1、学 院： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 日 期: 2012 年 01 月 12 日目录：一. 机 构 简 介 3 导杆机构的运动分析 3计算数据4二. 设计（计算）说明书41.导杆机构的设计（1）画机构的运动简图 5（2）对位置点进行速度分析和加速度分析7（3）对位置 2 点进行速度分析和加速度分析8（4）对位置 8 点进行动态静力分析9（5）对位置 2 点进行动态静力分析142.凸轮机构的设计193.齿轮机构的设计24三.参考文献 27一 . 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
2、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
3、 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 ， 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
4、少 电 动 机 容 量 。图 1-11 导 杆 机 构 的 运 动 分 析 已 知 曲 柄 每 分 钟 转 数 n2， 各 构 件 尺 寸 及 重 心 位 置 ， 且 刨 头 导 路 x-x位 于 导 杆 端 点 B 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 1 号 图 纸 上 。1.1 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
5、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
6、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。设计数据：设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析 导杆机构的动态静力分析符号 n2 L0204 L02A L04B LBC L04S4 XS6 YS6 G4 G6 P YP JS4单位 r/min mm N mm kgm2 60 380 110 540 0.25L04B0.5L04B240 50 200 700 7000 80 1.1 64 350 90 580 0.3L04B0.5L04B200 50 220 800 9000 80 1.2方案 72 430 110 810 0.36L04B0.5L04B180 40 220 62
7、0 8000 100 1.21.2 曲 柄 位 置 的 确 定曲 柄 位 置 图 的 作 法 为 ： 取 1 和 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、 312 等 ， 是由 位 置 1 起 ， 顺 2 方 向 将 曲 柄 圆 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 图 ） 。图 1-2选择表中方案1取 第 2位 置 和 第 8位 置 （ 如 下 图 1-3） 。 A图 1-31.3 速 度 分 析 以 速 度 比 例 尺 =(0.01m/s)/mm 和 加 速 度
8、比 例 尺a=(0.1m/s)/mm 用 相 对 运 动 的 图 解 法 作 该 两 个 位 置 的 速 度 多 边 形 和 加 速 度多 边 形 如 下 图 1-4， 1-5， 并 将 其 结 果 列 入 表 格 （ 1-2）vA2=vA3= 2lO2A=0.6908m/s表 格 1-1位 置 未 知 量 方 程VA4A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4BVC5C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BCaA4aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3rnA4大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： BA O4B
9、AO 2 O4B（向左） O4B（沿导路）2和 8杆ac5VB5=VB4ac5= aB5+ ac5B5大小 ? ?方向 XX BC2杆 速 度 图 ： 如 图 1-4vA4=vLpa4=0.01x33=0.33m/s4=vA4/lO4A=0.33/0.42=0.78rad/svB=4lO4B=0.78x0.54=0.42m/svA4A3=vLa4a3=0.01x65=0.65m/svC=vLpc=0.01x39 =0.39m/s图 1-42杆加速度图：如图 1-5由速度已知曲柄上 A(A2 A3 A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件 4 上 A 点的加速度 aA4,因为：aA2
10、=aA3=w2l02A =(2)2xlo2A =(2)2x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=w24lo4A=0.782x0.42=0.25m/s2a KA4A3=2w4vA4A3=2x0.782x0.65=0.79m/s2图 1-5ac=uaLpc=0.1x41=4.1m/s28杆 速 度 图 ： 如 图 1-6 图1-6va2=va3=w2l02a=0.69m/sVa4= va3+ va4a3大小 ？ 方向O4a O2a /O4a按比例尺 v=0.01（m/s）/mm 作速度图如图所示，并求出构件4vA4=vLpa4=0.01x3=0.03m/s4=vA4/lO4A=0.03/0.
