牛头刨床的课程设计说明书.doc

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1、牛头刨床的课程设计说明书牛头刨床的课程设计说明书 2011年01月05日 题目：牛头刨床的设计与分析 系 别 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 2011年 月 日 目 录 一、概述 1.1、课程设计的目的 1.2、课程设计的任务 1.3、课程设计的方法 二、牛头刨床的设计任务 2.1、设计题目 2.2、设计内容 2.3、设计要求 三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析 3.1、设计数据 3.2、机构选型、方案分析及方案的确定 3.3、机构尺寸的计算与确定 四、牛头刨床主传动机构的运动分析 4.1、图解法运动分析 4.2、运动曲线图 五、心得体会 六、参考文献 一、概述 1.1、课程设计的目

2、的 机械原理课程是高等学校机械类近机类专业本、专科学生较全面地运用已学过的知识，特别是机械原理部分已学过的知识的知识第一次较全面地对一项工程实际的应用问题从任务分析、调查研究、方案比较、方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动和动力学分析与设计的基本训练，是该课程的一个重要实践环节。其目的在于运用已学过的知识培养学生创新能力，用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺寸，并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机构运动分析及动力分析，学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图等基本技能。在此基础上初步掌握计算机程序的编制，并能用计算机解决工程技

3、术问题。学会运用团队精神，集体解决技术难点的能力。 1.2、课程设计的任务 （1） 小组成员按设计任务书要求想三个方案、小组讨论确定所选最优设计方案； （2） 确定杆件尺寸； （3） 绘制机构运动简图； （4） 对机械行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度。列表，并绘制相应的机构运动线图如位移与原动件角曲线；速度与原动转角曲线； （5） 根据方案对各机构进行运动设计，如对连杆机构按行程速比系数进行设计；对凸轮机构按从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线；对齿轮机构按传动比要求设计齿轮减速机构，确定齿轮传动类型，传动比并进行齿轮几何尺寸计算，绘制齿轮啮合图。按间歇运动要求设计间歇运动机

4、等等； （6） 要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸； 1.3、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种，图解法的几何概念气清晰、直观，但需逐个位置分别分析设计计算精度较低；解析法精度高，且可对各个位置进行迅速分析计算，但需要有效方便的计算软件。随着计算机呃普及，计算绘图软件增多，图解法除了用人工绘图分析设计，还出现了利用计算机进行图解设计分析计算，他的精度也可随之提高，同时又保持了形象，直观的优点，因此此法也不失是一种值得提倡的方法。 二、牛头刨床的设计任务 2.1、设计题目 牛头刨床事一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时，刨头（刨刀）作直线往复运动，其行程为H

5、，每分钟的往复次数为N； 为了提高工件加工质量和刀具寿命，在切削工件时，要求速度较低且平稳，近似匀速运动；为了提高生产率，在空回行程时，由于不切削工件，要求回程速度较快。而空行程不为防止刀具与工作台的干涉，在行程H两端各留有0.05H的空刀行程。 2.2、设计内容 1、 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。 2、 对方案的主要传动和执行构件进行尺寸综合，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统机构简图。 3、 完成连杆机构的运动分析。每组在一个工作循环中（0度到360度）至少取12个机构位置，画出各位置机构简图，并进行运动速度分

6、析，最后绘出刨头的位移及速度运动线图。 2.3、设计要求 1、 完成整个机构的运动简图一张 2、 完成连杆机构运动分析图纸一张，绘出刨头对曲柄的位移及速度运动线图 3、 设计计算说明书一份，不少于2000字，包括内容： （1） 封面；（2）目录；（3）原始资料和数据；（4）所有设计计算分析过程；（5）参考文献 4、 说明书要求字迹工整，绘图准确，装订成册。 5、 作图要求准确，比例适当，布局均匀，图纸的边框、标题栏等要求符合国家规范，图面整洁。 三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析 3.1、设计数据 曲柄转速 n=60r/min 工作行程 H=300mm 行程速比系数 K=1.4 行程阻力

7、Fr=4500N 3.2、机构选型、方案分析及方案的确定主执行机构设计参考方案： 方案分析：方案一的运动分析及评价 （1） 运动是否具有确定的运动 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 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

8、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

9、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

10、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。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

11、构为高副机构，不宜承受较大的载荷。 方案二的运动分析和评价 （1）运动是否具有确定的运动 该机构由齿条、扇形齿轮3、滑块2和杆1组成，其中杆1为主动件。滑块2以移动副的方式和扇形齿轮3连在一起。机构具有3个活动构件。机构中的运动副有原动件1的铰接，1和2的转动副以及2和3的移动副。机构中的运动副全都是低副，且Pl=4.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1带动的。杆1通过滑块2带动扇形齿轮

12、3的运动。扇形齿轮3和与刨头连接的齿条啮合。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

13、径减小，使扇形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

14、行。 （5）机构的动力性能分析 该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

15、来不是很容易。此方案经济成本较高。 方案三： 1. 机构具有确定运动， 自由度为F=3n-（2Pl+Ph）=35-(27+0)=1，曲柄为机构原动件； 2. 通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动，实现切削功能，能满足功能要求 3. 工作性能，工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求，摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求； 4. 传递性能，机构传动角恒为90，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大； 5. 动力性能，传动平稳，冲击震动较小； 6. 结构和理性，结构简单合理，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易； 7. 经济性，无特殊工

16、艺和设备要求，成本较低。 3.3、机构尺寸的计算与确定 由已知数据经过计算得 AC=400mm AB=103.5mm CD=580mm h=570mm DE=150mm 4.2、运动曲线图 五、心得体会 通过这次课程设计我有了很多收获。首先，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中，与同学激烈讨论，团结合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这次经历难以忘怀。 其次通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理及内部各传动机构及机构选型、运动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解，这都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。 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。这将使我受益终生。 六、参考文献 马履中 机械原理与设计 机械工业出版社 2009.1 马履中 机械原理课程设计指导书 江苏大学机械工程学院2008.2