机械原理课程设计说明书(牛头刨床)

课程设计说明书
课题名称：机械原理课程设计
学院：机械工程学院
专业班级：
学号：
学生：
指导老师：高中庸
广西科技大学机械学院教务处
2013年03月5日
目录
广西科技大学课程设计说明书 (1)
目录 (2)
前言 (3)
1第2和第18′点的机构简图 (4)
2 导杆机构的运动分析 (6)
3导杆机构的动态静力分析 (10)
4飞轮设计 (13)
5凸轮机构设计 (13)
6总结语14 7参考文献 (15)
前言
1.本次机械原理课程设计课题为：牛头刨床机构分析（I）
2.设计目的：完成工程师的基本训练；回顾教材所学知识，综
合使用所学知识，进一步加深印象；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和设计有一个较完整的概念；提高综合能力，包括使用技术资料能力、计算能力、分析能力、作图能力、合作能力等。

3.设计要求完成的任务：（1）画两指定位置的机构运动简图；
（2）绘制从动件运动线图（位移—时间线图、速度—时间线图、加速度—时间线图）；（3）对所负责位置进行速度、加速度分析，列方程，作多边形；（4）对所负责位置进行受力分析，作受力多边形，求出2杆的平衡力矩M b值；（5）
设计凸轮轮廓；（6）飞轮转动惯量J F的计算;(7)绘制齿轮轮廓；（8）编写说明书。

4.经过一周半的努力，我胜利完成了以上任务。

通过这次设计，
我的综合能力得到了应有的提高，达到了预期的目的。

这次设计，有着重要的意义。

我不仅回顾了上学期所学知识，还懂得了各个机构间可以相互配合使用，以实现我们想要的机械运动。

在绘图的过程中，我发现了自己存在的问题，并及时更正。

通过和同学讨论、合作，促进了同学间的交流。

1第2和第18′点的机构简图
（见附图A1一张、A2两张）
《机械原理课程设计》评阅书
2 导杆机构的运动分析
2.1 “2”点速度分析
取曲柄位置“2”进行速度分析。

因构件2和3在A处的转动副相连，故V A3=V A2，，其大小等于w2·l O2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。

w2=2πn2/60 rad/s=2×3.1415926×60／60=6.2831852 rad/s
V A3=V A2=w2·l O2A=6.2831852×0.11m/s=0.691 m/s（⊥O2A）
l O4A=0.28m曲柄位置“2”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）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V A4 =V A3 + V A4A3
大小 ? √ ?
方向⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
字母 pa4 pa3 a3a4
A点的速度分析图：µv=0.01(m/s)/mm，
则由A1图纸上2点的速度图知，
V A4=
pa·μv=0.63m/s
4
V A4A3=a3a4·μv=25×0.01m/s=0.25m/s
w4=V A4∕l O4A =2.25rad/s
V B=w4×l O4B=1.22 m/s
Ｃ点的速度分析：µv=0.0１(m/s)/mm，
取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
V C = V B + V CB
大小 ? √ ?
方向⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
字母 pc pb bc
其速度多边形如A1图纸上2点的速度图所示，
有V C=lpc·μv=1.22 m/s
V CB= Lcb·μv=0.0835m/s
w5=V CB∕Lcb =1.1364rad/s
2.2 “2”点加速度分析
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
a A4= a A4n + a A4τ = a A3n + a A4A3k + a A4A3γ
大小 w 42
l O4A ? w 22
l O2A 2w 4V A4 A3 ? 方向 B →A ⊥O 4B A →O 2 ⊥O 4B （向右） ∥O 4B （沿导路） 字母 πn n a 4′ πa 3′ a 3′k k a 4′
取加速度极为π,加速度比例尺a μ=0.05（m/s 2）/mm ,作加速度多边形如图A1图纸上2点的加速度多边形
a A4n =w 42l O4A =2.252×0.28=1.42 m/s 2 a A4A3k =2w 4V A4A3=2×2.25×0.25=1.125 a A4=πa 4′·μa =3.05 m/s 2 a A4τ = na 4′·μa =2.75m/s 2
4
α= a A4τ∕l O4A =2.75/0.28=9.82rad/s 2
用加速度影象法求得
a B4 = a A4 ×l O4B /l O4A =5.88m/s 2
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
a C5= a B5 + a C5B5n + a C5B5τ
大小
? √ √ ? 方向 ∥xx √ C →B ⊥BC
字母 π
c πb bc ′ c ′c 〞
取加速度极点为P ＇,加速度比例尺μa =0.05（m/s 2）/mm ,其加速度多边形如图1─5
故 a C5 =π
C ′·μa =5.5m/s
2
2.3 “18′”速度分析
取曲柄位置“18′”进行速度分析。

