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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录第一章 绪论11.1 课程设计的目的1.2 课程设计的任务1.3 牛头刨床简介及原始数据第二章 运动方案分析与选择12.1 方案112.2 方案212.3 方案31第三章 运动分析113.1 图解法之速度分析3.2 图解法之加速度分析3.3 动态静力分析第四章 程序设计14.1 原动件子程序设计4.2 RRP杆组子程序设计4.3 RPR杆组子程序设计4.2 主程序设计及程序封装第五章 凸轮设计5.1 凸轮基本尺寸参数的确定5.2 凸轮轮廓线设计第六章 ADAMS机构分析与设计26.1 建立牛头刨床模型5.1 凸轮基本尺寸参数的确定5.1 凸轮基本尺寸参数的确定第七
2、章 总结1第一章 绪论1.1 课程设计的目的机械原理课程设计是我们经过一学期机械原理课程学习之后，第一次较全面的对机械运动学和动力学分析与设计的训练，具体内容涉及到机械运动方案分析、机构运动分析、动态静力分析等，在这些内容的训练中，有对图解法、解析法、程序设计及ADAMS软件的熟练应用。本次课程设计旨在进一步巩固课程所学知识，培养自己解决有关实际问题的能力，并对机械运动学和动力分析与设计有一个较完整的概念。1.2 课程设计的任务本次课程设计以牛头刨床为例，内容涉及绘制机构运动简图，并对特定位置进行机构运动分析、静力分析，此外通过对c语言程序设计的应用，对机构的运动状态进行运算，运用先进的计算机
3、辅助设计软件ADAMS对机构进行运动分析。通过训练，比较不同种类方法的优缺点。最后，根据设计内容，完成设计说明书。1.3 牛头刨床简介及原始数据一、机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。机构示意图如图1-1所示，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
4、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。二、设计原始数据 图1-1（注：在工作行程的前5和后5两个阶段是没有切削力的。）表1-1 设计的相关参数第二章 运动方案分析与选择三种方案中，机构种类相同，包括摆动导杆机构、滑块机构、凸轮机构。不同方案的尺寸参数有所不同，从而会具有不同的性能。2.1 方案1（1） 运动是否具有确定的运动，方案二机构示意图如右
5、图2-1所示该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中Pl=6,Ph=1.凸轮和转子、2杆组成运动副中有一个局部自由度，即F=1。机构中不存在虚约束。由以上条件可知：机构的自由度 F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。 （2）机构传动功能的实现图2-1 方案一机构运动简图在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。通过连杆3推动滑块4运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。（3）主传动机构的工作性能凸轮1 的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1 随着角速度转动时，连杆3也随着杆2 的摇动不断的改变角度，使滑块4的
6、速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。（4）机构的传力性能 要实现机构的往返运动，必须在凸轮1 和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。但是
7、在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。杆2回受到弯力，因此对于杆2 的弯曲强度有较高的要求。同时，转子与凸轮1 的运动副为高副，受到的压强较大。所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。（5） 机构的动力性能分析。由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的寿命。所以在设计使用的过程中应处理好机械的震动问题，可以增加飞轮减少机械的震动，以免造成不必要的损失和危险。（6） 机构的合理性此机构使用凸轮和四连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。
8、同时，机构的尺寸要把握好，如杆2太长的话，弯曲变形就会很大，使杆2承受不了载荷而压断，如果太短的话，就不能有效的传递凸轮1 的作用力和速度。同时。凸轮具有不平衡性，在设计中尽量使凸轮的重量小一些，减小因为凸轮引起的整个机构的不平衡和机器的震动。（7）机构的经济性该机构使用的连杆和凸轮都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染；凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。2.2 方案2（1）运动是否具有确定的运动方案二机构示意图如右图2-2所示，图2-2 方案二机构运
