机械原理课程设计牛头刨床2点和八点说明书.docx

1、机械原理课程设计牛头刨床2点和八点说明书学 院： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 日 期: 2012年01月12日 目录：一. 机构简介3 导杆机构的运动分析 3计算数据4二. 设计（计算）说明书4 1.导杆机构的设计 （1）画机构的运动简图 5 （2）对位置点进行速度分析和加速度分析7 （3）对位置2点进行速度分析和加速度分析8 （4）对位置8点进行动态静力分析9 （5）对位置2点进行动态静力分析142.凸轮机构的设计193.齿轮机构的设计24三.参考文献 27一. 机构简介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、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，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每次削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构，使工作台连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，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图1-1

3、1导杆机构的运动分析 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析一起画在1号图纸上。1.1设计数据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

4、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。设计数据：设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B

5、0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.21.2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（如下图）。 图1-2选择表中方案1取第2位置和第8位置（如下图1-3）。 图1-31.3速度分析以速度比例尺=(0.01m/s)/mm和加速度比例尺a=(0.1m/s)/m

6、m用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2）vA2=vA3= 2lO2A=0.6908m/s 表格 1-1位置未知量方程 2和8杆 VA4 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4BVC5 C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BCaA4 aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： BA O4B AO2 O4B（向左） O4B（沿导路） ac5 VB5=VB4ac5= aB5+ ac5B5大小 ? ?方向 XX BC2杆速

7、度图：如图1-4vA4=vLpa4=0.01x33=0.33m/s4=vA4/lO4A=0.33/0.42=0.78rad/svB=4lO4B=0.78x0.54=0.42m/svA4A3=vLa4a3=0.01x65=0.65m/svC=vLpc=0.01x39 =0.39m/s 图1-42杆加速度图：如图1-5由速度已知曲柄上 A(A2 A3 A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件 4 上 A 点的加速度 aA4,因为：aA2=aA3=w2l02A =(2)2xlo2A =(2)2x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=w24lo4A=0.782x0.42=0.25m/

8、s2a KA4A3=2w4vA4A3=2x0.782x0.65=0.79m/s2 图1-5ac=uaLpc=0.1x41=4.1m/s28杆速度图：如图1-6 图1-6va2=va3=w2l02a=0.69m/sVa4= va3+ va4a3大小 ？ 方向O4a O2a /O4a按比例尺v=0.01（m/s）/mm 作速度图如图所示，并求出构件4vA4=vLpa4=0.01x3=0.03m/s4=vA4/lO4A=0.03/0.42=0.07vrad/svB=4lO4B=0.07x0.54=0.04m/svA4A3=vLa4a3=0.01x65=0.65m/s对构件 5 上 B、C 点，列同一

9、构件两点间的速度矢量方程：Vc= VB + VCB大小 ？ ?方向 /x bcvC=vLpc=0.01x5=0.05m/s8杆加速度图：如1-7取极点 P,按比例尺 0.05(m/s2)/mm 做加速度图由速度已知曲柄上 A(A2 A3 A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件 4 上 A 点的加速度 aA4,因为:aA2=aA3=w2l02A =(2)2xlo2A =(2)2x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=w24lo4A=0.072x0.42=0.002m/s2a KA4A3=2w4vA4A3=2x0.07x0.65=0.1m/s2a A4=a NA4+ a TA4

10、= a A3+ a KA4A3+ a RA4A3大小 ？ ?方向 AO4 O4A AO2 O4A O4AaA4= uaLpa4=0.05x89=4.45m/s2aB=ua Lpb=0.05x128=6.4m/s2aC = aB+ aCB+ atCB大小 ？ ？方向 /x CB BC ac=uaLpc=0.05x138=6.9m/s2表格（1-2）位置要求图解法结果2Vc5（m/s）0.39ac5(m/s)4.18Vc5（m/s）0.05Ac5(m/s)6.9各点的速度，加速度分别列入表1-3，1-4中表1-3项目位置24VA4A3VA4Vc526.280.780.650.330.3986.28

