机械原理课程设计学生姓名: xxx 指导教师: xxx 学院: xxx 专业班级: xxx xxx2018 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。 机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构(连杆机构、 飞轮机构凸轮机构)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、飞轮等。 课程设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3(1)工作原理及工艺动作过程„„„„„„„„„„„3 (2)原始数据及设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„4 设计(计算)说明书„„„„„„„„„„„„„„„„„5(1)画机构的运动简图 (2)机构运动分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7对位置120点进行速度分析和加速度分析„„„„„„„7 (3)对位置120点进行动态静力分析„„„„„„„„„„11 3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计„„„„„„„„„„„14 4、齿轮的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 6、心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时, 如图(1-1)所示,由导杆机构 2-3-4-5-6 带动刨头 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;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。必威体育官网刨头在工作行程中, 受到很大的切削阻力,而空回行程中则没有切削阻力。切 削阻力如图(b)所示。 O2 Fr图(1-1) 2.原始数据及设计要求设计 内容 导杆机构的运动分析 符号 n2 单位r/min mm 方案 II 64 350 90 580 0.3 20050 已知 曲柄每分钟转数 n2 ,各构件尺寸及重心位置,且 x-x位于导杆端点 所作圆弧高的平分线上。要求 作机构的运动简图,并作机构两个位置的速度、 加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动 态静力分析一起画在 号图纸上。Fr 0.05H0.05H 二、设计说明书(详情见A2 图纸) 1.画机构的运动简图 1、以O4 为原点定出坐标系,根据尺寸分别定出O2 8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置,1’和 7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置, 其余 2、3„12 等,是由位置 12等分的位置(如下图)。 2、机构运动分析(1)曲柄位置“120”速度分析,加速度分析(列矢量方程,画 速度图,加速度图) 取曲柄位置“120”进行速度分析。因构件2 动副相连,故VA2 A3,其大小等于W O2A,方向垂直于O /60rad/s=6.702rad/s O2A=6.702 的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程,得 A4A3大小 =0.02(m/s)/mm,作速度多边形如图1-2 CB大小 方向XX(向左) BC取速度极点P,速度比例尺μ =0.02(m/s)/mm,作速度多边形如图1-2。 Pb=P A=14.5mm 则由图1-2 =0.28m/s加速度分析: 取曲柄位置“120”进行加速度分析。因构件2 A3,其大小等于ω O2A,方向由A 指向O O2A=6.702 构件重合点A为研究对象,列加速度矢量方程得: O4A=0.508 A4A3=0.59 作加速度多边形如图1-3所示,则由比例得 aA4=4.48m/s2 aB=8.25m/s2 BC由其加速度多边形如图13 所示,有 机构运动分析数据项目 位置 图解线图 解析 图解 解析 图解 大小/方向 大小/方向 120 0.28 8.13 4.13 0.508/逆 14.23/逆 单位 3、机构动态静力分析取“120”点为研究对象, F14=-(G S4=-(220/9.8)4.13=-92.714N 11 M14=α 4JS4=14.231.2=17.076Nm Lh4=M14F14=184mm 基本杆组进行运动静力分析,作示力体如图14所示。 方向xx xx xx BC 作为多边行如图1-5 所示, =100N/mm。12 图1-5 由图1-7 力多边形可得:F R16 =768.279N R56=664.431N 取构件3、4 基本杆组为示力体(如图1-6 所示) FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+184)+220*71.80)314.80=1387.23N FR54+G4+F14+FR34+FR14=0FR14=594.33N 13 图1-6 作力的多边形如图1-7 所示,必威体育官网, =100N/mm。