因构件2和3在A处的转动副相连，故V A3=V A2，，其大小等于w2·l O2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。

w2=2πn2/60 rad/s=2×3.1415926×60／60=6.2831852 rad/s
V A3=V A2=w2·l O2A=6.2831852×0.11m/s=0.691 m/s（⊥O2A）
l O4A=0.418m
曲柄位置“18′”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）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
V A4 =V A3 + V A4A3
大小 ? √ ?
方向⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
字母 pa4 pa3 a3a4
A点的速度分析图：µv=0.01(m/s)/mm，
则由A1图纸上18′点的速度图知，
V A4=
pa·μv=0.33m/s
4
V A4A3=a3a4·μv=60.5×0.01m/s=0.605m/s
w4=V A4∕l O4A =0.7895rad/s
V B=w4×l O4B=0.426 m/s
Ｃ点的速度分析：µv=0.0１(m/s)/mm，
取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
V C = V B + V CB
大小 ? √ ?
方向⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
字母 pc pb bc
其速度多边形如A1图纸上18′点的速度图所示，
有 V C =lpc ·μv =0.425 m/s
V CB = Lcb ·μv =0.11m/s w 5=V CB ∕Lcb =1rad/s
2.4加速度分析
取曲柄位置“18′'”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
a A4= a A4n + a A4τ = a A3n + a A4A3k + a A4A3γ
大小 w 42
l O4A ? w 22
l O2A 2w 4V A4 A3 ? 方向 B →A ⊥O 4B A →O 2 ⊥O 4B （向右） ∥O 4B （沿导路） 字母 πn n a 4′ π
a 3′ a 3′k k a 4′
取加速度极为π,加速度比例尺a μ=0.05（m/s 2）/mm ,作加速度多边形如图A1图纸上18′点的加速度多边形
a A4n =w 42l O4A =0.78952×0.418=0.26 m/s 2 a A4A3k =2w 4V A4A3=2×0.7895×0.605=0.96 a A4=πa 4′·μa =2.8m/s 2 a A4τ = na 4′·μa =2.85m/s 2
4
α= a A4τ∕l O4A =2.85/0.418=6.82rad/s 2
用加速度影象法求得
a B4 = a A4 ×l O4B /l O4A =3.62m/s 2
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
a C5= a B5 + a C5B5n + a C5B5τ;
大小
? √ √ ? 方向 ∥xx √ C →B ⊥BC
字母 πc πb bc ′ c ′c 〞
取加速度极点为π,加速度比例尺μa =0.05（m/s 2）/mm ,其加速度多边形如A1号
图纸18′点的加速度多边形
故a C5B5n= w52·lcb=0.09 m/s2
a C5 =πC′·μa =3.525m/s2
3导杆机构的动态静力分析
3.1 “2”动态静力分析
取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。

已知G6=700N，又a c=a c5=5.5m/s2,那么我们可以计算
p I6=- G6/g×a c =-700/9.8×5.5=-392.9N 在“2”点没有切削阻力Fr,所以Fr=0又ΣF= Fr+G6+p I6+ N16 + N45=0，如图A1号图纸
“2”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。

µN=25N。

由5、6构件的力多边形可得：
N45=400N N16=675N
分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示
已知：N54=- N45 =400N，G4=200N
由此可得：
M i4s=-J S4·α4=-1.1×9.82N·m= -10.8N·m
对A点取矩得：
ΣM A=P i4′*lo4s4cos28+G4lo4s4*sin5.5+ N54lo4b cos4- M i4s –lo4s4N23=(60*0.27cos28+200*0.27*sin5.5+400*0.54cos4+
10.8）-0.28N23=0
代入数据，得N23=800.5N
又ΣF=N45+ G4+F Is+ N23+ P i4′+N14=0,作力的3,4构件运动静力分析力
的矢量图
所示，µN=10N/mm。

3.2 曲柄平衡力矩分析
对曲柄2进行动态静力分析，作组力体图曲柄2进行动态静力分析所示，
M= N23×0.11 cos 21=82.2N·m
3.3 “18′”点动态静力分析
取“18′”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。

已知G6=700N，又a c=a c5=3.525m/s2,那么我们可以计算
p I6=- G6/g×a c =-700/9.8×3.525=-251.79N 在“18′”点当刨刀切出时，没有切削阻力Fr,所以Fr=0又ΣF= Fr+G6+p I6+ N16 + N45=0，如图A1号图纸“18′”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。

µN=25N/mm。

由5、6构件的力多边形可得：
N45=255N N16=675N
分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示
已知：N54=- N45 =255N，G4=200N
由此可得：
M i4s=-J S4·α4=-1.1×6.818N·m= -7.5N·m
对A点取矩得：
ΣM A=P i4′*lo4s4cos5+G4lo4s4*sin15+ N54lo4B cos11- M i4s –lo4s4N23=(58.67*0.27cos5+200*0.27*sin15+255*0.54cos11 +7.5）-0.28N23=0
代入数据，得N23=376.6N
又ΣF=N45+ G4+F Is+ N23+ P i4′+N14=0,作力的3,4构件运动静力分析力的矢量图
所示，µN=10N/mm。

