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1、机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床的设计机构位置编号：9，2方案号：班 级：2011250402姓 名：王小强学 号：201125040222 2014年 1 月 15 日目录一 导杆机构的运动分析u 机构的运动简图-1u 机构在位置2的速度及加速度分析-3u 机构在位置9的速度及加速度分析-5u 刨头的运动线图-7二 导杆机构的动态静力分析u 在位置2处各运动副反作用力-9u 在位置2处曲柄上所需的平衡力矩-13三 飞轮设计u 安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF的确定-14四 凸轮机构设计u 凸轮基本尺寸的确定- 14u 凸轮实际廓线的画出- 15五 齿轮机构的设计u 齿轮副Z1-Z2的
2、变位系数的确定-16u 齿轮传动的啮合图的绘制- 18六 总结- 19七 参考文献-19一 导杆机构的运动分析1.1机构的运动简图 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，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。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连
3、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，而空回行程中则没有切削阻力。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，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。设计内容导杆机构的运动分析符号n2LO2O4LO2ALo4BLBCLo4s4xS6yS6单位r/minmm方案64350905800.3lo4B0.5 lo4B20050曲柄位置的确定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。取第方案
4、的第2位置和第9位置（如下图）。 1.2机构在位置2的速度及加速度分析选取尺寸比例尺l=0.001m/mm，作机构运动简图。LO4A=0.383m速度分析：取构件3和4的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。对构件2：VA2=2LO2A=（60X2）/60x0.11=0.603m/s对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.603m/s对构件4：VA4 =VA3 + VA4A3大小： ？ 0.603 ？方向：AO4 AO2 / AO4取速度极点P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如下图所示。得：VA4=0.283m/s，= VA4/ LO4A=0.2
5、83/0.383=0.738 rad/sVA4A3=0.523m/s（A指向o2）VB4 = X LO4B=0.738*0.58=0.429 m/sVB5 = VB4=0.429 m/s对构件4：VC5= VB5 + VC5B5大小： ？ 0.429 ?方向：/XX O4B CB取速度极点P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如上图所示。得：VC5=0.414 m/s位置2的加速度分析对构件2：aA2=w2 LO2A=6.28*6.28*0.09=4.043 m/s对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4.043 m/s对构件4：aA4= a A4n
6、+ a A4= aA3 + a A4A3k + a A4A3r大小： ? 42lO4A ? ? 方向： ? BA O4B AO2 O4B /O4B 取加速度极点p，加速度比例尺a=0.01（m/s）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*0.738*0.523=0.7719m/s=0.738*0.738*0.383=0.2826 m/s作加速度多边形如上图所示。得：= 2.796 m/s ， =2.820m/s2.796/0.383=7.37.3*0.58=4.23 m/s0.738*0.738*0.58=0.3158m/s对构件5：: aC5= aB5 n + aB5 t + aC5B
7、5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向：xx BO4 BO4 CB CB取加速度极点p，加速度比例尺a=0.01（m/s）/mm。作加速度多边形如上图所示。得：=4.09m/s =4.09m/s1.3 位置9的加速度分析未知量方程 2和9号位置 VA4 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4BVC C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BCaA aA4 = + aA4= aA3n+aA4A3K+aA4A3r大小: 42lO4A ? 24A4A3 ?方向：BA O4B AO2 O4B O4B acac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向
8、XX CB BC9号位置速度图：ac=0.62Vc=0.649号位置加速度图：1.4刨头的运动线图由计算得刨头C在各个位置对应位移 速度 加速度，将其依次连接，构成圆滑的曲线，即得刨头C的运动线图。刨头线图如下： 二 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。动态静力分析过程：取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图15所示，选取长度比例尺l=0.001m/mm,选取力比例尺P=10N/mm图15已知P=9000N，G6=800N，又ac=4.099m/s2,那么我们可以
9、计算FI6=-m6ac =- G6/gac =-800/104.099=-327.957N又 F = P + G6 + FI6 + F45 + FRI6 =0 方向： x轴 y轴 与ac反向 BC y轴 大小： 9000 800 -m6a6 ? ? 作力多边行如图1-7所示，选取力比例尺P=10N/mm。图1-6由图1-6力多边形可得：F R45=CDN=933.210N=9332NFR16= ADN=108.610N=1086N取构件6为受力平衡体，并对C点取距，有分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-7所示。图1-7已知：F R54=F R45=9331.281N，G4=220
