牛头刨床机械原理课程设计方案一位置和位置

课程设计说明书
学院:_________xxxxxxxxxxxxxxx__ 班级:xxxxxxxxxxxxx
学生姓名: xxx 学号:xxxxxxxxxxx
设计地点（单位）___________xxxxxxxxxxxxxxxxxx ____________
设计题目:_____________牛头刨床__________________________
完成日期：2015年7 月10日
成绩(五级记分制):______ __________
教师签名:_________________________
年月日
设计数据 (2)
1、概述
1.1 牛头刨床简介 (3)
1.2 运动方案分析与选择 (4)
2、导杆机构的运动分析
2.1 位置4的速度分析 (6)
2.4 位置4的加速度分析 (7)
2.3 位置9的速度分析 (11)
2.4 位置9的加速度分析 (12)
3、导杆机构的动态静力分析
3.1 位置4的惯性力计算 (15)
3.2 杆组5,6的动态静力分析 (15)
3.3 杆组 3.4的动态静力分析 (16)
3.4 平衡力矩的计算 (17)
4、飞轮机构设计
4.1 驱动力矩 (19)
4.2 等效转动惯量 (19)
4.3 飞轮转动惯量 (20)
5、凸轮机构设计 (22)
6、齿轮机构设计 (26)
1.概述
一、机构机械原理课程设计的目的：
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。

其基本目的在于：
（１）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。

（２）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。

（３）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。

（４）通过课程设计，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。

二、机械原理课程设计的任务：
机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）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；或对各机构进行运动分析。

要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。

三、械原理课程设计的方法：
机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。

图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。

根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。

1.1牛头刨床的简介
一．机构简介：
机构简图如下所示：
牛头刨床机构简图
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。

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1-2-3-4-5-6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，以提高生产效率。

因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。

刨刀每切削完成一次，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。

1.2运动方案分析与选择
运动机构简图
方案分析:
1.机构具有确定运动.
自由度为F=3n-(2P l+P h)=3×5-(2×7+0)=1;
2.通过曲柄带动摆杆导杆机构和滑块使刨刀往复运动,实现切削功能,能满足功能要求.
3.工作性能,工作行程中刨刀速度较慢,变化平缓,符合切削要求,摆动导杆机构使其有
急回作用,可满足任意行程速比系数k的要求;
4.传递性能,机构传动转角为90°,传动性能好,能承受较大的载荷,机构运动链较长,传
动间隙较大;
5.动力性能,传动平稳,冲击震动较小
6.结构和理性,结构简单合理,尺寸和质量也较小,制造和维修也较容易
7.经济性,无特殊工艺和设备要求,成本较低.
综上所述,选该方案.
2．导杆机构的运动分析（位置4号和9号）
（选择方案一）
2
=
==1.083698m/s
\
2
=
=
= 5.03958142m/s=5.05351276m/s
=
3.5虚位移原理
所有外力的功率和为0，Np+N i6+N G4+N i4+N M=0
Np=|P||V c|cos180°=-7000*0.7497054=-5247.9378
N i6=|F i6||V c|cos180°=-41.014548*0.7497054=-30.7488281 N G4=0.5|G4||V B°
N i4=|F i4||V i4|cos120.7647809°
N M=M bω2
把数据代入上式，得平衡力矩M b=842.0177271
4、飞轮机构的设计：
以曲柄为等效构件，求系统的等效转动惯量Je（不能忽略不计）。

再根据不均匀系数求J F.
4.1 驱动力矩
收集同学数据（共12个平衡力矩，即Mer），获得如下图形\
等效阻抗力矩Mer（Φ）图和等效驱动力矩Med（Φ）图
求得：Med=389N*m
4.2 等效转动惯量
4.3 飞轮转动惯量
由图可得：ΔW ab =-60J ，ΔW bc =985J ，ΔW cd =--950J ， 最大盈亏功ΔW max =985J
飞轮等效转动惯量J F=900·ΔW max /(π·2n 2*·[δ])- Je =900*985/(π2*602*0.15)-133.3 =33.04(kg ·m 2) 飞轮转动惯量J F=33.04(kg ·m 2)
5.凸轮机构设计
设计过程
选取比例尺，作图μl =1mm/mm 。

1、推程：找取任意一点为O 9，设摆杆任一位置O 9A ，在其上截取AH =lβ（l 为摆杆长度，β为推程类角速度，β>0）过点H 作与AH 及其延长线夹角为推程许用传动角[γ]的一对射线K （左下方）、L （右下方）所夹角域∠KHL 的O 2A 0方位线以下部分（阴影区域）。

摆杆推程中有无数个位置，固有无数对射线K 、L 分别构成连续射线族{K}、{L}以及连续角域族{∠
KHL }。

整个推程满足γ≥[γ]条件的凸轮轴心容许选取区域——无数个连续
角域族{∠KHL }的公共交集——{∠KHL }。

2、回程：摆杆任一位置O 9A ，在其上截取AJ =-lβ＇（l 为摆杆长度，β＇为回程类角速度，β＇< 0）过点J 作与AJ 及其延长线夹角为推程许用传动角[γ]r 的一对射线M 、N,即有∠AJM =[γ]r ，∠AJN =180°-[γ]r 。

