機械原理課程設(shè)計---牛頭刨床主運動機構(gòu)方案設(shè)計

1、<p>　　機械原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　題 目 </p><p>　　專 業(yè) _ 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　年 級 2011級 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　成 績 </p><p

3、>　　2012年12月19日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 機械原理課程設(shè)計概述……………………………………………1</p><p>　　1.1機械原理課程設(shè)計題目…………………………………………1</p><p>　　1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求………………………………

4、……………2</p><p>　　1.3牛頭刨床工作原理及工藝過程分析……………………………2</p><p>　　2 課程設(shè)計工作內(nèi)容及說明…………………………………………4</p><p>　　2.1牛頭刨床主運動及進給運動協(xié)調(diào)關(guān)系分析……………………4</p><p>　　2.2牛頭刨床主運動機構(gòu)方案設(shè)計…………………………………5&l

5、t;/p><p>　　2.2.1牛頭刨床主運動方案選型及確定……………………………5</p><p>　　2.2.2繪制機構(gòu)運動簡圖……………………………………………6</p><p>　　2.2.3主運動機構(gòu)從動件運動規(guī)律分析……………………………6</p><p>　　2.2.4導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析……………………………………………9</p

6、><p>　　2.2.5導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析………………………………………12</p><p>　　2.3凸輪輪廓曲線設(shè)計………………………………………………15</p><p>　　3總結(jié)…………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………18</p>

7、<p>　　1機械原理課程設(shè)計概述</p><p>　　一、課程設(shè)計的目的</p><p>　　機械原理課程設(shè)計師培養(yǎng)學(xué)生掌握機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機械原理課程學(xué)習(xí)過程中得一個重要實踐環(huán)節(jié)，以以下幾點作為主要目的和要求：</p><p>　?。?）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機械原理以及其他課程的基本理論和基本知識，結(jié)合生產(chǎn)實際，使學(xué)生知識得

8、到融會貫通，協(xié)調(diào)運用。</p><p>　?。?）通過課程設(shè)計，使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握一般機械原理課程設(shè)計的程序和方法，樹立正確的工程指導(dǎo)思想，培養(yǎng)獨立的、全面的、科學(xué)的工程設(shè)計基本能力。</p><p>　　（3）在課程設(shè)計的實踐中，學(xué)會查閱、使用相關(guān)的技術(shù)資料。</p><p>　?。?）提高學(xué)生運算、繪圖、表達、運用的能力和勤于思考、勤于動手的科學(xué)態(tài)度。</p

9、><p>　　1.1機械原理課程設(shè)計題目</p><p>　　設(shè)計題目：牛頭刨床主運動機構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　對牛頭刨床主運動機構(gòu)方案設(shè)計題目的三點說明：</p><p>　?。?）為了提高工作效率，在空回程時刨刀快速退回，即要有急回運動特性，行程速比系數(shù)在1.4左右。</p><p>　　（2）為了提高刨刀的使

10、用壽命和工件的表面加工質(zhì)量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段應(yīng)近似勻速運動。</p><p>　　（3）曲柄轉(zhuǎn)速在60r/min，刨刀行程H在300mm左右為好，切削阻力約為7000N。</p><p>　　1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　1.3牛頭刨床工作原

11、理及工藝過程分析</p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。其主運動工作原理是利用一個曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)帶動滑枕往復(fù)運動從而切削工件。刨床工作時,由導(dǎo)桿機構(gòu)帶動滑枕和刨刀作往復(fù)運動。當刨刀運動切削工件時，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻；當刨刀運動但不切削工件時，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削

12、阻力。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　圖1 牛頭刨床傳動系統(tǒng)示意圖</p><p>　　刨床工作時由電動機O‘帶動皮帶輪從而帶動0’’、O1、O2進入導(dǎo)桿機構(gòu)2-3-4-5，并通過該機構(gòu)的相互傳動帶動滑枕6從而實現(xiàn)刨床主運動切削工件。</p><p>　　工作原理：通過皮帶輪傳動和