11、42=0.07vrad/svB=4lO4B=0.07x0.54=0.04m/svA4A3=vLa4a3=0.01x65=0.65m/s对构件 5 上 B、C 点，列同一构件两点间的速度矢量方程：Vc= VB + VCB大小 ？ ?方向 /x bcvC=vLpc=0.01x5=0.05m/s8杆 加 速 度 图 ： 如 1-7取极点 P,按比例尺 0.05(m/s2)/mm 做加速度图由速度已知曲柄上 A(A2 A3 A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件 4 上 A 点的加速度 aA4,因为:aA2=aA3=w2l02A =(2)2xlo2A =(2)2x0.11m/s2=4.3
12、4m/s2anA4=w24lo4A=0.072x0.42=0.002m/s2a KA4A3=2w4vA4A3=2x0.07x0.65=0.1m/s2a A4=a NA4+ a TA4= a A3+ a KA4A3+ a RA4A3大小 ？ ?方向 AO 4 O 4A AO 2 O 4A O 4AaA4= uaLpa4=0.05x89=4.45m/s2aB=ua Lpb=0.05x128=6.4m/s2aC = aB+ aCB+ atCB大小 ？ ？方向 /x CB BC ac=uaLpc=0.05x138=6.9m/s2表 格 （ 1-2）位 置 要 求 图 解 法 结 果Vc5（ m/s）
13、0.392ac5(m/s) 4.1Vc5（ m/s） 0.058Ac5(m/s) 6.9各 点 的 速 度 ， 加 速 度 分 别 列 入 表 1-3， 1-4中表 1-3项 目位 置 2 4 VA4A3 VA4 Vc52 6.28 0.78 0.65 0.33 0.398 6.28 0.07 0.65 0.03 0.05单 位 1rad/s 1rad/s m/s表 1-4项 目位 置aA4nAa4aA3 Ca2 3.1 0.25 4.34 4.18 4.45 0.002 4.34 6.9单 位1.4 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
14、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 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。首 先 按 杆 组 分 解 实 力 体 ， 用 力 多 边 形 法 决 定 各 运 动 副 中 的 作 用 反 力 和 加 于 曲柄 上 的 平 衡 力 矩 。 参 考 图 1-3， 将 其 分 解 为 5-6 杆 组 示 力 体 ， 3-4 杆组 示 力 体 和 曲 柄 。I6图 2-12.1 矢 量 图 解 法 ：2.1.1 5-6杆 组 示 力 体 共 受 五 个 力 ， 分 别 为 P、 G6、 Fi6、 R16、 R45, 其中
15、 R45和 R16 方 向 已 知 ， 大 小 未 知 ， 切 削 力 P沿 X轴 方 向 ， 指 向 刀 架 ， 重 力 G6和 支 座 反 力 F16 均 垂 直 于 质 心 ， R45沿 杆 方 向 由 C指 向 B， 惯 性 力 Fi6大 小可 由 运 动 分 析 求 得 ， 方 向 水 平 向 左 。 选 取 比 例 尺 = (50N)/mm， 作 力 的多 边 形 。 将 方 程 列 入 表 2-1。已知 P=7000N，G 6=700N，又 ac=ac5=4.1m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-700/104.1=-287N又 F=P+G6+FI6+FR45
16、+FR16=0，图 1-7图 1-7 力多边形可得：FR45=7400NFR16= 7300N分离 3,4 构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-8 所示，2.1.2 对 3-4 杆 组 示 力 体 分 析A已 知 ： F 54=-F45=7400N，G 4=200NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=1.85m/s2 , S4=0.88rad/s2由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/104.60918918N=-36.33NMS4=-JS4 S4=-1.215.8937558Nm= -14.39Nm在图上量取所需要的长度 lAB=196.56771918 lS4A=93.
17、42630616 lO4A=383.42033151MA=FR54cos18。 lABl+MS4+ FI4cos4。 lS4Al+G4sin13。 lS4Al+FRO4lO4Al=0代入数据， 得 FRO4 =-1976.48 N 方向垂直 O4B 向右F = FR54 + FR34 + FS4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0方向: BC O 4B 与 aS4 同向 y 轴 O 4B O 4B大小： ? ?作力的多边形如图 1-8 所示，选取力比例尺 P=50N/mm。图 8FR34=EAN=9025NFRO4n =FAN=2000N 方向：O 4B 向下因为曲柄 2 滑块 3 的
18、重量可忽略不计，有 F R34 = F R23= FR322.1.3 对 曲 柄 分 析 ， 共 受 2 个 力 ， 分 别 为 R32,R12 和 一 个 力 偶 M， 由于 滑 块 3 为 二 力 杆 ， 所 以 R32= R34， 方 向 相 反 ， 因 为 曲 柄 2只 受 两 个 力 和 一 个 力 偶 ， 所 以 FR12 与 FR32 等 大 反 力 ， 由 此 可 以求 得 :h2=0.09m,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即即 M=496.37Nm第二节 凸轮机构的设计 凸轮机构的设计要求概述：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
19、，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓 凸轮机构的设计要求概述画在 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 maxlO9D s 【】单位 度 mm 度 度数据 15 . 125 75 10 75 402.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 02o /2 回程 o+ so+ s+o/2=24*/(25* ) =/12-24（-17 /36） 2/25=96 /25 =-96（-17 /36） 2/25=192/25 =-192/25推程 o /2 o 回程 o+ s+o/2 o+s+o=/12-24（5/12- ） 2/25 =24（ 8/9
20、-） 2/25=96（ 5/12-） 2/12 =-96（8/9- ） 2/25=-192/25 =192/253.依据上述运动方程绘制角位移 、角速度 、及角加速度 的曲线：（1） 、角位移曲线： （ ） （ ） （ ）图 (1)、取凸轮转角比例尺 =1.25/mm和螺杆摆角的比例尺 =0.5/mm在轴上截取线段代表，过 3 点做横轴的垂线，并在该垂线上截取 33代表(先做前半部分抛物线).做 03 的等分点 1、2 两点，分别过这两点做 轴的平行线。 、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点 1和 2 。、将坐标原点分别与点 1,2,3相连,得线段 O1,O2和 03,分别超过 1,2,3
