1、浙江理工大学课程设计说明书(论文)浙江理工大学机械原理课程设计计算说明书设计题目:牛头刨床设计 专 业:机械类 11(3) _ 设 计 者:吴春阳 学 号:2011330300323 指导教师: 胡明 设计时间:2013-6-23 到 2013-6-30 机械与自动控制学院浙江理工大学课程设计说明书(论文)机械原理课程设计任务书姓 名:吴春阳 专 业: 机械类班 级:机械 11(3)班 学 号:2011330300323 任务起至日期: 2013 年 6 月 23 日 至 2012 年 6 月 30 日课程设计题目:牛头刨床设计已知技术参数和设计要求:1.已知技术参数图 1 牛头刨床机构简图及
2、阻力线图表 1 设计数据2n24Ol2Al4OBCl4OSl6x6Sy工作行程H行程速比系数K 导杆机构运动分析47 390 110 5400.334OBl0.54l240 50 310 1.40浙江理工大学课程设计说明书(论文)4G6ppy4SJ导杆机构的动态静力分析260 800 4200 80 1.2On1zO1z2OJ1OJOJ飞轮转动惯量的确定1440 10 20 40 0.5 0.3 0.2 0.2从动件最大摆角 max9ODl推程 远休止 S回程 凸轮机构的设计 15 126 41 65 10 65OdOd12m1O齿轮机构的设计100 600 3 3.5 20工作量:完成 4
3、张 A2 图纸,1 份计算说明书指导教师签字: _ 年 月 日 浙江理工大学课程设计说明书(论文)目 录1.牛头刨床的工作原理和机构组成52.导杆机构62.1.导杆机构尺寸的确定 62.2.导杆机构的运动分析 62.3 导杆机构的动态静力分析133.凸轮机构的设计 164.齿轮机构的设计185.飞轮机构的设计浙江理工大学课程设计说明书(论文)196.设计小结20参考文献201.牛头刨床的工作原理与机构组成牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如图。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 做往复运动。刨头
4、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,称回行程,此时要求速度较低并且均匀,以提高生产效率。为此刨刀采用有急回作用的导杆机构。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。刨头在工作行程中,受到很大的切削阻力(在切削的前后各有一段约 0.05H 的空刀距离) ,而空回行程中则没用切削阻力。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,故需安装飞轮来减小主轴的速度波动,以提高切削质
5、量和减少电动机容量。浙江理工大学课程设计说明书(论文)图 1-1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图2.导杆机构2.1.导杆机构尺寸的确定表 2-1 导杆设计数据2n24Ol2Al4OBlCl4OSl6x6Sy工作行程H行程速比系数 K导杆机构 运动分析47 390 110 540 0.33 4OBl0.5 4Bl240 50 310 1.404G6ppy4SJ导杆机构的动态260 800 4200 80 1.2浙江理工大学课程设计说明书(论文)静力 分析2.2.导杆机构的运动分析2.2.1.设计步骤做机构的运动简图,并作机构两位置的速度、加速度多边形。以上内容画在 1 号图纸上。曲柄位置图的作法为
6、取 1 和 8 为工作形成起点和终点对应的曲柄位置,1和 8为切削起点和终点所对应的位置,其余 2,312 等,是由位置1 起顺时针方向将曲柄圆周作 12 等分的位置。步骤:1)设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块 6的导路 x-x 的位置可根据连杆 5 传力给滑块 6 的最有利条件来确定,即 x-x 应位于 B 点所画圆弧高的平分线上(见图 1-1) 。2)作机构运动简图。选取比例尺 按表 21 所分配的两个曲柄位置l作出机构的运动简图,其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图22;取滑块 6 在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置 1,按转向将曲柄圆周十二等分,得十二个
7、曲柄位置,显然位置 8 对应于滑块 6 处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的 1和 8两位置。共计 14 个机构位置。浙江理工大学课程设计说明书(论文)3)作速度,加速度多边形。选取速度比例尺 =0.1( )和加vms/速度比例尺 =100( ) ,用相对 运动图解法作该两个位置的速度ams2/多边形和加速度多边形.2.2.2.分析步骤1).选取长度比例尺 ,作出机构在位置 1 的运动简图。l如一号图纸所示,选取 =l /O A( )进行作图,l 表示构lO2ms2/AO2件的实际长度,O A 表示构件在图样上的尺寸。作图时,必须注意 的大小2 l应选得适当,以保证对机构运动完整
