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1、-机械原理机械原理课程设计说明书课程设计说明书设计题目： 牛头刨床设计学校： 井冈山大学院 系 ： *班级： *姓名： *学号： *指导教师： *时间： 目录目录一：一：概述概述 21.1机械原理课程设计的目的 31.2机械原理课程设计的任务 31.3机械原理课程设计的方法 3二：设计工程二：设计工程 42.1设计题目 42.2方案选择 42.3机构简介 7-优质专业-2.4设计数据 8三：设计容三：设计容 93.1导杆机构的设计 103.2凸轮机构的设计 163.3棘轮机构的设计 21四：设计体会四：设计体会 24五：参考文献五：参考文献 25一概述一概述1.11.1 机械原理课程设计的目的
2、机械原理课程设计的目的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，同时是使学生较全面、系统的掌握机械原理课程的根本原理和方法的重要环节，是培养学生确定机械运动方案、分析和设计接.1.借机械系统运动方案的设计与拟定来把机械原理课程中的各种理论知识和方法融会贯穿起来，进一步稳固和加深学生所学的理论知识。2.培养学生独立解决有关课程实际问题的能力， 是学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有较完善的概念。3.卸的能力以及开发创新能力的手段。其目的是：进一步提.z.-高学生的运算、绘图、运用计算器和技术资料的能力。4.通过编写说明书，培养学生表达、归纳
3、、总结和独立思考的能力。1.21.2 机械原理课程设计的任务机械原理课程设计的任务机械原理课程设计的的任务是对给定的设计要求进展分析。1.小组成员按设计任务要求想出三个方案， 小组讨论确定最正确方案。2.确定杆件尺寸。3.对机械进展运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度、加速度。4.根据方案对各构件进展运动设计， 如对连杆机构按行程速比系数进展设计，对凸轮机构按从动件运动规律进展设计。5.要求学生根据设计任务绘制必要的图纸。1.31.3 工作原理工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 a所示。.z.-电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄 2 和固结在其上的凸轮8。刨床
4、工作时，由导杆机构 23456 带动刨头 6 和刨刀7 作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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 191011 与棘轮带动螺旋机构图中未画 ，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力在切削的前后各有一段0.05H 的空刀距离，见图 b ，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转动，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图 1-1图 1
5、-2.z.-图 1-3图 1-41.311.31 机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两.z.-种。图解法集合概念清晰、直观；解析法精度较高。根据要求此处用图解法进展设计。二二. .设计工程设计工程2.112.11 设计题目设计题目牛头刨床设计，电动机轴与曲柄2 平行、刨刀刀刃点与铰链c 的垂直为 50mm，使用寿命 10 年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄 2 转速偏差为-5%+5%。要求导杆机构的最大压力角应为最小值； 凸轮机构的最大压力角应在许应值 【a】之，摆动从动件9 的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行机构的传
6、动效率按 0.95%计算。系统有过载保护。 按小批量生产规模设计。2.122.12 设计容设计容根据题目设计要求，通过设计分析，比较不同运动方案的优劣。对方案的主要传动和执行机构进展尺寸综合，用图解法确定有关设计尺寸参数，绘制包括从原动件到执行构件间，组成该机器的所有传动机构的传动系的机构简图。2.13 设计要求.z.-1.完成整个机构的原理图一用 A1 图纸完成 。2.完成连杆的零件图一， 以及凸轮和棘轮的两种 CAD 图纸。3.设计计算说明书一份，不少于 23 页，包括容：封面、目录、原始资料和数据、所有设计计算分析过程、心得体会、参考文献不少于 15 个。4.说明书要求字迹工整，绘图准确
7、，装订成册。5.作图要求准确， 比例适当， 布局均匀， 要求符合国家标准，图页整洁。2.22.2 方案选择方案选择2.212.21 方案选项方案选项方案一如下：急回性能好，稳定，准确性能好，但是承载能力不够.z.-说明：电动机带动曲柄，曲柄带动连杆传动，连杆迫使刨刀往复运动。自由度 F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1评价：该方案整体上是不错的，制造本钱低，而其急回性能好，工作性能相当稳定，准确性能好，但是利用杠杆传力该机构的承载能力不够好好。力传性好方案二如下准确性高说明：该机构具有确定的运动，自由度.z.-F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1 电机带动曲柄， 曲柄带
