牛頭刨床機械原理課程設計方案一位置9和位置4

1、課程設計說明書學院:_XXXXXXXXXXXXXXX班 級:XXXXXXXXXXXXX學生姓名: XXX學 號:xxxxxxxxxxx設計地點 （單位）_XXXXXXXXXXXXXXXXXX_設計題目:_牛頭刨床_完成日期：2015年7月10日成績（五級記分制）:_教師簽名:_設計數(shù)據(jù)1、概 述i.i牛頭刨床簡介.31.2運動方案分析與選擇.42、 導桿機構(gòu)的運動分析2.1位置4的速度分析.62.4位置4的加速度分析.72.3位置9的速度分析.112.4位置9的加速度分析.123、 導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析3.1位置4的慣性力計算.153.2桿組5,6的動態(tài)靜力分析.153.3桿組3.4的動態(tài)靜

2、力分析.163.4平衡力矩的計算.174、 飛輪機構(gòu)設計4.1驅(qū)動力矩.194.2等效轉(zhuǎn)動慣量.194.3飛輪轉(zhuǎn)動慣量.205、 凸輪機構(gòu)設計.22.26、 齒輪機構(gòu)設計.261. 概 述一、機構(gòu)機械原理課程設計的目的： 機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動 學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于：(1)進一步加深學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決有關(guān)本課程實際問 題的能力。(2)使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。(3)使學生得到擬定運動方案的訓練，并具有初步設計選型與組合以及確定 傳動方案的能力。(4)通過

3、課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱 技術(shù)資料的能力。二、機械原理課程設計的任務：機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構(gòu)(連桿機構(gòu)、 凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)以及其他機構(gòu)) 進行設計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要 求，在此基礎上設計凸輪、齒輪；或?qū)Ω鳈C構(gòu)進行運動分析。要求學生根據(jù)設計任 務，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設計的方法： 機械原理課程設計的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法幾何概念較清晰、 直觀；解析法精度較高。根據(jù)教學大綱的要求，本設計主要應用圖解法進行設計。1.1牛頭刨床的簡介一.機構(gòu)簡介：機構(gòu)簡圖如下所示：牛頭刨床機構(gòu)簡圖

4、牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如上圖所示。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構(gòu)1-2-3-4-5-6帶動刨 頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度 較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空 回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。因此，刨床采用具有急回特性的導桿 機構(gòu)。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù) 切削。n2工作臺工件bl棘輪Z2O9O4d0oZ0Zi

5、電動機1.2 運動方案分析與選擇運動機構(gòu)簡圖方案分析：1.機構(gòu)具有確定運動.自由度為F=3n-(2Pi+R)=3X5-(2X7+0)=1;2.通過曲柄帶動擺桿導桿機構(gòu)和滑塊使刨刀往復運動，實現(xiàn)切削功能，能滿足功能要求.3.工作性能，工作行程中刨刀速度較慢，變化平緩,符合切削要求，擺動導桿機構(gòu)使其有 急回作用,可滿足任意行程速比系數(shù)k的要求；4.傳遞性能，機構(gòu)傳動轉(zhuǎn)角為90 ,傳動性能好，能承受較大的載荷，機構(gòu)運動鏈較長，傳 動間隙較大；5.動力性能，傳動平穩(wěn),沖擊震動較小6.結(jié)構(gòu)和理性，結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸和質(zhì)量也較小，制造和維修也較容易7.經(jīng)濟性，無特殊工藝和設備要求，成本較低.綜上所述,選該

6、方案.2導桿機構(gòu)的運動分析（位置4號和9號）（選擇方案一）設計內(nèi)容導桿機構(gòu)的運動分析導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析符號n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/mi nmmNmm2kgm方I603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.1案II64350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2皿724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.22.1 位置 4 的速度分析數(shù)據(jù)n 2=60r/mi n,LO2O4=380m m,L 02

7、A=110mm,L04B=540mm,LBC=0.25L04B,L04S4=0.5L04B對位置2：選取尺寸比例尺卩l(xiāng)=2m/mm，作機構(gòu)運動簡圖。Lo4A=0.485783 mVA2=0.6908 m/sLo4A=0.485783m速度分析：取構(gòu)件3和4的重合點(A2，A3，A4)進行速度分析。對構(gòu)件2:VA2= 32L02A=(60X2 n)/60 x0.11=0.6908 m/s對構(gòu)件3:構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，VA3=VA2=0.6908 m/s對構(gòu)件4：VA4= VA3+ VA4A3大?。?？0.6908?得：VA4=0.67195954m/s,4= VA4/ LO4A=0.6

