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1、 机械原理课程设计 学生姓名：xxx 指导教师：xxx 学 院：xxx 专业班级：xxx 学 号xxx 2018 年 1 月 1 前言前言 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。是培养学生机械运动方案设计、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。其基本目的在于： （）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。 （） 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。 （）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
2、定传动方案的能力。 （）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。 （5）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。 机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、 飞轮机构凸轮机构）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、飞轮等。 目录目录 2 1、课程设计任务书3 (1)工 作 原 理 及 工 艺 动 作 过 程 3 (2)原始数据及设计要求 4 2、 设计（计算）说明书5 （1）画机构的运动简图 5 （2）机构运动分析7 对位置 120点进行速度分析和加速度分析7
3、 （3）对位置 120点进行动态静力分析11 3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计14 4、齿轮的设计17 5、参考文献 18 6、 心 得 体 会 19 7、附件19 一 、 课 程 设 计 任 务 书一 、 课 程 设 计 任 务 书 3 1. 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 过 程1. 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 过 程 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
4、 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。 O2 A O4 x y s6 s3 Xs6 C B Y s6 2 3 4 5 6 7 n2 Fr YFr 图（图（1-1） 4 Fr x 0.05H0.05
5、H H (b) 2 原 始 数 据 及 设 计 要 求2 原 始 数 据 及 设 计 要 求 设计 内容 导杆机构的运动分析 符号n2 42O O L AO L 2 BO L 4 BC L 4 4S O L 6 S x 6 S y 单位r/minmm 方案 II 6435090580 0.3 BO L 4 0.5 BO L 4 20050 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
6、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 。 5 二 、 设 计 说 明 书 (详 情 见 A2 图 纸 )二 、 设 计 说 明 书 (详 情 见 A2 图 纸 ) 1画机构的运动简图 1画机构的运动简图 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
7、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2方 向 将 曲 柄 圆 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 图 ） 。 6 取 第 方 案 的 120 位 置 （ 如 下 图 ） 。 7 、机构运动分析、机构运动分析 （1）曲柄位置“120 ”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画 速度图，加速度图） 取曲柄位置“120 ”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 O2 A线，指 向与 2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702ra
8、d/s A3=A2=2lO2A=6.7020.09m/s=0.603m/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 A4=A3+A4A3 大小 ? ? 方向 O4B O2A O4B 取速度极点 P，速度比例尺 v=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图 1-2 8 图 1-2 取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C=B+CB 大小 ? ? 方向 XX(向左) O4B BC 取速度极点P， 速度比例尺v=0.02(m/s)/mm, 作速度多边形如图1-2。 Pb=P a4O4B/ O4A=14.5 mm 则由图 1-2 知， C=PCv=0.
9、28m/s 加速度分析： 取曲柄位置“120”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 22lO2A,方向由 A 指向 O2。 a n A2a n A3 9 2=6.702rad/s, =22lO2A=6.70220.09 m/s2=4.04 m/s2 a n A3a n A2 取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3v a n A4 大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ? 方向： ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路） 取加速度极点为
10、 P,加速度比例尺 a=0.10（m/s2）/mm, =42lO4A=0.50820.3148 m/s2=0.08 m/s2 a n A4 aA4A3K=24A4 A3=0.59 m/s2 aA3n=4.04 m/s2 作加速度多边形如图 1-3 所示,则由比例得 aA4=4.48m/s2 aB=8.25m/s2 4=aA4lO4A1000=14.23rad/s2（逆） 10 图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+ a cB 大小 ? ? 方向导轨 CB BC 由其加速度多边形如图 13 所示,有 ac =p ca =8.13m/s
11、2 机构运动分析数据机构运动分析数据 V6 6 S444项目 位置图解线图解析图解解析图解大小/方向大小/方向 1200.288.134.130.508/逆14.23/逆 单位 米 / 秒米/秒 2 米/秒 2 1/ 秒1 / 秒 2 、机构动态静力分析、机构动态静力分析 取“120”点为研究对象， F14=-（G4/g）aS4 =-（220/9.8）4.13=-92.714N 11 M14=4JS4=14.231.2=17.076Nm Lh4=M14F14=184mm 取 5、6 基本杆组进行运动静力分析，作示力体如图 14 所示。 图 14 已知 G6=800N，又 ac= 8.13m/s
12、2,可以计算 F16=-（G6/g）ac =-（800/9.8）8.13=-663.673N 又 F=FR16+ F16+ G6+ FR56=0 大小 ? ？ 方向 xx xx xx BC 作为多边行如图 1-5 所示，N=100N/mm。 12 图 1-5 由图 1-7 力多边形可得： FR16 =768.279N FR56 =664.431N 取构件 3、4 基本杆组为示力体(如图 1-6 所示) MO4=0 FR54lh1+F14(lh2+lh4)+G4lh3-FR34lO2A=0 FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+184)+220*71.80)314.
13、80 =1387.23N F=0 FR54+G4+F14+FR34+FR14=0 FR14=594.33N 13 图 1-6 作力的多边形如图 1-7 所示，N=100N/mm。 14 图 1-7 对曲柄 2 进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图 1-8 所示， 图 1-8 MO2=0 FR32lh-Mb=0 Mb=1387.2924.301000Nm=33.71Nm 机构力分析数据机构力分析数据 图 解 法解 析 法 项目 位置 PI4PI6PI4MI4LhPI4PI6PI4MI4Lh 12092.71 4 663. 673 92.71 4 17.07 6 0.184 单位 N(牛)Nmm(
14、米) NNmm(米) 某位置的平衡力矩某位置的平衡力矩（单位：Nm） Mb项 目 位 置 FrFR6FR65FR54FR23FRO2PR04 大小 / 方向 图解0768.27 9 664.43 1 664.4 31 1387.2 3 1387.2 3 594.3333.71/顺120 解析 单位 N (牛)Nm（ 牛 米） 三、三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见 A2 图纸）摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见 A2 图纸） 1.由方案二数据得知： 摆杆长度 lO9D为 135mm，最大摆角max为 15，许用压力角为 38，推程运动角为 70，远休止角S，回程运动角为 70，
15、 15 近休止角S为 210。 摆杆 9 为等加速等减速规律，所以加速度为常数，所以位移是角度的 二次函数。 2.运动的划分： 设升程为摆杆摆动 15末端滑块运动的弧长 h = lO9D 2 15 360 = 35.34mm 按照等加速等减速运动规律， 摆杆前 7.5作匀加速运动， 后 7.5作 匀减速运动，将整个行程分为 10 段，每段运动时间占总时间的十分 之一。 分段点1234567891011 摆杆角度 () 00.31.22.74.87.510.212.313.814.715 推程(mm)00.712.826.3611.3117.6724.0328.9832.5134.6335.34
16、 凸轮角度 () 07142128354249566370 O2O9iDi() 17.317.618.52022.124.827.529.631.13232.3 3.基圆半径的确定： 当凸轮转过 70时，滚子中心以等加速等减速规律经过的弧长为 35.34mm，限定最大压力角max=38，所以将凸轮转角 70对 应上半圆周的点与最大压力角 38对应下半圆周的点以直线相连， 交等加速等减速运动标尺于 0.7 处，于是根据诺模图，h/r00.7； 由于 h=35.34mm，所以基圆半径 r050.5mm。 16 图 1 诺模图 4.理论轮廓线的绘制： 1) 设凸轮角度为 0时的压力角为 20，测量出 lO9O2=159.50mm 2) 以 O2为圆心，lO9O2为半径画圆，此圆即为摆