10、NaS4=aA4lO4S4/lO4A=2.778290/383.420=2.101m/s2 S4=4=7.225 rad/s2可得构件4上的惯性力FI4=-G4/gaS4=-220/102.101=-46.231N方向与aS4运动方向相反；惯性力偶矩MS4=-JS4S4=-1.27.225 = -8.670Nm方向与4运动方向相反（逆时针；）将FI4和MS4将合并成一个总惯性力FS4（=FI4）偏离质心S4的距离为hS4= MS4/ FI4，其对S4之矩的方向与4的方向相反（逆时针）。取构件4为受力平衡体，对A点取矩得：在图上量取所需要的长度lAB=196.5 ，lS4A=93.4 ，lO4A
11、=383.4MA=FR54cos15。lABl+MS4+ FI4cos4。lS4Al+G4sin13。lS4Al+FRO4lO4Al=0 =1771.7-8.6-4.3+4.6+0.38FRO4=0代入数据， 得FRO4 =-4599.0 N 方向垂直O4B向右F = FR54 + FR34 + FS4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0方向: BC O4B 与aS4同向 y轴 O4B（向右）O4B大小： ? ?作力的多边形如图1-8所示，选取力比例尺P=10N/mm。图1-8由图1-8得：FR34 =EAN=451.610N=4516NFRO4n =FAN=218.110N=2181
12、N方向：O4B向下因为曲柄2滑块3的重量可忽略不计，有F R34 = F R23= FR32对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-9示，图1-9由图1-9知，曲柄2为受力平衡体 对O2点取矩得：F R12= FR32MO2= Mb-FR32 sin28。l O2 Al=0即M=192.7Nm项目位置FI6FI4MS4hS4大小方向2-327.957-46.231-8.670 逆时针 0.187单位 4N N.m m项目位置PFR16F R54=F R45FR34 = F R23My大小方向290001049.0489331.2814516.086192.717顺时针单位 N N .m 三
13、 飞轮设计安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF的确定用惯性力法确定JF位置123456平衡力矩0300480525457.5367.57891011121247.51037.556.25-52.5-750由图可得最大盈亏功【W】=3589 J四 凸轮机构设计设计内容符号数据单位凸轮机构设计max15lO9D135mm3870S10 70r061mmlO2O9148mm凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w，使其绕轴心O转动。这是凸轮于推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其机架O点以角速度-w绕轴心O转动，一方面又在绕机架
14、O点作匀加速摆动。这样，推杆在这种复合运动中，其滚子中心运动的轨迹即为凸轮的理论轮廓线。以理论轮廓线上一系列点为圆心，以滚子半径r为半径，作一系列的圆，在作此圆族的包络线，即为凸轮的工作廓线。1、取任意一点O2为圆心，以r0作基圆，再以O2为圆心，以r=148mm为半径作转轴圆，在转轴圆上O2左上方任取一点O9。 2、以O9为圆心，以135mm为半径画弧与基圆交于D点。O9D即为摆动从动件推程起始位置，再逆时针方向旋转画的圆弧，再把圆弧按0、1、4、9、4、1、0分成6份；分别连接和圆弧上的这些点，则得到摆杆的各个位置角度；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，这三个阶段。再
15、以11.6对推程段等分、11.6对回程段等分，并用1-13数字进行标记，得到了转轴圆上的一系列的点，这些点即为摆杆在反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置画出来，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。在外轮廓上取一系列的点，以rg=15mm为滚子半径作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的实际轮廓。3、凸轮曲线上最小曲率半径的确定：用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（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；在圆A两边分别以B、C为圆心，以同样
16、的半径r画圆，三个小圆分别于E、F、H、M四个点处，如图所示；过E、F两点作直线，再过H、M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，曲率半径五 齿轮机构的设计1 Z2齿轮齿数的确定由齿轮的传动情况可得：= 得 =480(rad/s)= 得=192(rad/s)= 得 = =392 齿轮副-的变位系数的确定有图可知：r sin=mzsin/2 =代入不根切的几何条件式 得x 于是得出不发生根切的最小变位系数为= 当=,z=13时，有 =0.24, =-0.24 3 ，齿轮数据的确定名称符号齿轮1齿轮2变位系数x0.24-0.24分度圆直径d78234啮合角2020齿顶高
17、7.444.56齿根高6.068.94齿顶圆直径92.88243.12齿根圆直径65.88216.12中心距a1564 画出齿轮副-由计算结果，利用CAD二次开发软件，画出两个齿轮，然后组装为齿轮啮合图，并作标注。六 总结通过本次课程设计我觉得我的收获很多，让我对所学知识得到了更深的理解。以前对于速度加速度的分析只能是略懂，虽然能做一些相关类型的题目，但也只是套公式而已。很多类似的题目做起来很不熟练，也经常容易出错，像方向之类的问题就很容易出错。随着课程设计的学习与研究，较为深入的了解了矢量方程图解法对机构的速度及加速度的分析，较清晰的理解了科氏加速度等方向的判断。当然相对与同一位置的分析每个
18、都做了好几遍，因为每次算出来的结果都不是相同的，不得不重新计算。不过好处就是我对于这些分析过程理解的相当透彻了。同时也学习了一些相关CAD制图的方法，并且能够较为熟练的操作。还有对于凸轮的设计有了较为全面的理解与掌握。特别是反转法求凸轮的轮廓轨迹，及三圆四点法求最小曲率半径还有一些基圆半径的确定方法。最后对于飞轮的设计也有一定的了解与巩固，对一些公式也有比较深刻的记忆。设计期间也体会到了同伴之间的密切合作的重要性等等。这之间的种种工作也离不开老师的热情指导，在此表示深深的谢意。七 参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模主编六版北京20012、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编六版北京2002.83、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编北京1986.10
