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1、机械原理课程设计说明书题 目 专 业 _ 机械设计制造及其自动化 年 级 2011级 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 2012年12月19日目 录1 机械原理课程设计概述11.1机械原理课程设计题目11.2原始数据及设计要求21.3牛头刨床工作原理及工艺过程分析22 课程设计工作内容及说明42.1牛头刨床主运动及进给运动协调关系分析42.2牛头刨床主运动机构方案设计52.2.1牛头刨床主运动方案选型及确定52.2.2绘制机构运动简图62.2.3主运动机构从动件运动规律分析62.2.4导杆机构运动分析92.2.5导杆机构动态静力分析122.3凸轮轮廓曲线设计153总结16参考文献181机
2、械原理课程设计概述一、课程设计的目的机械原理课程设计师培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中得一个重要实践环节，以以下几点作为主要目的和要求： （1）培养学生综合运用机械原理以及其他课程的基本理论和基本知识，结合生产实际，使学生知识得到融会贯通，协调运用。 （2）通过课程设计，使学生学习和掌握一般机械原理课程设计的程序和方法，树立正确的工程指导思想，培养独立的、全面的、科学的工程设计基本能力。 （3）在课程设计的实践中，学会查阅、使用相关的技术资料。 （4）提高学生运算、绘图、表达、运用的能力和勤于思考、勤于动手的科学态度。1.1机械原理课程设计题目 设
3、计题目：牛头刨床主运动机构方案设计 对牛头刨床主运动机构方案设计题目的三点说明： （1）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动特性，行程速比系数在1.4左右。 （2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段应近似匀速运动。 （3）曲柄转速在60r/min，刨刀行程H在300mm左右为好，切削阻力约为7000N。1.2原始数据及设计要求设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCLO4S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minMmNmmKgm2方案603801105400.25L04B
4、0.5L04B240502007007000801.1 表11.3牛头刨床工作原理及工艺过程分析牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。其主运动工作原理是利用一个曲柄导杆机构带动滑枕往复运动从而切削工件。刨床工作时,由导杆机构带动滑枕和刨刀作往复运动。当刨刀运动切削工件时，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀；当刨刀运动但不切削工件时，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。如图： 图1 牛头刨床传动系统示意图刨床工作时由电动机O带动皮带轮从而带动0、O1、O2进入导杆机构2-3-4-5，并通
5、过该机构的相互传动带动滑枕6从而实现刨床主运动切削工件。工作原理：通过皮带轮传动和齿轮传动将电动机的转速减速，通过导杆滑块机构将旋转运动转变为滑枕的往复运动。进而实现刨刀的往复运动即刨床主运动。另一方面，通过凸轮机构、棘轮机构和螺旋机构实现工作台及工件的横向间歇运动。工艺过程分析：刨刀的往复直线运动是主运动，实现对工件的平面加工。刨刀向前运动时是工件行程；刨刀后退时是空行程；刨刀后退至起始位置时。工件做横向进给运动。2 课程设计工作内容及说明（1）对牛头刨床实现主运动的机构选型及合理的组合，确定运动方案，绘制机构运动简图（两个位置，一个位置是工作起点处，另一个位置是刨刀运动到工作行程1/3处，
