1、 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学 号 xxx2018 年 1 月1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：（）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。（）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。（）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。（）通过课程设计
2、，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。2目录1、 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 2、 设计（计算）说明书5（1）画机构的运动简图 5（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113、摆动滚子从动件盘形
3、凸轮机构的设计144、齿轮的设计175、参考文献 186、 心 得 体会 197、附件193一 、 课 程 设 计 任 务 书1. 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 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 ； 刨 头 左 行 时 ， 刨 刀 不 切 削 ， 称空 回 行 程 ， 此 时 要
4、 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 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。O2AO4xys6s3Xs6C BYs6234567n2 Fr YFr图（1-1）4F rx0 . 0 5 H 0 . 0 5 HH( b )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 42OLA2BOL4C4SOL6Sx6Sy单位 r/min mm方案II64 350 90 580 0.3
5、BO40.5 BO4200 50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5析 一 起 画 在 1 号 图 纸 上 。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点，B 点，
6、C 点。确定机构运动时的左右极限位置。 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 ） 。6取 第 方 案 的 120位 置 （ 如 下 图 ） 。7、机构运动分析（1）曲柄位置“1 20”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“1 20”进行速度分析。因构件 2 和 3 在 A 处
7、的8转动副相连，故 VA2=VA3，其大小等于 W2lO2A，方向垂直于 O2 A 线，指向与 2 一致。2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2lO2A=6.7020.09m/s=0.603m/s（O 2A）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 4B O 2A O 4B取速度极点 P，速度比例尺 v=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图 1-2图 1-29取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C = B + CB大小 ? ?方向 XX( 向左) O 4B BC取速度极点 P，速
8、度比例尺 v=0.02(m/s)/mm, 作速度多边形如图 1-2。Pb=P a4O4B/ O4A=14.5 mm则由图 1-2 知， C=PCv=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 和 3 在 A 点处的转动副相连，故 = ,其大小等于 22lO2A,方向由 A 指向 O2。anA232=6.702rad/s, = =22lO2A=6.70220.09 m/s2=4.04 m/s2nA取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4 = + a A4= aA3n + a A4A3K + aA4A3vnA4大小: ? 42lO4A ?
9、2 4A4 A3 ?方向： ? BA O 4B AO 2 O 4B（向右） O 4B（沿导路）取加速度极点为 P, 加速度比例尺 a=0.10（m/s 2）/mm,=42lO4A=0.50820.3148 m/s2=0.08 m/s2anAaA4A3K=24A4 A3=0.59 m/s2aA3n=4.04 m/s2作加速度多边形如图 1-3 所示,则由比例得aA4=4.48m/s210aB=8.25m/s2 4=aA4lO4A1000=14.23rad/s2（逆）图3则由图 1-3 知, 取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac= a B+ acBn+ a cB大小 ? ?方向导轨 C
10、B BC由其加速度多边形如图 13 所示,有11ac =p ca =8.13m/s2机构运动分析数据V6 6 S4 4 4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 米 / 秒 米/秒 2 米/秒 2 1/ 秒 1 / 秒 2、机构动态静力分析取“120”点为研究对象，F14=-（ G4/g）a S4 =-（220/9.8）4.13=-92.714NM14= 4JS4=14.231.2=17.076NmLh4=M14F14=184mm取 5、6 基本杆组进行运动静力分析，作示力体如图 14 所示。
11、图 1412已知 G6=800N，又 ac= 8.13m/s2,可以计算F16=-（G 6/g）a c =-（800/9.8）8.13=-663.673N又 F=FR16+ F16+ G6+ FR56=0大小 ? ？方向 xx xx xx BC作为多边行如图 1-5 所示， N=100N/mm。图 1-5由图 1-7 力多边形可得： FR16 =768.279NFR56 =664.431N取构件 3、4 基本杆组为示力体(如图 1-6 所示)MO4=0FR54lh1+F14(lh2+lh4)+G4lh3-FR34lO2A=0FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+1
12、84)+220*71.80)314.80=1387.23NF=0 FR54+G4+F14+FR34+FR14=0FR14=594.33N13图 1-6作力的多边形如图 1-7 所示， N=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 1-8MO2=0 FR32lh-Mb=0Mb=1387.2924.301000Nm=33.71Nm机构力分析数据图 解 法 解 析 法 项目位置 PI4 PI6 PI4 MI4 Lh PI4 PI6 PI4 MI4 Lh120 92.714663.67392.71417.0760.184单位 N(牛) Nm m
13、(米) N Nm m(米)某位置的平衡力矩（单位： Nm）Mb项 目位 置Fr FR6 FR65 FR54 FR23 FRO2 PR04大小 / 方向图解 0 768.279664.431664.4311387.231387.23594.33 33.71/顺120解析单位 N (牛) Nm（牛米）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，许用压力角为1538，推程运动角 为 70，远休止角 S，回程运动角 为70，近休止角 S为 210。摆杆 9 为等加速等减速规律，所以加速度为常数，所以位移是角
14、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=9215360=35.34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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11摆杆角度() 0 0.3 1.2 2.7 4.8 7.5 10.2 12.3 13.8 14.7 15推程(mm) 0 0.71 2.82 6.36 11.31 17.67 24.03 28.98 32.51 34.63 35.34凸轮角度() 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70O 2
15、O9iDi() 17.3 17.6 18.5 20 22.1 24.8 27.5 29.6 31.1 32 32.33.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 max=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/r 00.7；由于 h=35.34mm，所以基圆半径 r050.5mm。16图 1 诺模图4.理论轮廓线的绘制：1) 设凸轮角度为 0时的压力角为 20，测量出 lO9O2=159.50mm2) 以 O2为圆心，l O9
16、O2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3) 以 O2为起点作射线，设此射线为 y 轴，对应凸轮的 0，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4) 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使两点距离始终为 135mm5) 此两点连线 DiO9i与 O9iO2之间夹角O 2O9iDi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6) 将各 Di连接成平滑曲线即凸轮的理论轮廓线5.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 7mm6.实际轮廓线的绘制：1) 以各个 D
17、为圆心画滚子，滚子靠近凸轮一侧的包络线即为升程17的实际轮廓线2) 以 lD11O2为远休止圆半径，远休止角为 10画圆弧3) 回程理论轮廓线与升程对称4) 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 2107.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 max30=38，所以符合要求。图 2 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 ioo2=1440/64=22.5ioo2=(do”z1z2)/(dozo”z1)22.5=30040z2/(1001613)18得 z2=39因为 zo”=1617，z1=1317，为了防止根
18、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 1 2 O” 1 公式模数 m 6 6 4 4 齿数 z 13 39 16 40 压力角 / 20 20 20 20 变位系数 x 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* 1 1 1 1 顶隙系数 c* 0.25 0.25 0.25 0.25 啮合角 / 20 20 齿顶高 ha/mm 7.42 4.58 4.24 3.76 m(h
19、a*+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中心距变动系数 y 0 0 0 0 齿顶高降低系数 y 0 0 0 0 五、参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编8 版北京2013.4192、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编7 版北京 2009.73、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20
20、04.54、刘毅. 机械原理课程设计M. 3 版. 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。七、附件1、设计图纸共3张（A2图纸3张）2、计算说明书电子文档（1 份）指导老师签名：20年 月 日