8、、准确、清楚的表达,另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。取曲柄位置“2”进行速度分析取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程,得 A4 = A3 + A4A3图 2-2 曲柄位置图浙江理工大学课程设计说明书(论文)大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4B取速度极点 P,速度比例尺 v=10 ,作速度多边形。如图 2-3。ms/图 2-3 曲柄位置 2 速度多边形则由图 2-3 知, A4=0.2525 A4A3=0.4786sm/ sm/ B5= B4= A4O4B/ O4A=0.3178取 5 构件为研究对象,列速度矢量方程,得 C
9、5 = B5 + C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC其速度多边形如图 2-3 所示,有 C5=0.305 sm/取曲柄位置“2”进行加速度分析.取曲柄构件 3 和 4 的重合点 A 进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O 4B AO 2 O 4B(向左)O 4B(沿导路)A2P1A4 杆PVBVCBVC浙江理工大学课程设计说明书(论文)nAa3t4kA34BatCBac取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=200 ,作加速度多边形。如图ms2/2-4 所示 图
10、 2-4 曲柄位置 2 加速度多边形由已知条件可求得:a A3= 22lO2A4l =5.3254 2/sma A4A3k =2 1 A4A3=1.127a A4n =1 2lO4A4l=0.2972 2/s用加速度影像法求得:a A4t=3.5 a A4A3=2.42/sm2/sm取 5 构件的研究对象,列加速度矢量方程,得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5大小 ? ?方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图 2-4 所示,同理有 a C =5.95 2/sm取曲柄位置“4”进行速度分析取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程,得
11、 A4 = A3 + A4A3大小 ? ?nAa4 34A n浙江理工大学课程设计说明书(论文)VB4atA4 nCBaVCP1 VCB方向 O 4A O 2A O 4B取速度极点 P1,速度比例尺 v=10 ,作速度多边形如图 2-5。ms/图 2-5 曲柄位置 4 速度多边形则由图 2-5 知, A4=0.5277 A4A3=0.112 sm/ sm/ B5= B4= A4O4B/ O4A=0.5739 /取 5 构件为研究对象,列速度矢量方程,得 C5 = B5 + C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC根据其速度多边形如图 2-5 所示,有 C5= 0.58 sm/取曲柄位置“
12、4”进行加速度分析.取曲柄构件 3 和 4 的重合点 A 进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O 4B AO 2 O 4B(向左)O 4B(沿导路)取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=200 ,作加速度多边形图如图 2-6ms2/所示A4A4 杆Pn浙江理工大学课程设计说明书(论文)34AanAa3kA34 tCBaBaP1A4 杆PVCVCBVB图 2-6 曲柄位置 4 加速度多边形由已知条件可求得:a A4n=1 2lO4A4l=11.2 2/sma A3n = 2
13、2lO2A4l=5.3254a A4A3k =2 1 A4A3 =0.51 2/s取 5 构件的研究对象,列加速度矢量方程,得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5大小 ? ?方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图 26 所示,同理有 a C =2 2/sm取曲柄位置“ 6”进行速度分析取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程,得 A4 = A3 + A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4B取速度极点 P1,速度比例尺 v=10 ,作速度多边形如图 2-7 所示。ms/浙江理工大学课程设计说明书(论文)A64anA4t4
14、 Ca图 2-7 曲柄位置 6 速度多边形则由图 2-7 知, A4=0.4462 A4A3= 0.3062sm/ sm/ B5= B4= A4O4B/ O4A=0.5065 /取 5 构件为研究对象,列速度矢量方程,得 C5 = B5 + C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC其速度多边形如图 2-7 所示,有 C5= 0.5 sm/取曲柄位置“6”进行加速度分析.取曲柄构件 3 和 4 的重合点 A 进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? ? ?方向 ? AO4 O 4B AO 2 O