8、7195954/0.485783=1.38428 rad/sVA4A3=0.15773765m/sVB4=4X L04B=1.38428 *0.54=0.747508 m/sVB5= VB4=0.747508m/s計算結(jié)果VA4=0.67195954方向：丄A04丄A02/ A04取速度極點P,速度比例尺卩v=0.01(m/s)/mm。作速度多邊形如下圖所示。對構(gòu)件4：VC5= VB5+ VC5B5大?。?0.747508?方向：/XX丄o4B丄CB取速度極點P,速度比例尺卩v=0.01(m/s)/mm。作速度多邊形如上圖所示。 得：VC5=0.7497054 m/s2.2 位置 4 的加速度

9、分析對構(gòu)件2：aA2=W22- LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s 2對構(gòu)件3:構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，aA3= aA2=4.338224 m/s 2對構(gòu)件4：aA4=aA4n+aA4 =kraA3+aA4A3+aA4A3大?。?？方向：？CO42lO4ABTA丄O4BAO2V丄O4B/O4Bm/s4=1.38428rad/sVA4A3=0.15773765m/sVB4=0.747508m/sVC5=0.7497054m/s取加速度極點p,加速度比例尺卩a=0.04(m/s2)/mmaA2=4.338224m/s2aA3=4.338224m/s2aA4A3k

10、=0.43671m/s2=0.93087m/s0.55487174m/s2用加速度影象法求得a4=1.083698m/s2aA4t/1O4A=0.55487174/0.485783=1.14222aB5= aB4=aA4LO4B/LO4A=1.20464889m/s2對構(gòu)件5：: ac5=aB5+aC5B5n+aC5B5T大?。海縑V?方向：/XXVCTB丄CB取加速度極點p加速度比例尺卩a=0.04(m/s2)/mm。作加速度多邊形如上圖所示。得：=0.63605962/s2GOBC3*3) AUJI1oao-DS-OOOWOQODOI-oa舟第=1一口厶r-飛羽廠山：COOOOL乙S/乙9

11、6909E9Oci COOk(”) UJTL0 CDS,b#)MU丄Lengs(m0 cos-OCOOlueoQ2.3 位置 9 的速度分析數(shù)據(jù)n 2=60r/mi n,LO2O4=380m m,L 02A=110mm,L04B=540mm,LBC=0.25L04B,L04S4=0.5L04B對位置4：選取尺寸比例尺口l=2m/mm，作機構(gòu)運動簡圖。速度分析：取構(gòu)件3和4的重合點(A2，A3，A4)進行速度分析。對構(gòu)件2:VA2= 32L02A=(60X2 n) /60 x0.11=0.6908m/s對構(gòu)件3:構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，VA3=VA2=0.6908 m/s對構(gòu)件4：VA4

12、= VA3+ VA4A3大?。?？V?方向：丄A04丄A02/ A04取速度極點P,速度比例尺卩v=0.01(m/s)/mm。作速度多邊形如下圖所示。VA4=0.32871m/s4=1.047634rad/sLo4A=0.314718541mVA2=0.6908 m/s得：VA4=0.32871m/s,4= VA4/ LO4A=0.32871/0.314718541=1.047634rad/sVA4A3=0.60758m/s4X LO4B=1.047634*0.54=0.56400681 m/sVB5= VB4=0.56400681m/s對構(gòu)件4：VC5= VB5+ VC5B5大?。海縑?方向：

13、/XX丄o4B丄CB取速度極點P,速度比例尺卩v=0.01(m/s)/mm。作速度多邊形如上圖所示。 得：VC5=0.56451471m/s2.4 位置 9 的加速度分析對構(gòu)件2：aA2=W22- LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s 2對構(gòu)件3:構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，aA3= aA2=4.338224 m/s 2對構(gòu)件4：aA4=aA4n+aA4=aA3+aA4A3k+aA4A3r大?。?CO42lO4A?VV?方向：？ BTA丄O4BA TO2丄O4B/O4B取加速度極點p加速度比例尺卩a=0.04(m/s2)/mm。VA4A3=0.60758m/sb

14、5a4a3VB4=0.56400681m/sVC5=0.56451471m/saA2=4.338224m/s2aA3=4.338224m/s2VB4=aA4A3k=1.26918243m/s2=：?IAO4=1.047634*1.047634*0.314=0.34332348m/s=5.03958142m/s2=5.05351276m/s2a=16.012979aB5=8.6709124m/s2=8.50949379 m/s2718541=0.34332348n/s2作加速度多邊形如上圖所示。得:用加速度影象法求得5.03958142m/s2=5.05351276m/s2A4t/1O4Aa=5