11、0.070.650.030.05单位1rad/s1rad/sm/s表1-4项目位置aA4aA323.10.254.344.184.450.0024.346.9单位1.4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。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。首先按杆组分解实力体，用力多边形法决定各运动副中的作用反力和加于曲柄上的平衡力矩。参考图1-3，将其分解为5-6杆组示力体，3-4杆组示力体和曲柄。 图2-12.1矢量图解法：2.1.1 5-6杆组示力体共

12、受五个力，分别为P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45和R16 方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力F16 均垂直于质心， R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺= (50N)/mm，作力的多边形。将方程列入表2-1。已知P=7000N，G6=700N，又ac=ac5=4.1m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-700/104.1=-287N 又F=P+G6+FI6+FR45+FR16=0， 图1-7图1-7力多边形可得： FR45=7400N FR16= 7300N 分离3,4构件进行运动

13、静力分析，杆组力体图如图1-8所示，2.1.2对3-4杆组示力体分析 已知： F54=-F45=7400N，G4=200NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=1.85m/s2 , S4=0.88rad/s2 由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/104.N=-36.33N MS4=-JS4S4=-1.215.Nm= -14.39Nm在图上量取所需要的长度lAB=196. lS4A=93. lO4A=383.MA=FR54cos18。lABl+MS4+ FI4cos4。lS4Al+G4sin13。lS4Al+FRO4lO4Al=0代入数据， 得FRO4 =-1976.48 N 方向

14、垂直O4B向右F = FR54 + FR34 + FS4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0方向: BC O4B 与aS4同向 y轴 O4B O4B大小： ? ?作力的多边形如图1-8所示，选取力比例尺P=50N/mm。 图8FR34=EAN=9025NFRO4n =FAN=2000N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= FR322.1.3对曲柄分析，共受2个力，分别为R32,R12和一个力偶M，由于滑块3为二力杆，所以R32= R34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以FR12与FR32等大反力，由此可以求得:h2=0.09m,

15、则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即 即M=496.37Nm第二节 凸轮机构的设计 凸轮机构的设计要求概述： 已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓 凸轮机构的设计要求概述画在2号图纸上。 该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号maxlO9D s 【】单位 度mm 度 度数据15. 125 75 10 75 40 2.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表： 推程02o /2 回程o+so+s+o/2=24*/(25*)=/12-24（-17/36）2/25=96/25 =-96（-17/36

16、）2/25=192/25=-192/25推程o /2o回程o+s+o/2o+s+o=/12-24（5/12-）2/25=24（8/9-）2/25=96（5/12-）2/12=-96（8/9-）2/25=-192/25=192/253.依据上述运动方程绘制角位移、角速度、及角加速度的曲线：（1）、角位移曲线：、取凸轮转角比例尺 =1.25/mm和螺杆摆角的比例尺=0.5/mm在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33代表(先做前半部分抛物线).做03的等分点1、2两点，分别过这两点做轴的平行线。 、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1和2 。、将坐标原点分别与点1,2,3相连

17、,得线段O1,O2和03,分别超过1,2,3点且平行与轴的直线交与1,2和3.、将点0,1,2,3连成光滑的曲线,即为等加速运动的位移曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似. (2)角速度曲线:、选凸轮转角比例尺=1.25/mm和角速度比例尺=0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。由角速度方程可得=o/2, = max ,求得v换算到图示长度,3点处=0/2,故max位于过3点且平行与轴的直线.由于运动为等加速、等减速,故连接03即为此段的角速度图,下一端为等减速连接36即为这段角速度曲线。其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。(3)角加速度曲线:选取与上述相同

18、的凸轮转角比例尺=1.25/mm和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm在轴上截取线段代表。由角加速度方程求的角加速度.因运动为等加速,等减速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.序号偏角0011.87527.5313.125415515613.12577.581.8759013段为加速段为正值,轴上取做平行于13的直线段即为1、3段的加速度，其余各段与3做法相似。作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：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（）（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（）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

