1、浙江理工大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床設(shè)計(jì) 專 業(yè)：10機(jī)制（5）班 設(shè) 計(jì) 者：朱 開(kāi) 杰 學(xué) 號(hào)：B10310517 指導(dǎo)教師：錢 萍 設(shè)計(jì)時(shí)間：2013-6-28- 2013-7-5 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院目 錄1、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 31.1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 31.2、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù) 51.3、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求 51.3.1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的 51.3.2、牛頭刨床的工作原理與機(jī)構(gòu)組成 6 2、課程設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu) 72.1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 72.2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 132.3、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 142.4、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 162.

2、5、飛輪設(shè)計(jì) 183、設(shè)計(jì)小結(jié) 184、參考文獻(xiàn) 191、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1、機(jī)械原理任務(wù)書(shū)：姓 名：朱 開(kāi) 杰 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：10機(jī)制 （5） 班 學(xué) 號(hào)：B10310517 任務(wù)起至日期：2013年 6 月 28 日 至 2013 年 7 月5日課程設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床設(shè)計(jì)已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：1.已知技術(shù)參數(shù)圖1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及阻力線圖表1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析工作行程H行程速比系數(shù) K56370905400.260.5240503101.40導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力 分析2206005500801.2飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確50.3

3、0.20.2凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角推程遠(yuǎn)休止回程1513245741074齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)10030063.5202.設(shè)計(jì)要求（1）連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析.用圖解法/解析法進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析（2）安裝在O2軸上的飛輪設(shè)計(jì).轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定。（3）凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸.選取滾子半徑.畫(huà)出凸輪實(shí)際廓線（4）齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作量：完成4張A2圖紙.1份計(jì)算說(shuō)明書(shū)工作計(jì)劃安排：（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段.1天（2）連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析.1天（3）連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力圖紙繪制.1天（4）飛輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和繪圖.1天（5）凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和繪圖.1天（6）齒輪機(jī)

4、構(gòu)設(shè)計(jì).1天（7）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě).1天（8）答辯：1天指導(dǎo)教師簽字： _ 年 月 日 1.2、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)表1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2013.6.14 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析r/min56370905400.260.524050工作行程H310行程速比系數(shù) K1.40導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析2206005500801.2飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定0.15r/mi50.30.20.2凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角15mm13245推程174遠(yuǎn)休止S10回程74齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)mm10030063.5201.3、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的與原理1.3.1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目

5、的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生較全面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。其目的在于進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí).培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)機(jī)械原理課程實(shí)際問(wèn)題的能力.使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析與設(shè)計(jì)有一較完整的概念.具備計(jì)算、制圖和使用技術(shù)資料的能力。在此基礎(chǔ)上.初步掌握利用計(jì)算機(jī)來(lái)解決工程技術(shù)問(wèn)題。1.3.2、牛頭刨床的工作原理與機(jī)構(gòu)組成牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床.如圖2(a)。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng).帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時(shí).由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí).刨刀進(jìn)行切削.稱工作行程.此時(shí)要求速度較低并且均勻.以減少電

6、動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí).刨刀不切削.稱回行程.此時(shí)要求速度較低并且均勻.以提高生產(chǎn)效率。為此刨刀采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次.利用空回行程的時(shí)間.凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫(huà)）.使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng).以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中.受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約0.05H的空刀距離.見(jiàn)圖(b)）.而空回行程中則沒(méi)用切削阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中.受力變化是很大的.這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn).故需安裝飛輪來(lái)減小主軸的速度波動(dòng).以提高切削質(zhì)量和減少電動(dòng)機(jī)容量。圖2 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及阻力線圖2、課程設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)

7、2.1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析已知： 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)速n2.各構(gòu)件尺寸及中心位置.且刨頭導(dǎo)路x x 位于導(dǎo)桿端點(diǎn)B所作圓弧高的平分線上（參見(jiàn)圖4-2）要求： 作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.并作機(jī)構(gòu)兩個(gè)位置的速度、進(jìn)速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖。以上內(nèi)容與后面的動(dòng)態(tài)靜力分析一起畫(huà)在2號(hào)圖紙上曲柄位置圖的做法為取1和8為工作行程起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置.1和712等.是由位置1起.順?lè)较驅(qū)⑶鷪A周作12等分的位置。表2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸數(shù)據(jù)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析工作行程H行程速比系數(shù) K56370905400.260.5240503101.40導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力 分析2206005500801.2圖3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