此位置满足γ≥[γ]r ，条件的凸轮轴心许用区域M （右下方）、N （左下方）所夹角域∠MJN 的O 2A 0方位线的以下部分（阴影区域）。

同理，射线摆杆推程中有无数个位
置，固有无数对射线M 、N 分别构成连续射线族{M}、{N}以及连续角域族{∠MJN }。

整个推程满足γ≥[γ]r 条件的凸轮轴心容许选取区域——无数个连续角域族{∠MJN }的公共交集——{∠MJN }。

φ=2φmax δ
2
/δo 2
β=φ，= /d dt φ= 4φmax δ2w /δo 2
=1.92δ/π
φ=2φmax (δo -δ) 2/ δo 2
β=φ,
= /d dt φ= 4φmax (δo -δ) 2w /δ=0.8-1.92δ/πo
把推程角6等分，并列出对应的摆角：表
等加速回程： φ=φmax -φmax δ2
/δ，o 2
β＇=
/d dt φ= -4φmax δ2w / δ=-1.92（δ-85/180*π ) '(0~/2)o δδ=85/180*
π
等减速回程： φ=φmax (δ，o -（δ-85/180*π) 2
/ δ，o
2
β＇= /d dt φ/2= -2φmax (δ，o -(δ-85/180*π) / δo =1.92(δ-85/180*π)π-0.8
综上所述，整程（推程和回程）——满足γ≥[γ]、γ≥[γ]r 条件的凸轮轴心
容许选取区域{∠KHL }∩{∠MJN }。

[γ]= [γ]r ，所以可以确定O 2O 9位置和最小基圆半径为43.2851177mm, O 2O 9长度为mm 。

如下图。

3、再以O 2为圆心，以l O2O9/μl =mm 为半径作转轴圆；取一点为O 9。

4、以O 9为圆心，以l OqD /μl =125mm 为半径画弧与基圆交于一点。

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12.5°对推程段等分、12.5°对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用数字进行标记，于是得到了转轴圆上的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，用反转法把摆杆的相应位置ψ画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。

5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择
（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径min ρ：先用目测法估计凸轮理论廓线上的min ρ的大致位置（可记为A 点）；以A 点位圆心，任选较小的半径r?作圆交于廓线上的B 、C 点；分别以B 、C 为圆心，以同样的半径r 画圆，三个小圆分别交于D 、E 、F 、G 四个点处，如下图所示；过D 、E 两点作直线，再过F 、G 两点作直线，两直线交于O 点，则O 点近似为凸轮廓线上A 点的曲率中心，曲率半径OA ≈min ρ；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径≈min ρ 。

（2）凸轮滚子半径的选择（r T ）
凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑： 几何因素——应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 1~5mm 。

对于凸轮的凸曲线处
T C r -=ρρ，
对于凸轮的凹轮廓线T C r +=ρρ（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式：mm r r T T 2255min min =-<⇒>-=ρρρ； 力学因素——滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取0)5.01.0(r r T -=及mm r T 5.225.4<<。

综合这两方面的考虑，选择滚子半径为r T =15mm 。

得到凸轮实际廓线，如下图所示。

4.5列表
6.齿轮机构的设计
已知 电动机、曲柄的转速n ,
o 、n 2，皮带轮直径d ,o 、d ,
,o ，某
些齿轮的齿数z ，模数m 。

分度圆压力角α；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。

要求 计算齿轮z 2的齿数，选择齿轮副z 1- z 2的变位系数，计算这对齿轮的各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。

步骤:
(1)首先根据已知的条件求出z
2
的齿数。

由i o’o’’=d o’’/d o’=’n o’/n o’’=1440/n o’’ ,得n o’’ =480
i o’’o2=n o’’/n2=z2*z1’/z o’’z1=480/60=z2*40/20*10=8,
得出：z2=40
对小齿轮实行正变位，对大齿轮实行负变位，且是等变位，经计算并
分析后取变位系数X
1=﹣X
2
=0.5
再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下：
节圆直径 d
1=m12*Z
1
=6*10＝60mm
d
2=m12*Z
2
=6*40=240mm
基圆半径r
1b =r
1
*。

20
cos=36.64mm
r
2
b = r
2
*。

20
cos=109.9mm
齿顶高 h
1a =(h*
a
+x) m
12
=(1+0.5)*6=9mm
h
2
a =(h*
a
-x) m
12
=(1-0.5)*6=3mm
齿根高 h
1f =( h*
a
+c*-x)m
12
=(1+0.25-0.5)*6=4.5mm
h
2
f =( h*
a
+c*+x)m
12
=(1+0.25+0.5)*6=10.5mm
齿顶圆半径 r
1a = r
1
+ h
1a
=30+9=39mm
r
2
a = r
2
+ h
2
a
=120+3=123mm
齿根圆半径 r
1f = r
1
- h
1f
=30-4.5=25.5mm
r
2
f = r
2
-h
2f
=120-10.5=109.5mm
齿厚 s
1= m∏/2+2mx。

20
tan=11.6mm
s
2= m∏/2+2m(-x)。

20
tan=7.2mm
4点速度验证
9点速度验证
4点加速度验证
9点加速度验证。