8、动滑块移动，滑块带动摇杆摆动，摇杆带动滑块，滑块迫使刨刀往复运动，评价：该方案的工作性能相当好，无论从传力性、准确性上都是相比照拟好的。方案二更加符2.222.22 主机构运动方案确实定主机构运动方案确实定以上两个方案相比，方案二的具有较少的移动副，刨削质量好，且冲击震动较小，摩擦阻力要少于一方案，由此看来方案二更理想。速度均方根偏差方案二的要小于方案一，说明方案二的速度波动更小。主机构在切削的过程中能够获得更加平稳的运动速度，更加符合设计要求。合设计要求，选择方案二综上所述，选用方案二作为机构的主切削机构。2.32.3 机构简介机构简介2.312.31 工作原理及机构简介工作原理及机构简介工
9、作原理：牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。图 1 为其参.z.-考示意图。电动机经过减速传动装置皮带和齿轮传动带动执行机构导杆机构和凸轮机构完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头 6 由曲柄 2 带动右行，刨刀进展切削，称为工作行程。在切削行程 H 中，前后各有一段 0.05H的空刀距离，工作阻力F 为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮 8 通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。图 2-1.z.-图 2-3-2图 2-3-32
10、.322.32 设计数据设计数据导杆机构运动分析转速n2(r/min)机架工作行程行程速比系数 KH(mm)/lO4B连杆与导杆之比lBClO2O4(mm)554103101.370.25.z.-凸轮机构设计从动件最大摆角 ma*从动件杆长许用压力角推程运动角0远休止角s回程运动角0lO9D(mm)1512840601060图 2-3-4.z.-三设计容三设计容3.13.1 导杆机构的设计导杆机构的设计导杆机构设计要求概述：2=5.76rad/sAO2=100mm图 3-1lBO4=638mm曲柄每分钟的转数n2，各构件尺寸，且刨头导路xx位于导l =160mmBC杆端头 B 所作圆弧的平分线
11、上。要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在 2 号图纸上。.z.-计算过程：数据 n2=55r/min 得2=255/60(rad/s)=5.76rad/s根据图示 3-1-2 可知，求极位夹角:=180(K-1)/(K+1)=28LAO2=100mm.lBO4=638mm求连杆长度： lBC= lBO4 *0.25=160mm0.05H 的空刀距离: 0.05*310=15.5mmA2=0.57m/s4=1.14rad/s图 3-2vA4 =0.57m/s取一点取一点3 3速度,加速度分析：取曲柄位置“3进展速度分析。如图示;因构件 2 和 3 在
12、 A 处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A.z.-线，指向与 2一致。确定构件 3 上 A 点的速度：构件 2 与构件 3 用转动副 A 相联，所以A3= =A2。又A2=2lO2A =0.15.76=0.576m/s求VA4的速度：选取速度比例尺 ：v=0.03(m/s)/mm; A4= A3+ A4A3方向：BO4AO2BO4大小：.2lO2A.图 3-3用图解法求解如图 3-3：式中A3、A4表示构件 3 和构件 4 上 A 点的绝对速度， A4A3表示构件 4 上 A 点相对于构件 3 上 A 点的速度，其方向平行于线段 BO4， 大小未知； 构件
13、4 上 A 点的速度方向垂直于线段 BO4，大小未知。在图上任取一点 P，作A3的方向线 pa3，方向垂直于 AO2，指向与2的方向一致，长度等于A3/v， 其中v为速度.z.v A4A3=0.18m/sVB4=0.72m/s-比例尺 。过点p作直线垂直于BO4代表A4的方向线，再过LAO4=507mma3作直线平行于线段 BO4代表A4A3的方向线这两条直线的交点为 a4，则矢量pa4和a3a4分别代A4和A4A3。由速度多边形 Pa3a4得：v A4A3=vLA4A3=0.18m/s 求 BO 4的角速度4：曲柄位于起点 1 时位置如图1 ：vA4=vPA4=0.57m/s此时:杆 BO
14、4的角速度4：4=vA4/lO4A=1.13rad/s杆 BO 4的速度V4:VC =0.69m/s5=0.75rad/sVB4=4lO4B=0.72m/s由图一，由余玄定理可得，AO2O4=60+75=135LAO4= LAO2 +LO2O4 -2LAO2LO2O4COS AO2O4=507mm取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B= C+ BC大小?方向O4B*BCVC=v Pc=0.72m/sVBC=0.12m/saA3 =3.32 m/s25=vCB/lBC=0.75rad/s.z.-取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B= C+ BC大小?方向O4B*BCVC=v
15、 Pc=0.69m/sVBC=0.12m/sanA4=0.649m/s2aKA4A3=0.407m/s25=vCB/lBC=0.75rad/sanCB=0.09m/s2aA4=0.88m/s2aB=1.7m/s2图 3-4aC= 1.8m/s2由速度曲柄上 A(A2 A3 A4)点开场， 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aA3=aA3=W2 lo2A =3.32m/s2anA4=W42 lo4A=0.694m/s2aKA4A3=2W3VA4A3=0.407 m/s2anCB=W52 lCB=0.09 m/s2.z.-取 3、4 构件重合点 A 为研究