8、圖作圖方法： 1）設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 按已知條件確定導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的未知參數(shù)。其中滑塊6的導(dǎo)路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來(lái)確定.即x-x應(yīng)位于B點(diǎn)所畫(huà)圓弧高的平分線上。2）作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。選取比例尺=1/3 ()按表1所分配的兩個(gè)曲柄位置作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.其中一個(gè)位置用粗線畫(huà)出。曲柄位置的做法如圖3；取滑塊6在上極限時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置為起始位置1.按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分.得十二個(gè)曲柄位置.顯然位置8對(duì)應(yīng)于滑塊6處于下極限的位置。再作開(kāi)始切削和中止切削所對(duì)應(yīng)的1和7兩位置。共計(jì)14個(gè)機(jī)構(gòu)位置。3）作速度.加速度多邊形。選取速度比例尺=0.01（）和加速度比例尺=0.04（）.用矢量

9、方程圖解法作該兩個(gè)位置的速度多邊形和加速度多邊形。作圖步驟：1、作導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。選取長(zhǎng)度比例尺=1/3.作機(jī)構(gòu)在位置2 的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。作圖時(shí).必須注意的大小應(yīng)選得適當(dāng).以保證對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)完整、準(zhǔn)確、清楚的表達(dá).另外應(yīng)在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。2、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的速度分析。對(duì)滑塊3在4、8、12位置進(jìn)行速度、加速度分析.作速度、加速度多邊形圖。2.2、速度、加速度分析所用理論力學(xué)公式： 列加速度矢量方程.得 大小 ? ? 方向 AO2 O4B O4B O4B O4B 大小 ? ? 方向 X-X O4B O4B CB BC列速度矢量方程.得 大小 ? ? 方向 O2

10、A O4B O4B 大小 ? ?方向 X-X O4B BC滑塊3在4位置速度、加速度計(jì)算分析：做速度多邊形.得到：、？、做加速度多邊形.得到：、 做加速度多邊形.得到：取速度極點(diǎn)P.速度比例尺v=0.01(m/s)/mm.作速度多邊形取加速度極點(diǎn)P.速度比例尺a=0.04(m/s)/mm.作加速度多邊形.如圖 圖4 4點(diǎn)速度圖5 4點(diǎn)加速度滑塊3在8位置速度、加速度計(jì)算分析：做速度多邊形.得到：、？、（忽略）做加速度多邊形.得到：、 做加速度多邊形.得到：取速度極點(diǎn)P.速度比例尺v=0.01(m/s)/mm.作速度多邊形取加速度極點(diǎn)P.速度比例尺a=0.04(m/s)/mm.作加速度多邊形.如

11、圖 圖6 8 點(diǎn)速度、加速度滑塊3在12位置速度、加速度計(jì)算分析：做速度多邊形.得到：、做加速度多邊形.得到：、 、 做加速度多邊形.得到：取速度極點(diǎn)P.速度比例尺v=0.01(m/s)/mm.作速度多邊形取加速度極點(diǎn)P.速度比例尺a=0.04(m/s)/mm.作加速度多邊形.如圖 圖7 12 點(diǎn)速度、加速度2.2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析.就需要用到上面的加速度分析的結(jié)果。具體分析方法如下：取桿組5、6進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。如圖10為桿組5、6的示力體F I6PF 45圖8 桿組5、6的示力體圖F N16G 6由已知條件.最終可以得到： G 6=600 N .P = 55