15、.03958142/0.314718541=16.012979aB5= aB4=aA4LO4B/LO4A=8.6709124m/s2對構(gòu)件5：: ac5=aB5 +aC5B5n+aC5B5T大?。海?V?方向：/XXVc f B丄CB取加速度極點p加速度比例尺卩a=0.04(m/s2)/mm。作加速度多邊形如上圖所示。得：=8.50949379m/s2=8.50949379m/s23、導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析（位置4號）數(shù)據(jù)：G4=200N,G6=700N,P=7000N,JS4=1.1kg.m2位置2:對各構(gòu)件進行受力分析，按靜定條件將機構(gòu)分解為兩個基本桿組及作用有未 知平衡力的構(gòu)件2，并有桿

16、組進行分析。3.1 位置 2 的慣性力計算對構(gòu)件4:慣性力FI4=m4as4=(G4/g)as4=200/9.8*0.602323=12.292306N,對構(gòu)件6:慣性力FI6=m6ac6=(G6/g)ac6=700/9.8*0.57420367=41.014548N,3.2 桿組 5,6 的動態(tài)靜力分析示力體Fr45Frl6rt_ -bFi6又工 F=P+G+F|6+ FR45+FR16=0,作為多邊行如圖所示，由力多邊形可得：FR45=FR45 a=10*706.211626=7062.11626NFR16= FR16U=10*15.447259=154.47259N3.3 桿組 3,4

17、的動態(tài)靜力分析FI4=12.292306NFI6=41.014548Ne=20N/mm。FR45=7062.11626NFR16=154.47259NFR54=7062.11626N示力體如下圖MS4=JS4a=1.256443N m（逆時針）對04點取矩得：SMO4= FR54*ho4B+ MS4+F14*hs4A+G4*hs4A-FR23ho4A=0FR23=7846.486793N力多邊形FR23=7846.486793N3.5虛位移原理所有外力的功率和為0，Np+Ni6+NG4+Ni4+NM=0Np=|P|Vc|cos180=-7000*0.7497054=-5247.9378Ni6=

18、|Fi6|Vc|cos180=-41.014548*0.7497054=-30.7488281NG4=0.5|G4|VB|cos93.20429428=-0.5*200*0.747508*0.06634873=-4.95962065Ni4=|Fi4|Vi4|cos120.7647809=-12.292306*0.67195954*0.511514715=-4.22507720NM=Mb32把數(shù)據(jù)代入上式，得平衡力矩Mb=842.01772714、飛輪機構(gòu)的設計：以曲柄為等效構(gòu)件，求系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量 Je （不能忽略不計）。再根據(jù)不均勻系數(shù)求 JF.符號no召ZOzJ2JQJOJO單位r/mi

19、nkg m2數(shù)值0.1514401020400.50.30.20.24.1 驅(qū)動力矩收集同學數(shù)據(jù)（共12個平衡力矩，即Mer），獲得如下圖形力鉅犠4、1ri34G7r?1g8*101112Her00 n;c.-S41J823.1313,654.410Ji. u-8S.51S等效阻抗力矩Mer（）圖和等效驅(qū)動力矩Med（）圖求得：Med=389N*m4.2 等效轉(zhuǎn)動慣量4.3 飛輪轉(zhuǎn)動慣量由圖可得：Wab=-60J,Wbc=985J,Wcd=-950J,最大盈虧功Wmax=985J飛輪等效轉(zhuǎn)動慣量JF=9OOWmax/( n2n2* Q)- Je=900*985/( n2*602*0.15)-1

20、33.3=33.04(kgm2)飛輪轉(zhuǎn)動慣量jF=33.04(kgm2)5.凸輪機構(gòu)設計設計過程選取比例尺，作圖 ai=1mm/m。1、推程：找取任意一點為 09，設擺桿任一位置 O9A，在其上截取 AH=I B（I 為擺桿長度，B 為推程類角速度，30）過點 H 作與 AH 及其延長線夾 角為推程許用傳動角丫 的一對射線 K （左下方）、L （右下方）所夾角域 / KHL 的 O2A0方位線以下部分（陰影區(qū)域）。擺桿推程中有無數(shù)個位置， 固有無數(shù)對射線 K、L 分別構(gòu)成連續(xù)射線族K、L以及連續(xù)角域族 / KHL。整個推程滿足丫母 Y 條件的凸輪軸心容許選取區(qū)域一一無數(shù)個連續(xù)角域族 / KHL

21、的公共交集一一 / KHL。2、回程：擺桿任一位置 O9A，在其上截取 AJ=-l 0 （I 為擺桿長度，3 為 回程類角速度，0 0）過點 J 作與 AJ 及其延長線夾角為推程許用傳動角 Yr的一對射線 M、N,即有/AJM= Yr, AJN=180 Yr。此位置滿足丫彳 Yr, 條件的凸輪軸心許用區(qū)域 M （右下方）、N （左下方）所夾角域/ MJN 的 O2A0方位線的以下部分（陰影區(qū)域）。同理，射線擺桿推程中有無數(shù)個位 置，固有無數(shù)對射線 M、N 分別構(gòu)成連續(xù)射線族M、N以及連續(xù)角域族 / MJN。整個推程滿足丫彳 Yr條件的凸輪軸心容許選取區(qū)域無數(shù)個 連續(xù)角域族 / MJN的公共交集