16、对象，列加速度矢量方程得：a aA4=a aA4n+ a aA4= a aA3n+a aA4A3K+a aA4A3r大小:?42 lO4A?24A4A3?方向： ?/BA O4B/AO2O4BO4B取加速度极点为,加速度比例尺 a=0.1m/s2/mm,aA4= uapa4=0.88m/s2aB=uapb=1.7m/s2a ac=a acBn+a a cB+ a aBn+a a B大小?方向*/CBBC/ABABaC= lca=1.8m/s2图图 3-53-5.z.-再取一点1010点速度,加速度分析取曲柄位置“10进展速度分析。如图示;因构件 2 和 3 在A 处的转动副相连，故 A3=A2
17、，其大小等于 2 lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与 2一致。vA2=vA3=0.576m/svA4=0.45m/sw4=1.33rad/s图 3-6vA2=vA3=w2lO2A=(2*n2/60)*lO2A=0.576m/svB=0.85m/s取构件 3 和 4 的重合点 A 进展速度分析。列速度矢量方程，得vA4A3= 0.37m/s A4= A3+ A4A3大小?方向O4AO2A O4取速度极点 P，速度比例尺 v=0.05(m/s)/mm ,作速度多边形如.z.-图vA4=vPA4=0.45m/s4=vA4/lO4A=1.33rad/svB=4lO4B=0.85m/svA4A3=A
18、4A3=0.37m/sVC=0.84m/s取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得W5=1.2rad/s B= C+ BC大小?方向O4B*BCaA2=aA3 =0.575m/s2anA4=0.6m/s2aKA4A3=0.43m/s2anCB=0.23 m/s2图3-7VC=v Pc=0.84m/s5=vCB/lBC=1.2rad/s由速度曲柄上 A(A2 A3 A4)点开场， 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=W2 lo2A =0.575 m/s2anA4=W42 lo4A=0.6m/s2aKA4A3=2W3VA4A3=0.43
19、m/s2.z.-anCB=W52 lCB=0.23 m/s2取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：a aA4=a aA4n+ a aA4= a aA3n+a aA4A3K+a aA4A3r大小:?42 lO4A?24A4A3?方向： ?/BAO4B/AO2O4BO4B取加速度极点为,加速度比例尺 a=0.01m/s2/mm,aA4=1.04m/s2图3-8aA4= uapa4=1.04m/s2aB=uapb=2.4m/s2aS4=0.5aB=1.2m/s2= aA4/ lO4B=1.57rad/s2a ac=a acBn+a a cB+a aBn+a a B大小?方向*/
20、CBBC/ABAB其加速度多边形如图 13 所示,有aB=2.4m/s2aS4 =1.2m/s2aC=1.76 m/s2.z.-aC= lca=1.76 m/s23.23.2 凸轮机构的设计凸轮机构的设计条件、要求及设计数据1.：摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角，远休止角s，回程运动角，如图 8 所示，摆杆长度 lO9D，最大摆角ma*，许用压力角 见下表 ；凸轮与曲柄共轴。2.要求：确定凸轮机构的根本尺寸，选取滚子半径T，画出凸轮实际廓线。3.：摆线凸轮的最大摆角ma*=15,摆杆长度 128mm,求得凸轮的推程 S=34mm,再由诺莫图法求得凸轮基圆半径为 60mm.z.-=arc
21、os(a*a+l*l-rb*rb)/2al0 为摆杆初始位置角取 rb=65a=150mmcos=(150*150+130*130-65*65)/2*150*130=28因为凸轮做等加速，等减速运动，可的运动方程。上升过程等加速推程:=2ma*/0V=4ma*/0=(0-30 )a=4/00 =60等减速推程:= 0-2ma*/0V=-4ma*(0-)/ 0=(0-30 )a=-4ma*/00 =60下降过程：等加速回程：=2ma*/0.z.-V=-4ma*/0=(0-30 )a=-4/00 =60等减速回程：S=2ma*(0-)/ 0V=-4ma*(0-)/ 0=(0-30 )a=4ma*/
22、00 =60推程等加速等减速推程等加速等减速0150300450600回程等加速等减速回程等加速等减速.z.()02.1258.519.12534-70851001151303419.1258.52.1250()凸轮机构设计从动件最大摆角 ma*从动件杆长许用压力角推程运动角0远休止角s回程运动角0lO9D(mm)1512840601060.z.-选取比例尺，作图l=1mm/mm。1.取任意一点 O2 为圆心，以作 r0=60mm 基圆；2.再以 O2 为圆心，以 lO2O9/l=150mm 为半径作转轴圆；3.在转轴圆上 O2 右下方任取一点 O9;4.以 O9 为圆心，以 lOqD/l=1