12、00 N . F I6=39.2 N而且由受力分析可得.阻力P左右于水平向左.G 6 作用于豎直向下.F N16作用于豎直向上.F I6 作用于水平向左.F 45 作用于沿桿件5向外。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和方向.力的比例尺Q=50 N/mm .可畫(huà)出桿組5、6的力多邊形圖11圖9 桿組5、6的力多邊形圖S O4圖10 桿件4的示力體圖結(jié)合已知條件.可以得出：G 4 =220 N .F I4 =37 N .F54 =6100 N .F34 = 11876N 。而且由受力分析可得.重力G 4 作用于豎直向下.慣性力F I4 作用于垂直連桿4向左.滑塊3的作用力F 34 作用于垂直連桿4向右.F54 作用于

13、沿連桿5向外。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和方向.力的比例尺Q=100 N/mm .可畫(huà)出構(gòu)件4的力多邊形圖13G 4PF 34F 14圖11 桿件4的力多邊形圖F 12可根據(jù)構(gòu)件4與桿組5、6的力多邊形圖.力的比例尺Q=100 N/mm.可直接得到曲柄2與滑塊3組件的力多邊形圖14。圖12 桿組2、3的力多邊形圖F 43O 2M 2以上是曲柄在4位置的動(dòng)態(tài)靜力分析。2.3、齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：電動(dòng)機(jī)、曲柄的轉(zhuǎn)速 、N2.皮帶輪直徑、.某些齒輪的齒數(shù)z.模數(shù)m.分度圓壓力角（參見(jiàn)表1）；齒輪為正常齒制.工作情況為開(kāi)式傳動(dòng)。 要求： 計(jì)算齒輪z2的齒數(shù).選擇齒輪副z1z2的變位系數(shù).計(jì)算該對(duì)齒輪傳動(dòng)的各部分尺寸

14、.以2號(hào)圖紙繪制齒輪傳動(dòng)的嚙合圖。根據(jù)齒輪傳動(dòng)比的公式：i12 = n1/n2 = z2/z1 = d2/d1 ,參考數(shù)據(jù)表1中的已知齒輪數(shù).計(jì)算出z2 = 39。由于z1 =13zmin =17.所以必須進(jìn)行正變位x1 .才能使齒輪z1 不發(fā)生根切.為了使齒輪z1 、z2 為等變位嚙合.所以齒輪z2 必須進(jìn)行負(fù)變位x2 。且形成等變位：x1 + x2 =0。而變位系數(shù)的公式為：。將數(shù)據(jù)代入.可得到x10.235 mm.x2-1.294 mm。所以.我選取了x1 =0.3、x2 =-0.3。 任意圓齒厚,分別將齒輪z1 、z2 變位后的數(shù)據(jù)代入公式中.可分別得到齒輪z1 、z2 的齒頂圓的齒厚

15、。滿足變位后齒輪齒頂厚0.25 m（此處m表示為分度圓模數(shù)）=1.5mm。 由于是正變位齒輪機(jī)構(gòu).所以中心距不變.代入數(shù)據(jù)得a=207mm。繪制步驟如下：1、取的比例進(jìn)行作圖。2、根據(jù)中心距a=207mm.定出兩齒輪的中心位置O1、O2 .分別以O(shè)1、O2為圓心分別作兩個(gè)齒輪的基圓、分度圓、節(jié)圓、齒根圓、齒頂圓。3、作兩齒輪基圓內(nèi)的公切線.交點(diǎn)分別為N1、N2 .N1N2 為理論嚙合線 。N1N2 分別與齒輪z1 、z2 的齒頂圓相交于B1B2 .則B1B2 為實(shí)際嚙合線.測(cè)量得B1B2=25.5mm。它與連心線O1O2的交點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)P.而P點(diǎn)又與兩分度圓的切點(diǎn)相重合.基圓內(nèi)公切線與過(guò)P點(diǎn)的節(jié)圓