13、齒輪傳動將電動機的轉(zhuǎn)速減速，通過導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛淼耐鶑?fù)運動。進而實現(xiàn)刨刀的往復(fù)運動即刨床主運動。另一方面，通過凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)和螺旋機構(gòu)實現(xiàn)工作臺及工件的橫向間歇運動。</p><p>　　工藝過程分析：刨刀的往復(fù)直線運動是主運動，實現(xiàn)對工件的平面加工。刨刀向前運動時是工件行程；刨刀后退時是空行程；刨刀后退至起始位置時。工件做橫向進給運動。</p><p>　　2 課程設(shè)

14、計工作內(nèi)容及說明</p><p>　?。?）對牛頭刨床實現(xiàn)主運動的機構(gòu)選型及合理的組合，確定運動方案，繪制機構(gòu)運動簡圖（兩個位置，一個位置是工作起點處，另一個位置是刨刀運動到工作行程1/3處，在同一個機構(gòu)運動簡圖中表達，畫圖時注意比例尺）及從動件運動規(guī)律圖（S-t，V-t，a-t）。</p><p>　?。?）對導(dǎo)桿機構(gòu)進行運動分析（當刨刀運動到工作行程1/3時，做該機構(gòu)該位置的速度、加速

15、度多邊形，參考教材3-3內(nèi)容）。</p><p>　?。?）對導(dǎo)桿機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析（當刨刀運動到工作行程1/3時，求該機構(gòu)該位置各運動副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩，參考教材P58例4-2）。</p><p>　?。?）設(shè)置凸輪輪廓曲線。</p><p>　?。?）編寫設(shè)計說明書，采用統(tǒng)一打印封面，設(shè)計說明書必須用A4紙手寫（每組小組長可以打印），寫好后統(tǒng)一

16、右側(cè)兩顆訂書釘裝訂成冊，于17周周五交給輔導(dǎo)老師，說明書不少于3000字。說明書包含封面（見附錄）、目錄、課程設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書正文、參考文獻、心得體會。</p><p>　　2.1牛頭刨床主運動及進給運動協(xié)調(diào)關(guān)系分析</p><p>　　1）根據(jù)公式θ=180o(K-1)/(K+1) 算出極位夾角θ=30o</p><p>　　2）算出曲柄正行程角（刨刀切削）

17、α1=180 o+30 o=210 o</p><p>　　曲柄反行程角（刨刀退回）α2=180 o-30 o=150 o</p><p><b>　　由上式可作下圖</b></p><p>　　2.2牛頭刨床主運動機構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　牛頭刨床是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，需要結(jié)合課程設(shè)計的特點，將設(shè)計對象進行簡化。所

18、以對實現(xiàn)刨刀往復(fù)運動的主執(zhí)行機構(gòu)（導(dǎo)桿機構(gòu)）和驅(qū)動工作臺實現(xiàn)間歇移動的執(zhí)行機構(gòu)（凸輪機構(gòu)）進行運動學(xué)尺度設(shè)計和運動學(xué)、動力學(xué)性能分析。</p><p>　　圖3 運動方案</p><p>　　2.2.1牛頭刨床主運動方案選型及確定</p><p>　　根據(jù)給出的方案我們可以觀察到要使該設(shè)計滿足要求，必須選擇方案一，因為方案一為導(dǎo)桿機構(gòu)所以具有急回特性完全滿足牛

19、頭刨床的使用需要。</p><p>　　2.2.2繪制機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　圖4 牛頭刨床機構(gòu)運動簡圖</p><p><b>　　作圖步驟：</b></p><p>　　1、根據(jù) 要求作刨刀切削到工作行程1/3位置時的機構(gòu)運動簡圖即70 o 處。</p><p>　　2、根據(jù)各

20、桿長做出上圖并選取比例尺μ=3.86(mm/mm)。</p><p>　　2.2.3主運動機構(gòu)從動件運動規(guī)律分析</p><p>　　因為曲柄轉(zhuǎn)速n2=60r/min，所以曲柄每轉(zhuǎn)一圈都對應(yīng)導(dǎo)桿作一次往復(fù)擺動，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的速度運動即60次切削行程和60次空回行程，所以： </p><p>