19、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。 设计凸轮轮廓： 、绘制凸轮的理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓1将 曲线图（如图（1）的推程运动角和回程运动角个分成4等份，按式求个等分点对应的角位移值：1=1*11，1=2*22，的数值见表（1）。2选取适当的长度比例尺l定出O2和O9的位置（选取l=0.002m/mm）。以O2为圆心，以r0/l为半径，作圆，再以以O2为圆心，以rb/l为半径作基圆。以O9为圆心，以l Oo9D/l为半径，作圆弧交基圆与DO（DO）。则O9DO便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置DO位于中心线O2O9的左侧。

20、以O2为圆心，以l Oo9 O2/l为半径作圆，沿（-）即为逆时针方向自O2O9开始依次取推程运动角0=75，远休止角s=10，回程运动角 o=75和远休止角s=200,并将推程和回程运动角各分成4等份,得O91 ,O92, O93O99各点。它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。 分别以O91 ,O92, O93O99为圆心，以l O9D/e为半径画圆弧，它们与基圆相交于D1 ，D2 ，D3D9，并作D1O91D1，D2O9rD分别等于摆杆角位移1，2，3。并使O91D1= O91 D1，O92D2= O92D2，则得D1，D2，D9（与D9重合）各点，这些点就是逆时针方向反转时从

21、动件摆杆端滚子轴心的轨迹点。 将点D1，D2，D9连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。B、绘制凸轮的实际轮廓：1在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。2作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。C、校核轮廓的最小曲率半径min：在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径rt 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E，以E为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点F和G为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于H、I、J、K四点；连HI、JK得交点C，则C点和长度C

22、E可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半径min。由图可知，CErt，故该凸轮轮廓的最小曲率半径min符合要求。第三节齿轮机构的设计：一 、设计要求： 计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图，整理说明书。1、齿轮机构的运动示意图2、已知各数据如表：符号n0Z1d0d0m1，2m0，1 单位r/minmmmmr/min度数据14402010030063.560 20二、计算过程：因为no/no=do/do 得no=480r/min(20)(80)分度圆直径（mm）120480基圆直径（mm）112.76451齿顶圆直径（mm）132492齿根圆直径（mm）105465

23、分度圆齿厚（mm）9.429.42分度圆齿距（mm）18.8418.84中心距300 得 z2=80三、绘制啮合图 齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形.它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数,并可借助图形做必要的分析。(1)渐开线的绘制: 渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制,如图以齿轮轮廓线为例，其步骤如下:1按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径: do” ，dob，d oa，d of，画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合,故节圆与分度圆重合.2连心线与分度圆(节圆)的叫点为节点P,过节点P作基圆切线,与基圆相切与N1,则即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线

24、的一段3将线段分成若干等份：、4根据渐开线特性，圆弧长不易测得，可按下式计算N10弧所对应弦长： 代入数据： 按此弦长在基圆上取0点。将基圆上的弧长N10分成同样等份，的基圆上的对应分点1，2，3。过1，2，3点作基圆的切线，并在这些切线上分别截取线段，使其、得，诸点，光滑连接，各点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。将基圆上的分点向左延伸，作出，取、，可得节圆以上渐开线各点，直至画到超出齿顶圆为止。当dfdb时，基圆以下一段齿廓取为径向线，在径向线与齿根圆之间以r.mm为半径画出过渡圆角；当dfdb时，在渐开线与齿根圆之间画出过渡圆角。（）啮合图的绘制：选取比例尺l=2mm/mm,定出齿轮Z0与

25、Z1的中心以OO心作出基圆，分度圆，节圆，齿根圆，齿顶圆画出工作齿轮的基圆内公切线，它与连心线0102的交点为点P ，又是两节圆的切点，内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角过节点P分别画出两齿轮在齿顶圆与齿根圆之间的齿廓曲线按已算得的齿厚和齿距P计算对应的弦长和。按和在分度圆上截取弦长得A,C点，则 取AB中点D连D两点为轮齿的对称线，用纸描下右半齿形，以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的个齿廓，另一齿轮做法相同。作出齿廓的工作段。 参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编七版北京2006.52、工程制图学及计算机绘图/杨胜强，马麟三版北京2008.83、机械原理课程设计指导书太原理工大学