23、28mm 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，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以 6对推程段等分、6对回程段等分对应的角位移如下表所示 ， 并用 A 进展标记， 于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再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.z.-个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。图 3-8凸轮曲线上最小曲率半径确实定及滚子半径的选择用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径 min测法估计凸轮理论廓线上的 min：先用目
24、的大致位置可记为 A 点 ；以 A 点位圆心，任选较小的半径 r 作圆交于廓线上的 B、C 点；分别以 B、C 为圆心，以同样的半径r 画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G 四个点处，如以下图 9 所示；过 D、E.z.-点作直线，再过 F、G 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 Pmin=OA图 3-9.z.-3.33.3 棘轮机构的设计棘轮机构的设计棘轮机构ratchet and pawl，由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。棘轮机构常用在各种机床和自动机中间歇进给或回转工作台的转位上，也常用在千斤顶上。在自行车中棘轮机构用于单向驱动
25、，在手动绞车中棘轮机构常用以防止逆转。棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作频率不能过高。3.313.31 棘轮机构简介棘轮机构简介棘轮机构将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停顿转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的构造参.z.-数或遮齿罩的位置等方法调节，
26、也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。棘轮机构的根本尺寸确定取导程 P=6，齿数 z=12，每次进给二个齿，棘轮转过60， 由 6/360=*/60 得， *=1mm， 所以工作台每次进给1mm，取模数 m=6，得齿顶圆直径 d=120mm ，齿底圆直径d=100mm ，齿高 h=10mm 可得出棘轮。3.323.32 棘轮机构的根本型式和工作原理棘轮机构的根本型式和工作原理图示为机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时
27、，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。.z.-四四. .心得体会心得体会通过两个星期的奋斗，在教师亲切地指导下，在同学们的密切配合下，当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完成了,心里无比的快乐,因为这是我们 努力的.z.-结晶。在这几天中，我有很多的体验，同时也有我也找到许多的毛病，仅就计算机辅助绘图而言，操作的就远远不够熟练，专业知识也不能熟练应用。整个设计中我懂
28、得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的困难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是通过这次实践设计，我觉得我有了很打的提高其次，通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法；同时也锻炼了我们的动手能力、独立思考的能力，以及和同学们之间的合作。它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助。当然，作为自己的第二次设计，其中肯定有太多的缺乏，但是经过这几天的历练，自己的 CAD 绘图水平也有了一定的提高， 并对所学知识有了进一步的理解。 希望在今后的设计中，能
29、够得到改正，使自己日益臻于成熟，专业知识日益深厚。我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中 ,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,到达谅解.这将使我受益终生。美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌.有开花才有结果,有付出才有收获.五五. .参考文献参考文献1.?机械原理?第七版 恒 等主编高等教育 2001。2.?高速凸轮? 孔午光高等教育 1992。3?机械原理?安子军主编 ：机械工业，1998。
30、4.?机械运动方案设计手册?邹慧君主编，交通大学2000。.z.-5.?机械原理课程设计指导书?罗洪田主编，高等教育 2005。6.?机械设计?濮良贵主编：机械工业，1998。7?现代机械传动手册?郁明山机械工业 1996。8.?机械创新原理? 曲继方科学，2001。9?机械创新设计?吕仲文 机械工业，2004。10?机械原理教程?申永胜清华大学 1999。11.?现代机械动力学?余跃庆工业大学 2001。12.?自动机械技术?詹启贤中国轻工业。13.?现代机械技术?王成帧科学技术 1999。14.?机械原理课程设计?王淑仁主编，机械工业2001。15.?机械工程与创新技术?黎明， 化学工业，2005。.z.
