4 是 A4 的切向和切法向加速度, a? A4 A3 是点 A4 相对 于 A3 的相对加速度,由于构件 3 与构件 4 构成移动副,所以 a ? a a ? 0 n A4 A3 则r A4 A3 t A4 A3 其方向平行于相对移动方向,即 平行于 BO4, 大 小 未 知 , aK A4 A3 为哥氏加速度,它的大小为 ? a K A4 A3 ? 2? V sin? 4 A4 A3 ,其中? 为相对速度VA4A3 和牵连角速度 4矢 量之间的夹角,但是对于平面运动, ?4 的矢量垂直于运动平面而 ? VA4A3 位于运动平面内,故 ? 90? ,从而 a K A4 A3 ? 2?4VA4 A3 哥 氏加速度 aK A4A3 的方向是将 vA4 A3 沿 ?4 的转动方向转 90?(即图中 a3 k 的方向)。在上面的矢量方程中只有 a? A4和ar A4A3 的大小未 知,故可用图解法求解。如右图,从任意极点 ? 连续作矢量 ?a 和?a 3 ‘ 4 代表 aA3和an A4 ;再过 a 3 作 a3 k 垂直于线 A3 / ua ? 10.2mm ;然后再过 k 作 BO4 的平行线 的方向,过 a ‘ 4 作垂直于 BO4,的直线 的 方向线,它们相交点 a 4 则矢量 ?a ‘ 4 代表 aA4 。 = aA4 μ a ?a ‘ 4 =μ a * 60.6 = 9.09 m/ s2 ⑶ 求 B 点加速度 aB : 构 件 4 的 角 加 速 度 β BO4 为 : ? BO4 ? aA4 l AO4 ? ua?a4 l AO4 ? 3.29rad / s2 a n B ? lBO4 ? ? 2 4 ? 1.654 m / s2 ⑷ 求 C 点的加速度: acn ? a? c ? aBn ? a?B ? aC ? B ? aCnB 方向: \ 大小: \ ∥x-x ? B→O4 ⊥BO4 ? lBO4β BO4 ⊥CB ? C→B 0.090m/s2 加速度图见下图: π 式中, aCnB 表示点 C 相对 点 B 的法向加速度其方向为从 C 指 B; aC ? B 表示点 C 相对点 B 的 切向加速度,其方向垂直于 CB。又因速度多边形已作出,所以上式 法向加速度可求出(C 点作水平运动,故 C 点的法向加速度为 0)。 仅有 a? c 和aC ? B 的大小未知,同样可以用图解法求解。如右图, 在图上任取一点π 作 ?b代表 aBn ,方向为平行于 BO4 并从 B 指向 ? O4,长度为 ?42lBO4 / ?a ,(其中 a 为加速度比例尺)。过 b 作 b b 代表 a?B ,方向垂直于 BO4,长度为 ? l BO4 BO4 / ?a ,连接 ?b ,它表示 aB ,再过过 b 作 bc 代表 aCnB ,方向平行 CB 并从 C 指向 B,长度为 (VB2c / lcB ) / ?a 过 c 作垂直于 CB 代表 ac?B 的 方向线又从π 作平行于 X-X 的方向线; ,则矢量 ?c 便代表 ac 。 ac = a? c =μ a ? P c= 1.98 m / s2 3、此时 C 点位置如下图: 选取长度比例尺为: ?l ? 5mm / mm 则: 此时 C 点的位移 xc 为: 第二节 凸轮机构的设计 ㈠ 凸轮机构的设计要求概述: ⒈已知摆杆 9 作等加速等减速运动,要求确定凸轮机构的基本尺 寸,选取滚子半径,将凸轮实际轮廓画在 2 号图纸上。 该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。 各数据如表: 符号 ψ max lO9D lO9O2 ro rt Φ Φs Φ’ 单位 ° mm ° 数据 15 .125 150 61 15 75 10 75 2.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表: 推程 0≤2φ ≤Φ o /2 ψ =24*Φ *Φ /(25*π ) ω =96φ /25 回程Φ o+Φ s≤φ ≤Φ o+Φ s+Φ o/2 ψ =π /12-24(φ -17π /36)2/25π ω =-96(φ -17π /36)2/25 β =192π /25 β =-192π /25 推程Φ o /2≤φ ≤Φ o 回程Φ o+Φ s+Φ ’o/2≤φ ≤Φ o+Φ s+Φ ’o ψ =π /12-24(5π /12-φ )2/25π ψ =24(8π /9-φ )2/25π ω =96(5π /12-φ )2/12 ω =-96(8π /9-φ )2/25 β =-192π /25 β =192π /25 3.