14 图1-7 对曲柄2 进行运动静力分析,作曲柄平衡力矩如图1-8 所示, 图1-8 =1387.2924.301000Nm=33.71Nm机构力分析数据 项目 位置 图解法 解析法 I4Lh I4Lh 120 92.71 663.673 92.71 0.184单位 某位置的平衡力矩(单位:Nm)项目 位置 Fr R65FR54 方向120 664.431 1387.2 594.3333.71/顺 解析 单位 三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计(详情见A2图纸) 1.由方案二数据得知: 摆杆长度lO9D 为135mm,最大摆角max 为15,许用压力角[α ]为38, 推程运动角Φ为70,远休止角ΦS,回程运动角Φ’为70,近休 止角ΦS’为210。 15 为等加速等减速规律,所以加速度为常数,所以位移是角度的二次函数。 2.运动的划分: 设升程为摆杆摆动15末端滑块运动的弧长 15360 35.34mm按照等加速等减速运动规律,摆杆前7.5作匀加速运动,后7.5 作匀减速运动,将整个行程分为10 段,每段运动时间占总时间的十 分之一。 分段点 1011 摆杆角度 0.31.2 2.7 4.8 7.5 10.2 12.3 13.8 14.7 15 推程(mm) 0.712.82 6.36 11.31 17.67 24.03 28.98 32.51 34.63 35.34 凸轮角度 1421 28 35 42 49 56 63 70 17.317.6 18.5 20 22.1 24.8 27.5 29.6 31.1 32 32.3 3.基圆半径的确定: 当凸轮转过70时,滚子中心以等加速等减速规律经过的弧长为 35.34mm,限定最大压力角α max=[α ]=38,所以将凸轮转角70对 应上半圆周的点与最大压力角38对应下半圆周的点以直线相连, 交等加速等减速运动标尺于0.7 处,于是根据诺模图,h/r00.7; 由于h=35.34mm,所以基圆半径r050.5mm。 16 以O2为圆心,lO9O2 为半径画圆,此圆即为摆杆支座O9 相对于凸轮 中心的运动轨迹 以O2为起点作射线,设此射线,以顺时 针方向为正方向,每隔7作一条射线,一共十一条射线 在每条射线上分别取一个点Di,在O9轨迹圆上取其对应点O9i 此两点连线iDi 的大小位于上表中第五 行,于是可确定Di 在各条射线上的径向位置 将各Di连接成平滑曲线.滚子半径的确定: 实际轮廓线则根据滚子的大小确定,为了避免摆杆与凸轮发生运动干 涉,取滚子半径为7mm 6.实际轮廓线的绘制: 以各个D’为圆心画滚子,滚子靠近凸轮一侧的包络线 的实际轮廓线为远休止圆半径,远休止角为10画圆弧 近休止圆半径为基圆半径减去滚子半径等于43.50mm,近休止角为210 7.压力角的校核: 当凸轮转过的角度约为35时达到最大压力角α max30< 凸轮实际轮廓线四、齿轮的设计(详情见A2 图纸) 齿数的确定: 总传动比io’o2=1440/64=22.5 io’o2=(do”z1’z2)/(do’zo”z1) 22.5=30040z2/(1001613) 18 得z2=39 因为 zo”=16<17,z1=13<17,为了防止根切,对两对齿轮进 行变位,小齿轮正变位,大齿轮负变位,采用等变位。变位系数的运 用公式xmin=ha*(zmin-z)/zmin(其中zmin=17)来选择,以下是表格: 名称 符号 公式模数 1339 16 40 压力角 2020 20 20 变位系数 0.236-0.236 0.059 -0.059 节圆直径 d/mm 78 234 64 160 zm 齿顶高系数 ha* 0.250.25 0.25 0.25 啮合角 2020 ha/mm7.42 4.58 4.24 3.76 m(ha*+x) 齿根高 hf/mm 6.08 8.92 4.76 5.24 m(ha*+c*-x) 齿顶圆直径 da/mm 92.83 243.17 72.47 167.53 d+2ha 齿根圆直径 df/mm 65.83 216.17 54.47 149.52 d-2hf 中心距 a/mm 224 156 (d1+d2)/2 中心距变动系 五、参考文献1、机械原理/孙恒,陈作模,葛文杰主编——8 版——北京2013.4 2、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——7 京2009.719 3、机械原理课程设计实例与题目/中南大学机电工程学院机械学教 研室——2004.5 武汉:华中科技大学出版社,2017. 5、机械原理课程设计(牛头刨床)/百度文库 六、心得体会 通过本次课程设计,加深了我对机械原理这门课程的理解,同时我 也对机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念,培养 了我的表达,归纳总结的能力。在设计过程中,我与同学们的交流协 作,让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义。一次实 践就有一次收获,我很感谢学校能给我们这些机会体验锻炼自己,让 我们将来更有信心在社会立足。最后,衷心的感谢xxx 老师在整个设 计过程中的帮助与指导,让我们能圆满的成功结束。