6、在同一个机构运动简图中表达，画图时注意比例尺）及从动件运动规律图（S-t，V-t，a-t）。（2）对导杆机构进行运动分析（当刨刀运动到工作行程1/3时，做该机构该位置的速度、加速度多边形，参考教材3-3内容）。（3）对导杆机构进行动态静力分析（当刨刀运动到工作行程1/3时，求该机构该位置各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩，参考教材P58例4-2）。（4）设置凸轮轮廓曲线。（5）编写设计说明书，采用统一打印封面，设计说明书必须用A4纸手写（每组小组长可以打印），写好后统一右侧两颗订书钉装订成册，于17周周五交给辅导老师，说明书不少于3000字。说明书包含封面（见附录）、目录、课程设计任务书
7、、设计说明书正文、参考文献、心得体会。2.1牛头刨床主运动及进给运动协调关系分析1）根据公式=180o(K-1)/(K+1) 算出极位夹角=30o2）算出曲柄正行程角（刨刀切削）1=180 o+30 o=210 o 曲柄反行程角（刨刀退回）2=180 o-30 o=150 o由上式可作下图2.2牛头刨床主运动机构方案设计牛头刨床是一个复杂的系统，需要结合课程设计的特点，将设计对象进行简化。所以对实现刨刀往复运动的主执行机构（导杆机构）和驱动工作台实现间歇移动的执行机构（凸轮机构）进行运动学尺度设计和运动学、动力学性能分析。图3 运动方案2.2.1牛头刨床主运动方案选型及确定根据给出的方案我们可
8、以观察到要使该设计满足要求，必须选择方案一，因为方案一为导杆机构所以具有急回特性完全满足牛头刨床的使用需要。2.2.2绘制机构运动简图 图4 牛头刨床机构运动简图作图步骤： 1、根据 要求作刨刀切削到工作行程1/3位置时的机构运动简图即70 o 处。 2、根据各杆长做出上图并选取比例尺=3.86(mm/mm)。2.2.3主运动机构从动件运动规律分析因为曲柄转速n2=60r/min，所以曲柄每转一圈都对应导杆作一次往复摆动，其中包括一次切削行程和空回行程，且需刨刀具有急回特性。所以，曲柄以60 r/min的速度运动即60次切削行程和60次空回行程，所以： t空回=60/(k+1)= 60/(1.
9、4+1)=25s t切削=T- t空回=60-25=35s图5 主运动机构从动件运动的位移时间图像由V切削=S切削/ t切削=300*60/35=0.514m/s V空回=S空回/ t空回=18/25=0.72m/s可作上述V-t图像。图6 主运动机构从动件运动的速度时间图像由于要求刨刀切削时和返回时均做匀速运动所以加速度为0。而空回行程时速度会发生突变所以具有无穷大的加速度。图7 主运动机构从动件运动的加速度时间图像2.2.4导杆机构运动分析速度分析(根据速度实际方向、大小及比例尺做出下图)VA4 = VA2 + VA4A2 大小： ? 2*lAO2 ? 方向： AO4 AO2 AO4由上式
10、可求出：VA4=0.605m/s VA4A2=0.333m/s VB/lBO4=Va4/lAO4 则 VB=0.691m/sVC = VB + VCB大小： ? 0.691 ?方向： 水平 BO4 BC VC=0.697m/s VCB=0.097m/s加速度分析(根据加速度实际方向、大小及比例尺做出下图)anA4 + aA4 = aA2 + an A4A2 + aA4A2大小： 24lAO4 ? 22lAO2 24V A4A2 ?方向： AO4 AO4 AO2 AO4 AO4 根据上述可求出 4 =VB/lBO4=0.691*0.54 =1.28rad/s anA4 =24lAO4=1.282
11、*0.473=0.77m/s2 aA2=2lAO2 =(2*3.14)2*0.11= 4.34m/s2 an A4A2= 24V A4A2=2*1.28*0.333=0.85m/s2可求出： aA4=4.72m/s2aC = aB + anCB + aCB大小： ？ (lBO4/lAO4 )* aA4 25lBC ？方向：水平 同aA4 BC BC根据上述可求出: aB=(lBO4/lAO4 )* aA4 =(0.54/0.473)*4.72=5.39m/s2 anCB=25lBC= (VCB/lBC)2*lBC=(0.097/0.135)2*0.135=0.07 m/s2可求出： aC=5.