依据上述运动方程绘制角位移ψ 、角速度ω 、及角加速度β 的曲 线)、角位移曲线: ①、取凸轮转角比例尺μ φ =1.25°/mm 和螺杆摆角的比例尺μ ψ=0.5° /mm 在轴上截取线 点做横轴的垂线,并在该垂线'代表(先做前半部分抛物线 两点,分 别过这两点做ψ 轴的平行线。 ②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点 1'和 2 '。 ③、将坐标原点分别与点 1',2',3'相连,得线 点且平行与 轴的直线"连成光滑的曲线,即为等加速运动的位移 曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线)角速度ω 曲线: ① 、 选 凸 轮 转 角 比 例 尺 μ φ =1.25 ° /mm 和 角 速 度 比 例 尺 μ ω =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。 ω( ) ' φ (°) 10' 图(2) ②由角速度方程可得φ =φ o/2, ω = ω max ,求得 v 换算到图示长 度,3 点处φ =Φ 0/2,故ω max 位于过 3 点且平行与ω 轴的直线.由于运 动为等加速、等减速,故连接 03'即为此段的角速度图,下一端为等 减速连接 3'6 即为这段角速度曲线。 ③其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。 (3)角加速度曲线: ①选取与上述相同的凸轮转角比例尺μ φ =1.25°/mm 和角加速度比 例尺μ β =0.8038(rad/s)/mm 在轴上截取线段代表。 ②由角加速度方程求的角加速度β .因运动为等加速,等减速,故各 段加速度值也相同,只是方向相反. ③13 段为加速段β 为正值,β 轴上取β 做平行于 13 的直线 段的加速度,其余各段与 3 做法相似。 序号 偏角 β (°) 0 0° 1 1.875° 2 7.5° φ (°) 3 13.125° 4 15° 4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 5图(3) 6 7 8 9 15° 13.125° 7.5° 1.875° 0° 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。 ⑵设计凸轮轮廓: A、绘制凸轮的理论轮廓线[既滚子轴心实际轮廓] ① 将ψ -φ 曲线))的推程运动角和回程运动角个分 成 4 等份,按式求个等分点对应的角位移值:ψ 1=μ ψ 1*11'',ψ 1= μ ψ 2*22'',……,的数值见表(1)。 ② 选取适当的长度比例尺μ l 定出 O2 和 O9 的位置(选取μ l=0.002m/mm)。以 O2 为圆心,以 r0/μ l 为半径,作圆,再以以 O2 为圆心,以 rb/μ l为半径作基圆。以 O9 为圆心,以 l Oo9D/μ l 为半径, 作圆弧交基圆与 DO(D’O)。则 O9DO 便是从动件的起始位置,注意,要 求从动件顺时针摆动,故图示位置 DO 位于中心线 的左侧。 ③ 以 O2 为圆心,以 l Oo9 O2/μ l 为半径作圆,沿(-ω )[即为逆时 针方向]自 O2O9 开始依次取推程运动角Φ 0=75°,远休止角Φ s=10°, 回程运动角 Φ o’=75 和远休止角Φ s’=200°,并将推程和回程运 动角各分成 4 等份,得 O91 ,O92, O93……O99 各点。它们便是逆时 针方向反转时,从动体轴心的各个位置。 ④ 分别以 O91 ,O92, O93……O99 为圆心,以 l O9D/μ e 为半径画 圆弧,它们与基圆相交于 D’1 ,D’2 ,D’3……D’9,并作∠D’1O91D1, ∠D’2O9rD2……分别等于摆杆角位移ψ 1,ψ 2,ψ 3……。并使 O91D1= O91 D’1,O92D2= O92D’2,……则得 D1,D2,……D9(与 D’9 重合) 各点,这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹 点。 ⑤ 将点 D1,D2,……D9 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,如图。 