中南大学机械原理及机械设计课程设计指导书

机械原理及机械设计课程设计指导书

何竞飞

中南大学机械设计设计系

一、课程设计的目的

本课程设计是“机械原理与机械设计”课程的重要的实践性环节，是学生入学以来第一次综合设计能力的训练，在学生培养目标中占有重要地位。

通过课程设计这一实践环节，使学生更好地掌握和加深理解本课程的基本理论和方法，进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图和应用计算机等能力, 特别是加强培养学生创新意识和分析问题、解决问题的能力。

二、课程设计的基本要求

按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的运动方案，并对其中的某些机构进行分析和设计。学生应在教师指导下独立完成设计任务。要求绘制适量图纸、编制计算机程序和撰写设计说明书。具体要求包括：

1、课程设计内容应以完整的机械系统（包括原动机、执行机构和传动系统）为设计对象，也可选作其他机械装置，但工作量应相当；

2、设计过程应包括：方案讨论，执行机构设计，传动系统设计，原动机选择，结构设计，完成一般机械设计的全过程训练；

3、设计图纸应符合国家标准，尺寸公差标注正确，技术要求完整合理；

4、鼓励创新思维；提倡广泛查阅资料；强调在教师指导下，按时独立完成。

课程设计应完成并提交的设计资料：

1) 平面刨削机床运动简图设计及运动分析线图（A1图纸）及减速器设计装配图（A1图纸）各一张；

2) 零件工作图若干张（传动零件、轴、箱体等）；

3) 设计说明书一份，内容包括：方案选择、电动机选择、传动比分配、机构运动分析和动力学分析、传动件及连接件的设计计算，选择联轴器等装置的功能、技术参数、装配维护注意事项等。

三、课程设计主要内容

1、设计题目

牛头刨床是一种常用的平面切削加工机床，电动机经带传动、齿轮传动（图中未画出）最后带动曲柄1（见图1）转动，刨床工作时，是由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头和刨刀作往复运动，刨头5右行时，刨刀切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀；刨头左行时，不进行切削，称空回行程，此时速度较高，以节省时间提高生产率，为此刨床采用有急回作用的导杆机构。

图1

牛头刨床的工艺功能要求如下：

1）刨削速度尽可能为匀速，并要求刨刀有急回特性。

2）刨削时工件静止不动，刨刀空回程后期工件作横向进给，且每次横向进给量要求相同，横向进给量很小并可随工件的不同可调。

3）工件加工面被抛去一层之后，刨刀能沿垂直工件加工面方向下移一个切削深度，然后工件能方便地作反方向间歇横向进给，且每次进给量仍然要求相同。

4）原动机采用电动机。

表1：牛头刨床的原始参数

题号（数据组号）

参数项目

1 2 3 4 5

刨削平均速度v m(mm/s) 530 550 600 580 630 行程速度变化系数K 1.46 1.40 1.45 1.50 1.48 刨刀冲程H(mm) 320 300 380 400 420 切削阻力F r(N) 3500 4500 5000 4000 5500 空行程摩擦阻力（N）175 225 25 200 275 刨刀越程量ΔS(mm) 16 15 19 20 21

刨头重量（N）550 520 580 620 650 杆件比重（N/m）220 200 250 300 340 机器运转速度许用不均匀系数[δ]0.05 0.05 0.05 0.05 0.05

图2

2、设计任务安排

每组数据6人，每人的执行机构和齿轮传动装置均不一样，具体安排如下：

机构类型号

机构项目

1 2 3 4 5 6

执行机构Ⅱ级机构1 Ⅱ级机构2 III级机构1 III级机构2 III级机构1 III级机构2 齿轮传动装置圆锥加圆柱同轴式二级展开式分流式同轴式圆锥加圆柱

3、设计内容

1)系统总体方案的分析讨论和制定；

2)选择电动机，分配传动比，计算各轴运动和动力参数；

3)执行机构的运动分析计算、动力学分析计算，及构件尺寸设计；

4)传动零件的工作能力设计计算，确定主要零件的主要参数或尺寸；

5)减速器装配图结构设计；

6)减速器零件图结构设计

7)编写设计计算说明书；

4、课程设计进行方式

1）要求在教师指导下分阶段完成。

2）系统总体方案的分析讨论和制定分组完成，最后由教师指定设计方案。

3）每个学生独立完成后续设计任务；

4)答辩。

5)确定成绩。

四、系统总体方案的分析讨论和制定

1．拟定运动循环图

考虑到刨刀的垂直进给运动周期相对较长，而且一个周期中的运动时间比静止时间短得多，为了简化机构设计，此运动可以采用手动，所有该设计只要求拟定刨刀切削运动执行机构和工件横向进给运动执行机构之间的顺序和协调配合关系。

2、执行机构的选型

该机器的三个工艺动作采用三个执行机构来完成。

1)刨刀切削运动

按照原始条件，原动机采用电动机，电机转子的回转运动经过减速传动装置后再传给刨刀切削运动的执行机构，所以它应具备将回转运动转换成双向移动的功能，常用于实现这一功能的执行机构有以下几种：

（1）移动从动件凸轮机构：易实现工作行程为匀速及具有急回特性的要求，但受力差，易磨损，行程大时基圆大，凸轮尺寸大，较难平衡和制造。

（2）平面连杆机构：受力好，磨损小，工作可靠，且具有急回特性，但只能实现近似均速运动。

（3）齿条机构：可实现工作行程为匀速移动的要求，但行程开始及终止时有冲击，适用于大行程而不宜小行程，且必须增加换向变速机构才能得到急回运动。

（4）螺旋机构：能得到均速移动的工作行程，且为面接触，受力好，但行程开始和终止时有冲击，安装和润滑较困难，且必须增设换向和变速机构，才能得到急回运动。

（5）组合机构：如凸轮——连杆组合机构，能实现给定的运动要求，但具有凸轮机构存在的缺点，且设计制造较复杂。

2）工件横向进给运动

工件的横向进给运动量是很小的，且每次要求等量进给，又因为必须防止工件在刨削力的作用下沿横向移动，所以横向进给执行机构除了能实现小而且等量进给外，在非进给时还应具备有自动固定的功能。螺旋机构能满足这些功能，而且结构简单，容易制造。因此，可