16、切線間的夾角為嚙合角.同時(shí)也等于分度圓壓力角。4、根據(jù)漸開(kāi)線形成原理.分別畫(huà)出兩齒輪在頂圓與根圓之間的齒一邊的齒廓曲線.然后以此為模板.左右對(duì)稱進(jìn)行復(fù)制描述.齒輪的齒頂圓的齒厚.并結(jié)合齒輪變位后的齒頂圓齒厚.畫(huà)出完整的齒廓。5、在連心線處畫(huà)一個(gè)完整的齒廓.然后根據(jù)齒輪嚙合的要求.連續(xù)畫(huà)出兩齒輪的3個(gè)齒廓。2.4、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知： 擺桿9為等加速等減速規(guī)律.其推程運(yùn)動(dòng)角1=74.遠(yuǎn)休止角s=10.回程角=74.擺桿長(zhǎng)度=132mm.最大擺角=15.許用壓力角 =45；凸輪與曲柄共軸。要求： 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸.選取滾子半徑.畫(huà)出凸輪實(shí)際輪廓。1)根據(jù)給定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律=（）.逐點(diǎn)計(jì)算每一

17、個(gè)凸輪轉(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的從動(dòng)件角位移、角速度、角加速度。應(yīng)視凸輪轉(zhuǎn)角在不同的運(yùn)動(dòng)區(qū)間.用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程式來(lái)計(jì)算。a) 1 /2.屬于升程加速區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=2（/）.= 4（/） .=4/ b）1 /21 .屬于升程減速區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=2=4=4/c） .屬于遠(yuǎn)休止區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=. =0. =0d）, 屬于回程加速區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=2（）/ =4（）/ =4/e) , 屬于回程減速區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=2（）/=4（）/=4/f）（1+S+）360.屬于近休止區(qū).其運(yùn)動(dòng)方程式為=0. =0. =0 按照從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.分別把數(shù)據(jù)代入上面公式中.按公式分別計(jì)算推程和回程的（）.然后用幾

18、何作圖法直接繪出（）及（）線圖。2)凸輪的基圓半徑的設(shè)計(jì)根據(jù)擺動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu).設(shè)已知推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺桿的長(zhǎng)度=132mm、擺桿最大擺角=15、凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度（）及推程和回程的許用壓力角=45、=45。（1）確定擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心O9的位置.并判斷凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的大致方位。以O(shè)9為圓心.lo9D=132mm為半徑作圓弧。按（）線圖劃分角為116.可將其所對(duì)的弧近似的看成直線.然后根據(jù)三角形相似原理.用圖解法按預(yù)定比例分割角所對(duì)應(yīng)的弧.自從動(dòng)桿擺動(dòng)中心O9作輻射線與各割點(diǎn)相連.則角按所定比例分割了。作圖時(shí).取= =0.0158.則可以直接根據(jù)（）線圖上的各縱坐標(biāo)值.在點(diǎn)相應(yīng)的輻射線由D點(diǎn)速度方向順

19、著凸輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過(guò)90后所指的方向來(lái)確定。畫(huà)出B1E1B15E15 。升程階段,過(guò)E1點(diǎn)做直線E1F1.時(shí)B1E1F1=90=45；同樣過(guò)E2 、E3 作類似的直線.回程階段也一樣。得到一系列直接后.在這些直線下方.就是應(yīng)選凸輪直徑的區(qū)域.此處選取r=60mm。然后根據(jù)凸輪轉(zhuǎn)向.擺桿長(zhǎng)=132mm.角位移線圖圖.r=60mm.=132mm.畫(huà)出凸輪理論廓線。然后找出理論輪廓線的彎曲程度最大的位置.畫(huà)出其最小曲率半徑min=35mm。滾子半徑的理論依據(jù)為r=0.10.5ro.次處選取。然后在理論輪廓線上畫(huà)出一系列的以r為半徑的圓.將這些圓的包絡(luò)線以光滑曲線連起來(lái).畫(huà)出凸輪的實(shí)際廓線。2.5、飛輪設(shè)計(jì)已知 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù).由動(dòng)態(tài)靜力分析所得的平衡力矩My,具有定傳動(dòng)比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J.電動(dòng)機(jī)、曲柄的轉(zhuǎn)速及某些齒輪的齒數(shù)。驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)。要求 用慣性立法確定安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。步驟：1）列表匯集同組同學(xué)在動(dòng)態(tài)靜力分析中求得的每個(gè)機(jī)構(gòu)位置的平衡力矩M .以力矩比例尺和角度比例尺繪制一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的動(dòng)態(tài)等功阻力矩線圖。對(duì)用圖解積分法求出在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)