C、校核轮廓的最小曲率半径ρ min: 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。 在理论轮廓线上选择曲率最大的一点 E,以 E 为圆心作任意半径 的小圆,再以该圆与轮廓的两个交点 F 和 G 为圆心,以同样半径作 两个小圆,三个小圆相交于 H、I、J、K 四点;连 HI、JK 得交点 C, 则 C 点和长度 CE 可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半 径ρ min。 由图可知,CE>rt,故该凸轮轮廓的最小曲率半径ρ min 符合要 求。 第三节 齿轮机构的设计: 一 、设计要求: 计算该对齿轮传动的各部分尺寸,以 2 号图纸绘制齿轮传动的 啮合图,整理说明书。 1、齿轮机构的运动示意图 2、已知各数据如表: 符号 n0’ 单位 r/min 数据 1440 二、计算过程: 因为no′/no″=do″/do′ z0 (20) 分度圆直 70 径 基圆直径 65.7 齿顶圆直 77 径 齿根圆直 61.25 Z1 d0' d0'' m12 m0''1' mm mm 20 100 300 6 3.5 得no″=480r/min z1ˊ (40) z1(20) 140 120 z2(80) 480 131.5 112.7 451 147 132 492 131.25 105 465 径 分度圆齿 5.4978 5.4978 9.4248 9.4248 厚 分度圆齿 10.9504 10.9843 18.7721 18.8447 距 中心距 105 300 n o″/n2=z2z1′/z″z1 得z2=z″z1n″/z1′n2=80 三、绘制啮合图 齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺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: do” ,do’’b,d o’’a,必威体育官网d o’’f,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P 即为理论啮合线的一段,也是渐开线 …… ④ 根据渐开线P ,圆弧长不易测得,可按下式 计算 N10'弧所对应弦长 N1 0 : 代入数据: N1 0 ? dbsin??? ? n1p db ? 180o ? ???? 按此弦长在基圆上取 0'点。 ⑤将基圆上的弧长 N10'分成同样等份,的基圆上的对应分点 1', 2',3'。 ⑥过 1',2',3'点作基圆的切线,并在这些切线 ? 2 p 33 ? 3 p ……得1'',2'',3'' 诸点,光滑连接0'',1'',2'',3'',各点的曲线即为节圆以下部 分的渐开线。 ⑦ 将 基 圆 上 的 分 点 向 左 延 伸 , 作 出 5 ', 6 ', 7 ' … , 取 55 ? 5 ? p1、 66 ? 6 ? p1 、…,可得节圆以上渐开线''.直至画到超出齿顶圆为止。 ⑧当 df<db 时,基圆以下一段齿廓取为径向线,在径向线与齿根 圆之间以 r=0.2mm 为半径画出过渡圆角;当 dfdb 时,在渐开线与 齿根圆之间画出过渡圆角。 (2)啮合图的绘制: ①选取比例尺μ l=2mm/mm, 定出齿轮 Z0''与 Z1'的中心以 O''O'心 作出基圆,分度圆,节圆,齿根圆,齿顶圆. ②画出工作齿轮的基圆内公切线 的交点为点 P , 又是两节圆的切点,内公切线与过 P 点的节圆切线间夹角为啮合角 ? t ③过节点 P 分别画出两齿轮在齿顶圆与齿根圆之间的齿廓曲线. ④按已算得的齿厚和齿距 P 计算对应的弦长 s 和 p 。 按 s 和 p 在分度圆上截取弦长得 A,C 点,则 AB=S,AC=P ⑤取 AB 中点 D 连0D 两点为轮齿的对称线,用纸描下右半齿形, 以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的3个齿廓,另一 齿轮做法相同。 ⑥作出齿廓的工作段。 设计体会 通过一段时间的设计,让我对所学知识得到了更深 的理解,也学会了运用各种资料、工具,熟练了CAD、 Office等软件的使用,体会到了同伴之间的密切合作的 重要性等等。同时这之间的种种工作也离不开老师的热 情指导,在此表示深深的谢意。 参考资料 《机械原理》………………………………………………清 华大学出版社 申永胜主编 《机械原理课程设计指导书》……………………………太 原理工大学阳泉学院机电系编