3.4 曲柄平衡力矩分析
对曲柄18′进行动态静力分析，作组力体图曲柄18′进行动态静力分析所示，
µN=10N/mm
M= N23×0.11 cos 63=18.8N·m
3.5 “18′”点动态静力分析
取“18′”点为研究对象，分离5、6构件进行动态静力分析，作阻力体如图A1号图纸“2”点受力分析图所示。

已知G6=700N，又a c=a c5=3.525m/s2,那么我们可以计算
p I6=- G6/g×a c =-700/9.8×3.525=-251.79N 在“18′”点当刨
刀没切出时，有切削阻力Fr,所以Fr=7000N又ΣF= Fr+G6+p I6+ N16 + N45=0，如图A1号图纸底部“18′”点5、6构件的静力分析的矢量图所示。

µN=25N/mm。

由5、6构件的力多边形可得：N45=6750N
分离3,4构件进行动态静力分析，杆组力体图如图 A1纸3,4构件运动静力分析所示
已知：N54=- N45 =-6750N，G4=200N
由此可得：
M i4s=-J S4·α4=-1.1×6.818N·m= -7.5N·m
对A点取矩得：
ΣM A=P i4′*lo4s4cos5+G4lo4s4*sin15+ N54lo4B cos11- M i4s–lo4s4N23=(58.67*0.27cos5+200*0.27*sin15+6750*0.54 cos11+7.5）-0.28N23=0
代入数据，得N23=-8506.6N
又ΣF=N45+ G4+F14+ N23+ P i4′+N14=0,作力的3,4构件运动静力分力的矢量图
所示，µN=10N/mm。

3.6曲柄平衡力矩分析
对曲柄18′进行动态静力分析，作组力体图曲柄18′进行动态静力分析所示，
µN=10N/mm
M= N23×0.11 cos 63=424.8N·m
4飞轮设计
J F=900△E max/ π2n2=0.32N·m2 （详细图解见A2图纸）
5凸轮机构的设计
1、设计数据：
依据上述运动方程绘制角位移ψ、Φ的关系曲线（见图纸）
2、作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：
⑴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（－ω）（ω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（－ω）绕凸轮轴心逆时针方向反转，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。

2.设计过程
选取比例尺，作图μl=1mm/mm 。

（1）.选定凸轮转动中心O 2，选择图示比例后根据A2图纸上图解法确定的基
d 为半径作从动件回
得各等分点O 91，（4）.以起点O 9和各
等分点O
91,O 92 ,O 93…...为圆
心，l O9D
为半径，做圆
弧，分别与基圆交一
点A,A 1A 2A 3……..
（5）.分别以O
91A 1,O 92A 2 ,O 93A 3……为基准量取角度位移，
使∠A 1O 91A 1` ∠
A 3O 93A 3`……分别与
到A 1`A 2`A 3`…
A,A 1` ,A 2` .A 3`….
线。

（具体图形见相
总 结 语
通过本次课程设计，我对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。

此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。

同时在设计的整个过程中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。

另外在设计的过程中，我将不断培养自己的合作能力。

自从第一天开始我们全班同学就积极投入到学习中去，完成各自的数据计算，基本草图的绘制，数据的简单处理，为了不影响全班同学的最后数据的计算和数据的统计，我每天都呆在绘图室里，尽快完成当天的工作，为本组成员提供参考和数据的分析等等。

我认为大家积极与他人交流，讨论设计过程遇到的难题，一起去解决。

也经常帮助同学解决问题。

这种学习的方法也是值得借鉴的，在讨论中学习，而且这种由同学自己得到的东西，同学们记得会更加的深刻，另外在讨论学习过程中同学们之间的关系会更加密切，非常有利于增进同学之间的友谊。

通过本次课程设计使我明白了自己知识还比较欠缺，需要学习的东西好有很多，以前总认为自己掌握很好的东西，其实差的还很远，尤其是在机械这个大行业里面，学了那么一丁点的东西，根本拿不出手，要想真正的在这个行业中有所建树，付出是你必须的，而且是不遗余力的去努力学习。

此致；敬礼！
非常感谢指导老师高中庸教授对我们的悉心指导以及各位同学的帮助，顺利的完成了本次的课程设计，努力改正自己的缺点与不足，为以后的工作道路打下坚实的基础。

参考文献
1、《机械原理》/高中庸、孙学强、汪建晓主编——第七版
2、《理论力学》/哈尔滨工业大学理论力学教研室主编
3、《机械设计课程设计手册》/罗圣国、吴宗泽主编
4、《画法几何及机械制图》/毛盯、黄英、肖平阳主编
特别致谢
高中庸陈振宇蓝方强。