15、4B(向右)O 4B(沿导路)取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=200 ,作加速度多边形。如图ms2/2-8 所示。浙江理工大学课程设计说明书(论文)nAa334Ak34 BanCBatBP G6PFI6G6FR45FRI6图 2-8 曲柄位置 6 加速度多边形由已知条件可求得: a A3= 12lO2A6l =53.2 2/smaA4A3k=2 1 A4A3=11.5a A4n =1 2lO4Al=8.37 2/s用加速度影象法求得:a A4t=1.9 /sma A4A3=2.9 2取 5 构件的研究对象,列加速度矢量方程,得aC = aB5 n + aB5 + aCB5n + aCB5
16、大小 ? ?方向 xx BA AB CB BC其加速度多边形如图 4-6 所示,同理有 aC =3.9 2/sm2.3.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:按表所分配的第二行的一个位置,求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容在运动分析的同一张图纸上。选取 5 位置导杆机构的动态静力分析其阻力体如图 2-9,选取力比例尺 =100 mN/浙江理工大学课程设计说明书(论文)yxFR45FRI6FR54 FR34G4FR14图 2-9 曲柄位置 5 阻力体示
17、图、力多边形图已知 P=4200 ,G 6=800 ,又 ac=3 ,那么我们可以计算N2/smFI6=-m6ac =- G6/gac =-800/9.813N=-244.9N又 F = P + G 6 + FI6 + FR45 + FRI6 =0方向: x 轴 y 轴 与 ac 反向 BC y 轴大小: 4200 800 -m 6a6 ? ? 作力多边行如图 2-9 所示,选取力比例尺 N=100 。m/由图 2-10 力多边形可得:FR45=CDN=44.5100N=4450 Fy= ADN=6100N=600分离 3,4 构件进行运动静力分析,杆组力体图如图 2-10 所示。图 2-10
18、 杆组力体图已 知 :FR54= FR45=4450 N 取构件 4 为受力平衡体,对 A 点取矩得:F = FR54 + FR34+ FR14+ G4 = 0 浙江理工大学课程设计说明书(论文)FR34FR54G4FR14MFR32FR12方向: BC O 4B ? 竖直向下大小: ? ? 作力的多边形如图 2-10 所示,选取力比例尺 N=100 。m/FR34*LO4A= FR54sin(7.2)*LO4B+G4 *sin(9.7)*LO4S4FR54=FR45=4450 N解得:FR34=4780图 2-11 力多边形图由图 2-11 得:FR14=LGFN=8100N=800N因为曲
19、柄 2 滑块 3 的重量可忽略不计,有 FR12= FR32对曲柄 2 进行运动静力分析,作组力体图如图 2-13 示:图 2-13 曲柄 2 静力分析曲柄 2 为受力平衡体,对 O2点取矩得:F R12= FR32M O2= M- FR32 sin(78)L O2 Al=0 即 M=514.31 mN3.凸轮机构的设计 浙江理工大学课程设计说明书(论文)确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径,划出凸轮轮廓线。以上内容做在2 号图纸上。设计过程选取比例尺,作图 l=1.0 。m/推程角和回程角相等且 0 =65,凸轮角速度 w=4.91)等加速推程阶段公式:=2 max * /0 d/d=4ma
20、x * * w/0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上 1 点开始分别取 =0,10,20,30,32.5带入上面三个 公式,分别计算四个点的 ,d/d,d/d 。这几个点分别记作点1、2、 3,4,4。2)等减速推程阶段公式:=max2max *( 0)/0 d/d=4max * w(0 ) / 0 d/d =4max * w/ 0 从凸轮上 1 点开始分别取 =40,50,60,65带入上面三个公式,分别计算出四个点的 ,d/d,d/d 。这几个点分别记作点5、6、77。点 8 在 70处,位于远休止角处。3)等加速回程阶段公式:=max2max * /0 d/d=4max * *
21、w/0 d/d =4max * w/ 0 从凸轮上 65点开始分别取 =10,20,30,32.5带入上面三个公浙江理工大学课程设计说明书(论文)式,分别计算四个点的 ,d/d,d/d 。这几个点分别记作点9、10、11、11。4)等减速回程阶段公式:=2max *( 0)/0 d/d=4max * w(0 ) / 0 d/d=4max * w/ 0 从凸轮上 65点开始分别取 =40,50,60,65带入上面三个公式,分别计算四个点的 ,d/d,d/d 。这几个点分别记作点12、13、14、14。根据上面的一系列点,画摆角 随着凸轮的转 变化的图像图像(纵坐标比例尺 2=0.00374 )
22、,d/d 随着凸轮的转 变化的图像纵坐标比例m/尺(2=0.0454 ) ,d/d 随着凸轮的转 变化的图像(2=0.438) ,m/确定基圆的半径和中心距;以摆杆长为半径,以摆动中心为圆心,以最大摆角 max角为圆心角作圆弧。自摆动中心作一系列辐射线按预定摆角分割 max,所对应的弧,得到相应的分割点。在摆动中心相应辐射线上由各分割点分别向左或右截取各线段,线段所代表的实际长度就等于 lO2O9*d/d,截取方向根据 D 点速度方向顺着凸轮转向转过 90o后所指的方向来确定。然后过各线段的末点作与相应辐射线的法线的夹角成为 (许用压力角)的直线,即一系列直线确定凸轮中心的安全区域,然后在安全
