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1、 机械原理课程设计说明书 题 目： 牛头刨床 （3） 院 系： 机电与信息工程学院 班 级： 机械（1）班 学 号： 2110607109 姓 名： 姜干 指导教师： 蒋宇 完成时间： 2013年6月30日 1 目录1. 课程设计任务书.22. 牛头刨床的设计摘要.53. 机构简介与设计数据.64. 设计内容.85. 传动系统的设计.186. 心得体会.217. 参考资料.22 1、课程设计任务书1、 设计题目：牛头刨床主传动机构分析与设计2、 已知技术参数和设计要求（1） 工作原理及工艺动作过程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。电动机经过减速
2、传动装置（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。工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时。刨刀要快速退回，即要有急回作用。（2） 设计要求 电动机轴与曲柄轴平行，刨刀刀刃点E和铰链点C的垂直距离为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的转速偏差为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用值之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速、等减速运动，执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护，按小批量生产规模设计。（可选择）（3）技术参数设计数据如下表所示12345678910导杆机构运动分析
3、转速 （r/min）48495052504847556056机架/mm380350430360370400390410380370工作行程/mm310300400330380250390310310320行程速比系数K1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48连杆与导杆之比0.250.300.360.330.300.320.330.250.280.26导杆机构动态静力分析工作阻力/N4500460038004000410052004200400060005500导杆质量20202220222426282622滑块质量70708080809080708060
4、导杆4质心转动惯量1.11.11.21.21.21.31.21.11.21.2凸轮机构设计从动件最大摆角从动件杆长125135130122123124126128130132许用压力角40384245434441404245推程运动角75706560707565607274远休止角10101010101010101010回程运动角757065607075656072743、 设计内容及工作量（1）根据牛头刨床的工作原理，拟定其执行机构，可拟定多种机构并对这些机构作对比分析，绘制机械运动方案示意图。（2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。（3） 导杆机构的运动
5、分析。选取运动中某一位置作为分析的重点，要求进行速度、加速度分析，并确定速度、加速度、角加速度、角速度等参量的数值。并将分析结果和步骤写在设计说明书中。（4） 导杆机构的动态静力分析。确定某一位置各运动副反力的数值。并将分析结果和步骤写在设计说明书中。（5） 传动系统的机构设计。设计传动系统的传递路线及拟采用的传动机构，并进行尺寸计算及零件图绘制。（6）编写设计说明书一份，包括设计任务，设计参数，设计计算过程等。4、 工作计划根据专业的教学计划安排采用集中和分散相结合的方式进行，时间为1.5周。时间安排内容安排第1天布置题目、学生选题第2天方案讨论第3天运动方案的制定、评价、选择第4天确定各传
6、动机构的尺寸、参数、机构设计第5天机构设计、相关量的计算第6天校核第7天整理前期所有工作第8天撰写设计说明书第9天上交成果、答辩 2.摘要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，具有工作行程速度低且均匀及空回速度快的特点。它一般只能加工小型工件，其优点是维护及操作都比较方便，加工精度高。本设计抓住对刨刀在不同点的速度以及加速度的分析，列运动方程以及对整个机构的不同构件和导杆机构的运动分析及静态力分析来研究和确定牛头刨床机构的运动特征。在这次设计中，还应用了图解法来分析。 3、机构简介与设计数据3.1.机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动
7、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
8、，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。3.2设计数据（3）技术参数设计数据如下表所示3导杆机构运动分析转速 （r/min）50机架/mm430工作行程/mm400行程速比系数K1.40连杆与导杆之比0.36导杆机构动态静力分析工作阻力/N3800导杆质量22滑块质量80导杆4质心转动惯量1.2凸轮机构设计从动件最大摆角从动件杆长130许用压力角42推程运动角65远休止角10回程运动角65 4.设计内容1. 计算机构的基本参数并绘制机构的运动简图 已知机架lo2o4长为430mm，工作行程H等于400mm，行程速比系数为1.4，连杆与导之比lBC/lo4B为0.36. 经
9、计算的杆lo2A长为111.3mm。导杆lo4B的长为772.8mm。连杆lBC的长为278.2mm。所以根据以上数据画出机构运动简图如下。2、速度分析： 由速度已知的曲柄上A（A2A3A4)点开始，列两构件重合点间速度矢量方程，求构件4上A点的速度vA4。因为vA2=vA3=lo2A=2n2/60lo2a=（250）60111.3=582.8mm/s所以 vA4=vA3+vA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4A取极点p，按照比例尺v=0.005(m/s)mm做速度图，如图所示，并求出构件4（3）的角速度4和构件4上的B点的速度vB以及构件4与构件3上的重合点A的相对速度vA4A3。