12、43m/s22.2.5导杆机构动态静力分析（g取9.81m/s2） 图11 6构件受力示意图取6构件为研究对象，对其动态进行静力分析。已知： G6=700N a6= aC=5.43m/s2 P=7000N可求出： FI6= G6/g*a6=71.35*5.43=387.43N根据图形： FN=229N FR56=6678N 图13 4构件受力示意图图14 力矢量多边形=50.25N/mm 取4构件进行动态静力分析。已知：FR56= FR45=6678N G4=200N 可求出：FI4=G4/g*aB=200/9.81*5.39=109.89N MI3=JS4*4=1.1* aB/lBO4=10
13、.98(N*m)由mO4= FR45* lBO4- FR23 *lA04+ FI4*1/2* lBO4+G4 *1/2* lBO4=0可算出 FR23=7800.82N由图形可知：XO4=1021N YO4=201N对曲柄：图15 构件2受力示意图=2.12mm/mm平衡力矩M= FR32lBO2=7800.82*0.11=858.09（n.m）2.3凸轮轮廓曲线设计 根据对主运动和进给运动之间的运动协调关系分析可知，在一个工件循环360o范围内，刨刀切削行程对应角度为210o，空回行程为146o。且已知凸轮基圆半径r0=80mm，从动件最大摆角为15 o，从动件杆长为130mm，滚子半径为1
14、5mm。据以上已知条件可求出凸轮推程h=130tan15 o=35mm，且由于该机构只要求刨刀切削时棘轮转过15 o，所以可以设计一简单凸轮对应146 o的空回行程。分配如下： 推程运动角：65.5 o；远休止运动角：15 o;回程运动角：65.5 o； 图16 凸轮 =1.75mm/mm3 总结通过本次培养课程设计使我们粗略的懂得了综合运用机械原理以及其他课程的基本理论和基本知识，结合生产实际，使知识知识得到融会贯通，协调运用。并使我们进一步学习和掌握了一般机械原理课程设计的程序和方法，树立正确的工程指导思想，培养独立的、全面的、科学的工程设计基本能力。在课程设计的实践中，学会了查阅、使用相
15、关的技术资料。提高了我们运算、绘图、表达、运用的能力和勤于思考、勤于动手的科学态度。设计中运用了科学工程计算软件，翻阅了学过的各种关于力学，制图，公差方面的书籍，综合运用了这些知识，感觉提高许多，当然尤其是在计算机软件CAD 方面的运用，深切感到计算机辅助设计给设计人员带来的方便，各种设计，计算，制图全套完成。 由于没有经验，第一次做整个设计工作，在设计过程中出现了一些错误比如线形，制图规格，零件设计中的微小计算错误等都没有更正，设计说明书的排版也比较混乱等等。对图层，线形不熟悉甚至就不确定自己画出的线，在出图到图纸上时实际上是什么样子都不知道 ，对于各种线宽度，没有实际的概念。再比如标注较混
16、乱，还是因为第一次做整个设计工作，没有经验，不熟悉。 这次设计的目的是掌握机械设计规律，综合运用学过的知识，通过设计计算，绘图以及运用技术标准，规范设计手册等有关设计资料进行全面的机械设计技能训练。目的已经达到，有许多要求、标准心中虽然明确理解掌握但是要全力，全面的应用在实际中，还有待于提高水平。 虽然它可能不是良好、优秀，但是既然教学环节、课程设计目的已经达到，那么这次设计做的就是完全合格的。当然还受软件的熟悉，运用程度的影响，所有这些必须得参加实践，接触实际工程设计中才能提高。带轮，齿轮，轴，轴承这些关键的设计计算都达到合格。 通过这次课程设计，感到机械设计综合了力学，公差，材料，制图等学科的知识，要好了这些功课，才能做好机械设计。参考文献1孙恒，等。机械原理M北京：高等教育出版社，2006。2邓危梧，等。理论力学M重庆：重庆大学出版社，2007。3林江，等。机械制造基础M北京：机械工业出版社，2012
机械原理课程设计牛头刨床主运动机构方案设计