23、中心确定凸轮中心,找到最小基圆半径 ;分别取相应的凸轮基圆半径 r0=60 和中心距 O2O9=154.5 。mm以 O2 为中心, r0 为半径,画出凸轮基圆在凸轮基圆上面找一点 D,以 D 点为圆心,以 lO9D圆为半径画一段圆弧 1。浙江理工大学课程设计说明书(论文)再以 O2为圆心,以 lO2O9为半径画一段圆弧 2 与圆弧 1 相交于点 O9,则 O9 即为摆杆的中心。连接点 O9和 D,O 9D 即为摆动从动件推程起始位置,再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休,这四个阶段。再以 10对推程角前 60等分为 6 分,推程推程最后一段为 5、以 10对回程角前
24、60等分为 6 分,回程角最后一段为 5。将摆杆 O9D 对应的 max =15按照辐射线所分割出一系列的点,以 O2为圆心,以 O2到这些点的距离为半径分别做一系列圆弧。在这些圆弧对应的地方画出滚子圆,于是得到了滚子圆心所构成的一系列的点,这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点,再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的理论轮廓线。最后画出一条与各个滚子圆相切,这样就得到了凸轮的实际轮廓线。4.齿轮机构的设计4.1.计算步骤确定 Z1,Z2 的齿数并根据图像法计算变位系数,根据渐开线的形成原理作图于 A2 纸上。ioo=do/do=3;no=1440;no=480;n2=47ioo2=no/
25、n2=z2z1/zoz1=10.21;z1=40;z1=10;zo=20z2=51根据计算得变位系数取 X1=0.4 ; X2= -0.4节圆:d 1=z1m12=60; d2=z2m12=306;尺顶圆: ha1= 8.4, d a1=d1+2ha1=76.8;ha2= 3.8, da2=d2+2ha2=313.2;基圆: d 基 1=d1cos=56.4; d 基 2= d2cos=287.5;齿根圆: hf1=10.2 df1=d1-2hf1=49.8, hf2=9.9 df2=d2-2hf2=286.2S1= m12/2+2m12x1tan20=11.17S2= m12/2+2m12x
26、2tan20=7.684.2.绘制步骤浙江理工大学课程设计说明书(论文)1.选取适当得比例后确定齿轮中心 O1 O2。分别以 O1O2为圆心做基圆、分度圆、节圆、齿根圆、齿顶圆。2.画两齿轮基圆内的公切线,它与连心线 O1O2的交点为节点 P,而 P 点又为两圆的切点,基圆内公切线 N1N2与过 P 点的节圆切线间的夹角为啮合角 。3.过节点 P 分别画出两齿轮在顶圆与根圆之间的齿廓曲线。4.按已算得的齿厚 s 和齿距 p 计算对应的弦长 s,p。s= m/2+2mxtanP= m/2-2mxtan按 s和 p在分度圆上截取弦长得 A、C 点,则 AB=s,AC=s5.齿轮 O1 的齿顶圆与基
27、圆内公切线 N1N2的焦点即为 B1,齿轮 O1的齿顶圆与基圆内公切线 N1N2的焦点即为 B2,B1B2 的长度即为齿轮黏合长度。6.做出齿廓工作段。B2 为起始啮合点,以 O2为圆心、O2B1 为半径做圆弧交齿轮2 的齿廓于 b2点到齿顶圆上点 a2一段为齿廓工作段。同理可做出齿轮 1 的齿廓工作段。5、飞轮机构的设计已知 :机器运转的速度不均匀系数 ,平衡力矩 M,飞轮安装在 O2处,驱动力矩 Ma 为常数。1、根据 2 所算出来的的 12 个点的反力矩 M 绘制 Mc()和 Ma()的图像,数据如下:2、根据图像 Mc() ,用积分法求一个循环中阻力功 Ac=Ac()的图像。3、求最大
28、动态剩余功A。将 Aa=Aa()图像与 Ac=Ac()图像的纵坐标想减,即得到一个运动循环中的动态剩余功图像 A= A() 。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离,即表示最大动态剩余功A。阻力矩1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12M/Nm0 253.8416.4434.6493.3430.4287.831.1198.5572.472.2-303.5浙江理工大学课程设计说明书(论文)4、根据公式JF =900A/(n2)由图已知:A=342.4 n2=47解得:JF =900342.4/(470.15)=94.23 2/mkg6.设计小结 将近一个星期的机械原理课程设计终于结束了,
29、在这次实践的过程中我学到了上课无法领会的部分,并且领略到了室友在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己能够提出一些问题然后解决它的快乐。 在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,比如室友很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题。而我相对于他来说就比较不独立,不理解的都去问他,这也让我感受到了友谊的重要性。其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果。所以我们要端正自己的态度,有明确的目的,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题. 在今后的学习中,我希望自己能够戒骄戒躁,端正,虚心认真,要永远的记住一句话:态度决定一切.参考文献1 孙桓,陈作模,葛文杰. 机械原理M(第七版).北京:高等教育出版社,2006.2 罗洪田. 机械原理课程设计指导书M.北京:高等教育出版社,1986.