10、因为 vA4=v|pa4|= 0.005=532.9mm/sA4=vA4/lo4A=532.9529.3=1.01rad/s 且3=4（顺时针）vB=4lO4B=1.01772.8mm/s=778.1mm/svA4A3=v|a4a3|=0.00544120mm/s=220.6mm/s对于构件5上BC点，列同一构件两点间的速度矢量方程： vC=vB+vCB 大小 ？ ？ 方向 ？ BC vC=v|pc|=0.005154180=771mm/s5=vCB/lBC=0.379rad/s3、加速度分析由运动已知的曲柄上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
11、aA4。因为 aA2=aA3=aA2(法向）=（2）lo2A=（2n2/60)lo2A=(250）/60)111.3mm/s=3.06m/s aA4(法向）=（4）lo4A=(1.01)529.3mm/s=0.54m/s aA4A3(科氏加速度）=23vA4A3=23220.6mm/s=0.45m/s aCB（法向）=（5）lCB=(0.379)278.2=0.40m/s所以 aA4=aA4(法向）+aA4(切向）=aA3+aA4A3(科氏加速度）+aA4A3（向心加速度） 大小 ？ ？方向 AO4 O4A AO2 O4（向左下） O4A 取极点P，按比例尺u=0.01（m/s）/mm。作加速
12、度图（与机构简图和速度分析矢量图绘在同一图样上），如图所示，用影像原理求得构件4上B点和质心S4点的加速度aB和aS4，用构件4上A点的切向加速度aA4求构件4的角加速度a4.因为 aA4=a|pa4|=0.0177.5=0.775m/s aB=a|Pb|=0.0192.3=1.13m/s as4=0.5aB=0.566m/s 所以 a4=aA4(切向）/lo4A=0.0155.7/529.3mm=1.05rad/s（顺时针） 大小 ？ ？ 方向 xx CB BC aC=a|pc|=0.01108.7mm/s=1.087mm/s a5=aCB/lBC=0.0161.6/247.2=2.49ra
13、d/s4. 动态静力分析首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力F14（与aS4反向）、构件4的惯性力矩M14（与a4反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离Lh4（方向：右上）、构件6的惯性力矩F16（与aC反向）。 F14=m4aS4=220.566N=12.452N M14=Js4=1.051.2Nm=1.26Nm lh4=M14/F14=101.2mm F16=m6aS6=801.087N=86.96N1. 取构件5、6基本杆件组为示力体因构件5为二力杆，只对构件6作受力分析即可，首先列力平衡方程：F=0 Fr65= Fr56 Fr54= Fr45 Fr16+Fr+F16+G6+Fr56
14、=0大小 ？ ？方向 xx xx xx xx BC按比例尺F=10N/mm作力多边形，求出运动副反力Fr16和Fr56。 Fr16=1055.282N=552.82N Fr56=10372.057=3720.57N , 可计算出,设与水平导轨的夹角为可测得的大小为2度FR45= 87.0 N FR6=796.96N2取构件3、4基本杆组为示力体 首先取构件4，对O4点列力矩方程（反力Fr54的大小和方向为已知），求出反力Fr34： FR54= FR45 FR34= FR43FR54=-FR45 根据，其中，分别为,作用于的距离（其大小可以测得），可以求得：FR23=886.5N再对构建4列力平
15、衡方程，按比例尺uF= 10 N/mm作力多边形如图所示，求出机架对构建的反力FR14： F=0，FR54+G4+F14+FR34+FR14=0. 大小 ？ 方向 /BC xx O4A ？ FR14= 794.81N3，取构件2为示力体 作用于的距离为h，其大小为101.67mm所以曲柄上的平衡力矩为：M=FR32101.67mm=90.14m/s方向为逆时针。 5. 传动系统的设计 1、为提高传动效率，原传动系统采用齿轮机构设计齿轮机构的运动示意图已知各数据如表：符号n0Z1d0d0m12m01单位r/minmmmmr/min数据14401010030063.5602、计算过程：因为no/n
16、o=do/do 得no=480r/min (20) (40)(10)(40)分度圆直径7014060240基圆直径65.7131.556.4225.5齿顶圆直径7714778.3245.7齿根圆直径61.3131.351.3218.7分度圆齿厚5.55.511.77.1分度圆齿距10.910.918.818.8中心距105150 得 3、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: 按齿轮几何尺寸计
17、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. 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，也是渐开线发生线的一段 将线段分成若干等份：、 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
18、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
19、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。 6.心得体会 这次课程设计，在与同学密切配合下，通过自己几天的努力下，完成了这份课程设计，我学到了很多理论课上无法得到的收获。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练短短两周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，今后需要继续努力。在大学的生活中 ，我们有许多的时间去学习新的知识，我们不停地加强自己。 虽然说这次课程设计完成了，但是我们还不能放松自己，我们要学的还有许多许多，不仅仅是知识方面的，还有着自己与同学、老师交流和帮助在今后的大学生活中，还要继续努力。 7.参考资料1.机械原理课程设计手册邹慧君主编，高等教育出版社，19982.机械原理课程设计曲继方主编，机械工业出版社3.机械原理黄茂林，秦伟主编.北京：机械工业出版社，2002 4.机械原理教程.申永胜主编.北京：清华大学出版社，1999 5.机械原理邹慧君等主编，高等教育出版社，19996.连杆机构伏尔默 J主编，机械工业出版社7.机构分析与设计华大年等主编，纺织工业出版社8.机械运动方案设计手册邹慧君主编，上海交通大学出版社9.机械设计吴克坚，于晓红，钱瑞明主编.北京：高等教育出版社，200310.机械设计.龙振宇主编.北京：械工业出版社，2002 21