课程设计牛头刨床设计.docx
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课程设计牛头刨床设计
机械原理课程设计
计算说明书
设计题目：
牛头刨床设计
2012年2月22号
一、前言
“机械原理课程设计”是机械类课程中最合适培养学生创新能力的一门课程，是培养学生的综合运用的机械原理课程所学原理知识、技能解决实际问题的能力。
同时可以使学生较全面、系统的掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，也是培养学机械运动方案设计，创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。
其目的还有如下：
（1）使学生初步了解机械设计的全过程，受到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，具备初步的机构选型，组合和确定运动方案的能力。
（2）以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程各章的理论和方法融合贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。
（3）使学生掌握机械运动方案设计的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有一个较完善的概念。
（4）进一步提高学生运算、绘图及运用计算机和技术资源的能力。
（5）通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结的能力。
（6）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题能力和创新能力。
本次机械原理课程设计的基本任务是针对牛头刨床机构的分析，其包括对导杆机构的运动分析和动态静力分析以及对飞轮设计和凸轮机构的设计。
目录：
一、前言………………………………………………………………1
二、机构简介与设计数据……………………………………………3
（1）机构简介………………………………………………………3
（2）设计数据………………………………………………………4
三、设计内容（详情见A1图纸）…………………………………4
（1）机构运动简图…………………………………………………4
（2）速度分析………………………………………………………6
（3）加速度分析……………………………………………………8
四、导杆机构的动态静力分析………………………………………11
五、飞轮机构设计（详见A2图纸）……………………………………13
六、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详见A2图纸）…………14
七、参考文献…………………………………………………………17
八、心得体会…………………………………………………………17
二、机构简介与设计数据
（1）机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
刨床工作时,如图（1-1）所示，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，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀；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。
切削阻力如图（b）所示。
（2）设计数据
设计内容
导杆机构的运动分析
符号
n2
单位
r/min
mm
方案II
72
430
110
810
0.36
0.5
180
40
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。
三、设计内容（详情见A1图纸）
（1）机构的运动简图
1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。
确定机构运动时的左右极限位置。
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、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。
取第Ⅱ方案的第1位置和第7’位置（如下图）。
（2）速度分析
（1）曲柄位置“1”速度分析（列矢量方程，画速度图）
取曲柄位置“1”进行速度分析。
因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60rad/s=7.540rad/s
υA3=υA2=ω2·lO2A=7.540×0.110m/s=0.829m/s（⊥O2A）
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
υA4= υA3+ υA4A3
大小?
√?
方向⊥O4B⊥O2A∥O4B
线段pa4pa3a3a4
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01（m/s）/mm,作速度多边形如图1-2
图1-2
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC = υB + υCB
大小?
√ ?
方向水平⊥O4B ⊥BC
线段pcpbbc
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm,作速度多边行如图1-2。
Pb=Pa4·O4B/O4A=0mm（vc=vb=0）
则由图1-2知，υC=PC·μv=0m/s
（2）曲柄位置“7’”速度分析（列矢量方程，画速度图）
取曲柄位置“7’”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“１”。
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
υA4= υA3+ υA4A3
大小?
√?
方向⊥O4B⊥O2A∥O4B
线段pa4pa3a3a4
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01（m/s）/mm，作速度多边形如图1-4。
图１—4
Pb=Pa4·O4B/O4A=71.0mm
则由图1-4知，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC= υB+ υCB
大小?
√ ?
方向水平⊥O4B⊥BC
其速度多边形如图1-4所示，有
υC=PC·μv=0.7m/s
（2）加速度分析
（1）曲柄位置“1”加速度分析（列矢量方程，画加速度图）
取曲柄位置“1”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连，故
=
其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=7.540rad/s,
=
=ω22·lO2A=7.5402×0.110m/s2=6.254m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
+ aA4τ=aA3n+ aA4A3K+aA4A3v
大小:
ω42lO4A ?
w22lo2A 2ω3υA4A3?
方向：
B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向右）∥O4B（沿导路）
线段：
p’a4”a4”a4’p’a3’a3’k’k’a4’
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm,
=ω42lO4A=0.344m/s2aA4A3K=2ω4υA4A3=1.264m/s2
aA3n=6.254m/s2
作加速度多边形如图1-3所示
图１—3
则由图1-3知,取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac= aB+acBn+acBτ
大小?
√√?
方向∥导轨√C→B⊥BC
线段p’c’p’b’b’n’n’c’
由其加速度多边形如图1─3所示,有ac=pc·μa=12.8m/s2
（2）曲柄位置“7’”加速度分析（列矢量方程，画加速度图）。
取曲柄位置“7’”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“1”.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
aA4n+aA4τ = aA3n+aA4A3k+aA4A3γ
大小 ω42lO4A?
w22lo2A2ω3υA4A3?
方向B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向右）∥O4B
线段p’a4”a4”a4’p’a3’a3’k’k’a4’
取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5
图1-5
则由图1─5知，
=ω42lO4A=0.424m/s2aA4A3K=2ω4υA4A3=1.434m/s2
aA3n=6.254m/s2
用加速度影象法求得
aB=aA4×lO4B/lO4A=7.2m/s2
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
aC= aB+ aCBn+ aCBτ
大小?
√ √ ?