21、点且平行与 轴的直线交与 1,2和 3.、将点 0,1,2,3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的画法与之相似. (2)角速度 曲线:、选凸轮转角比例尺 =1.25/mm 和角速度比例尺 =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。10 （ ） （ ） 图 (2)由角速度方程可得 = o/2, = max ,求得 v 换算到图示长度,3 点处= 0/2,故 max 位于过 3 点且平行与 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 36 即为这段角速度曲线。其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。(
22、3)角加速度曲线:选取与上述相同的凸轮转角比例尺 =1.25/mm 和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm 在轴上截取线段代表。由角加速度方程求的角加速度 .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.序号 偏角0 01 1.8752 7.53 13.12513 段为加速段 为正值, 轴上取 做平行于 13 的直线段即为 1、3 段的加速度，其余各段与 3 做法相似。 () ()图 3作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：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（） （ 为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（）绕凸轮轴心逆时针
23、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。 设计凸轮轮廓： 、绘制凸轮的理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓 将 曲线图（如图（1） ）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：1= 1*11，1= 2*22，的数值见表（1） 。 选取适当的长度比例尺 l 定出 O2 和 O9 的位置（选取 l=0.002m/mm ） 。以 O2 为圆心，以 r0/ l 为半径，作圆，再以以 O2 为圆心，以 rb/ l为半径作基圆。以 O9 为圆心，以 l Oo9D/ l 为半径，作圆弧交基圆与 DO（D O
24、） 。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 O2O9 的左侧。 以 O2 为圆心，以 l Oo9 O2/ l 为半径作圆，沿（-） 即为逆时针方向自4 155 156 13.1257 7.58 1.8759 0O2O9 开始依次取推程运动角 0=75，远休止角 s=10，回程运动角 o=75 和远休止角 s=200,并将推程和回程运动角各分成 4 等份,得 O91 ,O92, O93O99 各点。它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。 分别以 O91 ,O92, O93O99 为圆心，以 l O9D/e 为半径画圆弧，它们与基圆相
25、交于 D1 ，D 2 ，D 3D9，并作D 1O91D1，D 2O9rD分别等于摆杆角位移 1，2，3。并使 O91D1= O91 D1，O92D2= O92D2，则得 D1，D2，D9（与 D9 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。 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： 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。 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 min：在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，
26、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 min。由图可知，CEr t，故该凸轮轮廓的最小曲率半径 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 Z1 d0 d0 m
27、1，2 m0，12n 单位 r/min mm mm r/min 度数据 1440 20 100 300 6 3.5 60 20二、计算过程：因为n o /no =do /do 得n o =480r/min1Z(20)2(80)分度圆直径（mm）120 480基圆直径（mm） 112.76 451齿顶圆直径（mm）132 492齿根圆直径（mm）105 465分度圆齿厚（mm）9.42 9.42分度圆齿距（mm）18.84 18.84中心距 300得 z2=80“21o/noz“21/oznz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
28、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: 按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径: do” ，d ob，d oa，d of，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. 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,与基圆相切与 N1,则 即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段P 将 线段分成若干等份： 、 、 1 P123 根据渐开线特性 ，圆弧长不易测得，可按下式计算 N10A1NO弧所对应弦长 ： 01代入数据： 1b80dsin按此弦长在基圆上取 0
29、点。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 。过 1 ，2 ，3 点作基圆的切线，并在这些切线上分别截取线段，使其、 得 ， ， 诸点，光滑ppp3连接 ， ， ， ，各点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。将基圆上的分点向左延伸，作出 ， ， ，取 、15p、，可得节圆以上渐开线各点 ， 直至画到超出16p齿顶圆为止。当 dfd b 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. mm 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。（）啮合图的绘制：选取比例尺 l=2mm/mm, 定出齿轮 Z0 与 Z1 的中心以 O O 心
30、作出基圆，分度圆，节圆，齿根圆，齿顶圆画出工作齿轮的基圆内公切线，它与连心线 0102 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按已算得的齿厚和齿距 P 计算对应的弦长 和 。spo180dsinip按 和 在分度圆上截取弦长得 A,C 点，则 s A,BsCp取 AB 中点 D 连D 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个齿廓，另一齿轮做法相同。作出齿廓的工作段。参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编七版北京 2006.52、工程制图学及计算机绘图/杨胜强，马麟三版北京 2008.83、机械原理课程设计指导书太原理工大学