21、　　t空回=60/(k+1)= 60/(1.4+1)=25s</p><p>　　t切削=T- t空回=60-25=35s</p><p>　　圖5 主運動機構(gòu)從動件運動的位移時間圖像</p><p>　　由V切削=S切削/ t切削=300*60/35=0.514m/s</p><p>　　V空回=S空回/ t空回=18/25=0.72

22、m/s可作上述V-t圖像。</p><p>　　圖6 主運動機構(gòu)從動件運動的速度時間圖像</p><p>　　由于要求刨刀切削時和返回時均做勻速運動所以加速度為0。而空回行程時速度會發(fā)生突變所以具有無窮大的加速度。</p><p>　　圖7 主運動機構(gòu)從動件運動的加速度時間圖像</p><p>　　2.2.4導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析<

23、;/p><p>　　速度分析(根據(jù)速度實際方向、大小及比例尺做出下圖)</p><p>　　VA4 = VA2 + VA4A2</p><p>　　大小： ? ω2*lAO2 ? </p><p>　　方向： ⊥AO4 ⊥AO2 ∥AO4<

24、;/p><p><b>　　由上式可求出：</b></p><p>　　VA4=0.605m/s VA4A2=0.333m/s</p><p>　　VB/lBO4=Va4/lAO4 則 VB=0.691m/s</p><p>　　VC = VB + VCB</p><

25、p>　　大小： ? 0.691 ?</p><p>　　方向： 水平 ⊥BO4 ⊥BC</p><p>　　VC=0.697m/s VCB=0.097m/s</p><p>　　加速度分析(根據(jù)加速度實際方向、大小及比例尺做出下圖)</p><p>　　anA4 + aτA4

26、 = aA2 + an A4A2 + aτA4A2</p><p>　　大小： ω24lAO4 ? ω22lAO2 2ω4V A4A2 ?</p><p>　　方向： ∥AO4 ⊥AO4 ⊥AO2 ⊥AO4 ∥AO4 根據(jù)上述可求出

27、 ω4 =VB/lBO4=0.691*0.54 =1.28rad/s </p><p>　　anA4 =ω24lAO4=1.282*0.473=0.77m/s2</p><p>　　aA2=ω2lAO2 =(2*3.14)2*0.11= 4.34m/s2</p><p>　　an A4A2= 2ω4V A4A2=2*1.28*0.333=0.85m/s2</

28、p><p>　　可求出： aA4=4.72m/s2</p><p>　　aC = aB + anCB + aτCB</p><p>　　大?。?？ (lBO4/lAO4 )* aA4 ω25lBC ？</p><p>　　方向：水平

29、 同aA4 ∥BC ⊥BC</p><p><b>　　根據(jù)上述可求出:</b></p><p>　　aB=(lBO4/lAO4 )* aA4 =(0.54/0.473)*4.72=5.39m/s2 </p><p>　　anCB=ω25lBC= (VCB/lBC)2*lBC=(0.097/0.135)2

30、*0.135=0.07 m/s2</p><p>　　可求出： aC=5.43m/s2</p><p>　　2.2.5導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析</p><p>　?。╣取9.81m/s2）</p><p>　　圖11 6構(gòu)件受力示意圖取6構(gòu)件為研究對象，對其動態(tài)進行靜力分析。</p><p>　　已知：

31、 G6=700N a6= aC=5.43m/s2 P=7000N</p><p>　　可求出： FI6= G6/g*a6=71.35*5.43=387.43N</p><p>　　根據(jù)圖形： FN=229N FR56=6678N </p><p>　　圖13 4構(gòu)件受力示意圖</p><p>　　圖

32、14 力矢量多邊形</p><p>　　μ=50.25N/mm</p><p>　　取4構(gòu)件進行動態(tài)靜力分析。</p><p>　　已知：FR56= FR45=6678N G4=200N </p><p>　　可求出：FI4=G4/g*aB=200/9.81*5.39=109.89N</p><p>　　MI

33、3=JS4*ε4=1.1* aB/lBO4=10.98(N*m)</p><p>　　由∑mO4= FR45* lBO4- FR23 *lA04+ FI4*1/2* lBO4+G4 *1/2* lBO4=0</p><p>　　可算出 FR23=7800.82N</p><p>　　由圖形可知：XO4=1021N YO4=201N</p&g