9、动简图该机构由曲柄2、导杆4、滑块3、连杆5及滑块6（表示刨头）组成，其中杆2为主动件。滑块3以移动副的方式和导杆4连在一起。连杆5连接刨头和导杆。刨头以移动副方式在机架上运动。机构中的运动副有原动件2的铰接，2和3的转动副，4和5、5和6的转动副，以及3和4、6和1的移动副。机构中的运 副全都是低副，且Pl=7.在该机构中没有 高副，也不存在局部自由度和虚约束。由此可知： F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。所以，该机构具有确定的运动。（2）机构功能的实现根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件2带动的。杆2通过滑块3带动带动导杆4的转动
10、。导杆4连接连杆5，连杆5带动刨头6从而实现刨刀的往复运动。（3）机构的工作性能该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。但是原动件1的长度较小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1的变化速度对于扇形齿轮3的影响不是很大，同时机构是在转速不大的情况下运转的，也就是说，在扇形齿轮作用下的齿条的速度在切削过程中变化不大。趋于匀速运行。原动件1在滑块2上的速度始终不变，但是随着原动件1的运转，在一个周期里，BC的长度由小到大，再变小。而BC的长度是扇形齿轮3的回转半径，也就是说，在机构的运行过程中，推程的速度趋于稳定，在刨头回程时，由于扇形齿轮受到齿条的反作用力减小。还有扇形齿轮3的回转半径减小，使扇形
11、齿轮的回程速度远大于推程时的速度。即可以达到刨床在切削时速度较低，但是在回程时有速度较高的急回运动的要求。在刨头往返运动的过程中，避免加减速度的突变的产生。（4）机构的传递性能该机构中除了有扇形齿轮和齿条接触的两个高副外，所有的运动副都是低副，齿轮接触的运动副对于载荷的承受能力较强，所以，该机构对于载荷的承受能力较强，适于加工一定硬度的工件。同时。扇形齿轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中，原动件1是一个曲柄，扇形齿轮3只是在一定的范围内活动，对于杆的活动影响不大，机构的是设计上不存在运转的死角，机构可以正常的往复运行。（5）机构的动力
12、性能分析机构的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮，齿条机构。齿条固结于刨头的下方。扇形齿轮的重量较大，运转时产生的惯量也比较大，会对机构产生一定的冲击，使机构震动，不过在低速运转情况下，影响不会很大。（6）机构的合理性该机构的设计简单，尺寸可以根据机器的需要而进行选择，不宜过高或过低。同时，扇形齿轮的重量有助于保持整个机构的平衡。使其重心稳定。由于该机构的设计较为简单。所以维修方便。，除了齿轮的啮合需要很高的精确度外没有什么需要特别设计的工件，具有较好的合理性。（7）机构的经济性能 该机构中扇形齿轮与齿条的加工的精度要求很高，在工艺上需要比较麻烦的工艺过程，制作起来不是很容易。此方案经济成本较高
13、。2.3 方案3（1）运动是否具有确定的运动方案三机构示意图如右图2-3所示，图2-3 方案三机构运动简图该机构是一个在四连杆机构的基础上改进而来的六连杆机构，起主要作用的还是四连杆。该机构共有六个构件，共组成9个运动副且全为回转副，并且该机构中还引入了一个虚约束。该虚约束的产生是由于杆4的引入而产生的。杆4所连接的是A点和D点，由于这两个点和机架通过回转副铰支在一起 的，所以这两个点本身就不能产生相对移动，不需要另引入一个杆来固定二者的相对位置。由于四杆的引入所带来的3-2*2=-1的自由度就是虚约束。该机构的原动件是杆1 ，自由度F=3*6-2*9+1=1原动件数目等于自由度数，该机构有确
14、定的运动。（2）机械功能分析该构件中完成主运动的是由杆1、2、3、4所组成的四连杆机构，杆5 带动与其铰结的滑块6完成刨床的切削运动。在由杆1、2、3、4所组成的曲柄摇杆机构中，曲柄1在原动机的带动下做周期性往复运动，从而连杆5带动滑块6作周期性往复运动实现切削运动的不断进行。（3）工作性能分析从机构简图中可以看出，该机构得主动件1和连杆4的长度相差很大，这就是的机构在刨削的过程中刨刀的速度相对较低，刨削质量比较好。杆1和杆4在长度上的差别还是的刨刀在空行程的急回中 ，有较快的急回速度，缩短了机械的运转周期，提高了机械的效率。（4）传递性能和动力性能分析杆1、2、3、4所组成的曲柄摇杆机构中
15、其传动角是不断变化的，最小传动角出现在A,B,D三点共线处且B点在A,D两点之间，最大传动角出现在三点共线的另一种情况上。该机构的最大最小传动角差别不宜过大，否则将引起连杆传动的不稳定性，而这时就需要在原动件的主轴上添加飞轮以调节其转动的稳定性。所以为了减小该机构最大传动角和最小传动角的差值，增加A,D间的距离。这是因为其最小传动角是DFA中的DFA，且三角形的三个边的长度分别为DF，BF，AD-AB；最大传动角是DFB的DFB，且三角形三边分别为DF， BF， AD+AB。由三角形余弦定理可知，DFA ，DFB的AD和AD+AB大小与AD和AD+AB的长度有密切的关系，故增加AD的长度回减小两个三角形中DA和DB的长度之差，使两个三角形趋于全等从而使最小传动角和最大传动角趋于相等，借以提高传动性能。该机构中不存在高副，只有回转副和滑