方向水平 √C→B⊥BC
线段p’c’p’b’b’n’n’c’
其加速度多边形如图1─5所示，有
aC=pC·μa=6.9m/s2
四、导杆机构的动态静力分析
取“7’”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，
（1）当受阻力P时，作受力分析如图1─6所示。
图1—6
已知G6=620N，又ac=6.9m/s2,可以计算
FI6=（G6/g）×ac=-（620/9.8）×6.9=-436.53N
作力的多边形如图1-7所示，µN=80N/mm。
图1-7图1-8
由图1-7力多边形可得：
FR45,FR16。
对3；4构件进行受力分析（如图1-8），又由MR45-N23O4A-MI4-MG4=0代入数据，得N23=12579.85N。
作力的多边形如图1-7。
曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图1-9所示：
图1-9
得：
Mb7’=679.31Nm
（2）当不受阻力P时，作受力分析如图1─10所示：
图1─10
由FI6=436.53Nm作力的多边形如图1-11所示，µN=80N/mm。
图1-11图1-12
由图1-11力多边形可得：
FR45,FR16。
对3；4构件进行受力分析（如1-12），又由MR45-N23O4A-MI4-MG4=0代入数据，得N23=721.85N。
作力的多边形如图1-11。
曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图1-13所示：
图1-13
得：
Mb7’=38.98Nm
五、飞轮机构设计（详见A2图纸）
已知及其运动的速度不均匀系数，由动态静力分析所得的平衡力矩My,具有定传动比的各构件的转动惯量J，电动机、曲柄的转速no’、n2及某些齿轮的齿数。
驱动力矩为常数。
要求用惯性立法确定安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF。
以上内容做在2号图纸上。
步骤：
1）列表汇集同组同学在动态静力分析中求得的个机构位置的平衡力矩M
，以力矩比例尺μ
和角度比例尺μ
绘制一个运动循环的动态等功阻力矩M
=M
（φ）线图。
对M
（φ）用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功A
=A
（φ）线图。
2）绘制驱动力矩M
所作的驱动功A
=A
（φ）线图。
因M
为常数，且一个运动循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的A
=A
（φ）线图的始末两点以直线相连，即为A
=A
（φ）线图。
3）求最大动态剩余功ΔΕ。
将A
=A
（φ）与A
=A
（φ）两线图相减，即得一个运动循环中的动态剩余功线图ΔΕ=ΔΕ（φ）。
该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩余功ΔΕ。
4）确定飞轮的转动惯量J
。
由所得的ΔΕ，按下式确定飞轮的转动惯量：
J
=900ΔΕ/π2n22δ
按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为:
JF=165.81Kgm2
六、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详见A2图纸）
（一）已知条件、要求及设计数据
1、已知：
摆杆９为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ'，如图8所示，摆杆长度lO9D，最大摆角ψmax，许用压力角〔α〕（见下表）；凸轮与曲柄共轴。
2、要求：
确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径ｒT，画出凸轮实际廓线。
3、设计数据：
设计内容
符号
数据
单位
凸轮机构
设计
ψmax
15
°
lOqD
130
mm
[α]
42
°
Ф
75
°
ФS
10
°
Ф’
65
°
选取比例尺，作图μl=1mm/mm。
1、任取一点作为O9作为圆心，从O9做射线（水平方向），在以此为基准量取Φ=15。
做角度。
2、以O2为圆心以作r0=130mm做圆弧交Φ于E，同时将Φ平分并又将其分为九份交圆弧都作为D1、D2、D3……D9。
3、根据DE/ O9D=15。
/37.5。
和DE/ lOqD=15。
/32.5。
分别算出推程和回程DE的长度。
4、按逆时针旋转量取推程和回程前半个路程D1E1、D4E4、D9E9，并在对应的线上做出对应的点，后半路程则量取D9E9、D4E4、D1E1。
5、将所做的点光滑连接起来，并从两端E9点作与7.5。
射线成48。
角度的射线，两射线相交于点O。
6、以O为圆心，OD1为半径做基圆，在以O为圆心，OO2为半径作轨迹圆。
7、在轨迹圆上沿-W方向依次标出推程、远休、回程、近休，这四个阶段并进行等分。
推程运动角按12.5。
等分，回程运动角按10.83。
等分，得各等分点A1、A2、A3、A4……。
8、以起点A和各等分点A1、A2、A3、A4…为圆心，O9D为半径，作圆弧，分别与基圆交于B和B1、B2、B3、B4……。
9、分别以A1B1、A2B2……为基准量取角位移，得B1，、B2，、B3，……。
10、再用光滑曲线把各个点连接起来，即可得到凸轮理论廓线。
11、选取滚子半径ｒT=0.1OD,再分别以B1，、B2，、B3，……为圆心，ｒT为半径画圆；然后用光滑曲线与各圆相切，即可得凸轮实际轮廓（如图A2图二所示）。
图10
七、参考文献
1、机械原理/高中庸，孙学强，汪建晓主编——一版——武汉：
华中科技大学出版社，2011.3
2、工程力学/龚良贵主编——北京航空航天大学出版社，2010.8
3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——北京，1986.10
八、心得体会
通过本次课程设计，加深了我对机械原理这门课程的理解，同时我也对机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，培养了我的表达，归纳总结的能力。
在设计过程中，我与同学们的交流协作，让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义。
一次实践就有一次收获。
最后，衷心的感谢高中庸老师在整个设计过程中的帮助与指导；是他们，我才能圆满的成功结束。
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