34、t;<p><b>　　對曲柄：</b></p><p>　　圖15 構(gòu)件2受力示意圖</p><p>　　μ=2.12mm/mm</p><p>　　平衡力矩M= FR32lBO2=7800.82*0.11=858.09（n.m）</p><p>　　2.3凸輪輪廓曲線設(shè)計</p>&

35、lt;p>　　根據(jù)對主運動和進給運動之間的運動協(xié)調(diào)關(guān)系分析可知，在一個工件循環(huán)360o范圍內(nèi)，刨刀切削行程對應(yīng)角度為210o，空回行程為146o。且已知凸輪基圓半徑r0=80mm，從動件最大擺角為15 o，從動件桿長為130mm，滾子半徑為15mm。</p><p>　　據(jù)以上已知條件可求出凸輪推程h=130tan15 o=35mm，且由于該機構(gòu)只要求刨刀切削時棘輪轉(zhuǎn)過15 o，所以可以設(shè)計一簡單凸輪對應(yīng)1

36、46 o的空回行程。分配如下：</p><p>　　推程運動角：65.5 o；遠休止運動角：15 o;回程運動角：65.5 o；</p><p><b>　　圖16 凸輪</b></p><p>　　μ=1.75mm/mm</p><p><b>　　3 總結(jié)</b></p>&

37、lt;p>　　通過本次培養(yǎng)課程設(shè)計使我們粗略的懂得了綜合運用機械原理以及其他課程的基本理論和基本知識，結(jié)合生產(chǎn)實際，使知識知識得到融會貫通，協(xié)調(diào)運用。并使我們進一步學(xué)習(xí)和掌握了一般機械原理課程設(shè)計的程序和方法，樹立正確的工程指導(dǎo)思想，培養(yǎng)獨立的、全面的、科學(xué)的工程設(shè)計基本能力。在課程設(shè)計的實踐中，學(xué)會了查閱、使用相關(guān)的技術(shù)資料。提高了我們運算、繪圖、表達、運用的能力和勤于思考、勤于動手的科學(xué)態(tài)度。</p><p

38、>　　設(shè)計中運用了科學(xué)工程計算軟件，翻閱了學(xué)過的各種關(guān)于力學(xué)，制圖，公差方面的書籍，綜合運用了這些知識，感覺提高許多，當然尤其是在計算機軟件CAD 方面的運用，深切感到計算機輔助設(shè)計給設(shè)計人員帶來的方便，各種設(shè)計，計算，制圖全套完成。 由于沒有經(jīng)驗，第一次做整個設(shè)計工作，在設(shè)計過程中出現(xiàn)了一些錯誤比如線形，制圖規(guī)格，零件設(shè)計中的微小計算錯誤等都沒有更正，設(shè)計說明書的排版也比較混亂等等。對圖層，線形不熟悉甚至就不確定自己畫出的

39、線，在出圖到圖紙上時實際上是什么樣子都不知道 ，對于各種線寬度，沒有實際的概念。再比如標注較混亂，還是因為第一次做整個設(shè)計工作，沒有經(jīng)驗，不熟悉。 這次設(shè)計的目的是掌握機械設(shè)計規(guī)律，綜合運用學(xué)過的知識，通過設(shè)計計算，繪圖以及運用技術(shù)標準，規(guī)范設(shè)計手冊等有關(guān)設(shè)計資料進行全面的機械設(shè)計技能訓(xùn)練。目的已經(jīng)達到，有許多要求、標準心中雖然明確理解掌握但是要全力，全面的應(yīng)用在實際中，還有待于提高水平。 雖然它可能不是良好、優(yōu)秀，但是既

40、然教學(xué)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計目的已經(jīng)達到，那么這次設(shè)計做的就是完全合格的。當然還受軟件的熟悉，運用程度的影響，所有這些必須得參加實踐，接觸實</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]孫恒，等。機械原理[M]北京：高等教育出版社，2006。</p><p>　　[2]鄧危梧，等。理論力學(xué)[M]重慶：重慶大學(xué)出版社，2007