22、一一 / MJN。2 2$ =2 $max8/8o0= $ ：=d / dt=4 $max8W2/8o=1.92 8 /(0o/2)$ =2 $maX( 8o- 8 )/8o20= $ =d /dt=4 $max( 8o- 8 )w2/8 =0.8-1.92 8 / no(o/2o)把推程角6等分，并列出對應的擺角：表位置1234567()012.52537.55062.575$ ()00.8333333.333337.500011.666614.1663315.0000d$/dt00.1333330.2666660.40.2666660.133333033666666666333332 2等

23、加速回程：=$max-max8/8oPz=d /dt=-4 $max8W2/8二1.92( 8 -85/180*n)(00/2)85/180*n等減速回程：$ =$max( 8,o- ( 8 -85/180*n)2/8，2o=d / dt/2=-2 $max( 8o-( 8 -85/180*n) / 8o=1.92( 8 -85/180*n)n -0.8(/2o)位置891011121314()8597.5110122.5135147.5160$ ()1514.1663311.66667.53.333330.8333330d$/ dt0-0.13333-0.26666-0.4-0.26666-

24、0.13333033366666666666333333綜上所述，整程（推程和回程） 一一滿足丫母 Y、丫母 Yr條件的凸輪軸 心容許選取區(qū)域/KHL AZ MJN。 Y= Yr,所以可以確定 O2O9位置和 最小基圓半徑為43.2851177mm, QO9長度為 138.47632131mm 如下圖。3、再以 02為圓心，以1。2。9/卩i=138.47632131mm 為半徑作轉(zhuǎn)軸圓；取一點 為。9。4、以。9為圓心，以loqD/卩i=125mm 為半徑畫弧與基圓交于一點。即為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉(zhuǎn)并在轉(zhuǎn)軸圓上分別畫出推程、 遠休、回程、近休，這四個階段。再以 12.5

25、。對推程段等分、125 對回程 段等分（對應的角位移如下表所示），并用數(shù)字進行標記，于是得到了轉(zhuǎn) 軸圓上的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉(zhuǎn)過程中依次占據(jù)的點，然后 以各個位置為起始位置，用反轉(zhuǎn)法把擺桿的相應位置 畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上的一系列點的位置，再用光滑曲線把各個點連接起來 即可得到凸輪的外輪廓。5、凸輪曲線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇（1）用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑min:先用目測法估計 凸輪理論廓線上的min的大致位置（可記為 A 點）；以 A 點位圓心，任選較小的半徑 r 作圓交于廓線上的 B、C 點；分別以 B、C 為圓心，以同樣的 半徑 r 畫

26、圓，三個小圓分別交于 D、E、F、G 四個點處，如下圖所示；過 D、E 兩點作直線，再過 F、G兩點作直線，兩直線交于 0 點，則 0 點近 似為凸輪廓線上 A 點的曲率中心，曲率半徑min0A；此次設計中，凸輪理論廓線的最小曲率半徑min41.22563979mmDB1筆、J工-T -L0（2）凸輪滾子半徑的選擇（T）凸輪滾子半徑的確定可從兩個方向考慮：幾何因素一一應保證凸輪在各個點車的實際輪廓曲率半徑不小于 15mm。對于凸輪的凸曲線處CrT，對于凸輪的凹輪廓線CrT（這種情況可以不用考慮，因為它不會發(fā)生失真現(xiàn)象）；這次設計的輪廓曲線上，最小的理論曲率半徑所在之處恰為 凸輪上的凸曲線，則應

27、用公式：minG 5 *min5 22mm； 力學因素一一滾子的尺寸還受到其強度、結(jié)構(gòu)的限制，不能做的太小，通常 取rT（0.1 0.5）ro及4.5斤22.5mm。綜合這兩方面的考慮，選擇滾子半徑為 rT=15mm。得到凸輪實際廓線，如下圖所示。4.5列表項目數(shù)據(jù)(mm)ro43.285117lO2O9138.47Pmin41.22rr15R34.36.齒輪機構(gòu)的設計已知電動機、曲柄的轉(zhuǎn)速n。,、n2，皮帶輪直徑d。,、d。,，某些齒輪的齒數(shù)z，模數(shù)m分度圓壓力角 ；齒輪為正常齒制，工作情況為開式傳動。要求 計算齒輪z2的齒數(shù)，選擇齒輪副z1- z2的變位系數(shù)，計算這對齒輪的各部分尺寸，用2號圖紙繪制齒輪傳動的嚙合圖。步驟:(1)首先根據(jù)已知的條件求出z2的齒數(shù)。由ioo，