1、机械原理课程设计计算说明书牛头刨床设计机械原理课程设计 计算说明书 设计题目：牛头刨床设计 学校：院（系）：机械工程系 班级：机自班 姓名：学号：指导教师：5 月 30 日至 6 月 12 日 共两周 2011 年 X 月 X 日 目录：1、课程设计任务书2(1)工作原理及工艺动作过程 2(2)原始数据及设计要求 3 2、设计（计算）说明书3（1）画机构的运动简图 3（2）机构运动分析6 对位置 11 点进行速度分析和加速度分析6 对位置 7点进行速度分析和加速度分析8（3）对位置 7点进行动态静力分析11 3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计12 4、参考文献 16 5、心得体会16 6、附
2、件17 一、课程设计任务书 1.工作原理及工艺动作过程 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时,如图(1-1）所示，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，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀；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。切削阻力如图(b）所示。O2 A O4 x y s 6s 3 X s 6 C B Y s6 2 3 4 5 6 7 n 2 F r Y Fr 图（1-1）2原始数据及设计要
3、求 设计内容 导杆机构的运动分析 符号 n2 单位 r/minmm 方案 II 64 350 90 580 0.3 0.5 200 50 已知 曲柄每分钟转数 n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路 x-x 位于导杆端点 B 所作圆弧高的平分线上。要求 作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上。二、设计说明书(详情见 A1 图纸)1画机构的运动简图 1、以 O4 为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出 O2 点，B 点，C 点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：取 1 和 8为工作行程起点和终点所对应
4、的曲柄位置，1和 7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余 2、312 等，是由位置 1 起，顺2 方向将曲柄圆作 12 等分的位置（如下图）。取第方案的第 11 位置和第 7位置（如下图）。、机构运动分析（1）曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件 2 和 3 在 A 处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于 W2lO2A，方向垂直于 O2 A 线，指向与2 一致。2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2lO2A=6.7020.09m/s=0.603m/s（O2A）取构件 3 和 4 的重合点
5、A 进行速度分析。列速度矢量方程，得A4=A3+A4A3 大小?方向 O4B O2A O4B 取速度极点 P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm,作速度多边形如图 1-2 图 1-2 取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C=B+CB 大小?方向 XX(向右)O4BBC 取速度极点 P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm,作速度多边行如图 1-2。Pb=P a4O4B/O4A=68.2 mm 则由图 1-2 知，C=PCv=0.68m/s 加速度分析：取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件 2 和 3 在 A 点处的转动副相连，故=,其大小等于22lO2A,方向由 A 指向
6、O2。2=6.702rad/s,=22lO2A=6.70220.09 m/s2=4.042m/s2 取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4=+aA4=aA3n+aA4A3K+aA4A3v 大小:?42lO4A?24A4 A3?方向：?BA O4B AO2 O4B（向右）O4B（沿导路）取加速度极点为 P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,=42lO4A=0.041m/s2 aA4A3K=24A4 A3=0.417 m/s2 aA3n=4.043 m/s2 作加速度多边形如图1-3 所示 图3 则由图 1-3 知,取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
7、ac=aB+acBn+a cB 大小?方向导轨 CB BC 由其加速度多边形如图 13 所示,有 ac=p ca=3.925m/s2（2）曲柄位置“7”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“7”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“”。取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3+A4A3 大小?方向 O4B O2A O4B 取速度极点 P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图 1-4。图4 Pb=P a4O4B/O4A=39.3 mm 则由图 1-4 知，取 5 构件为研究对象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C
8、5B5 大小?方向导轨(向右)O4B BC 其速度多边形如图 1-4 所示，有 C=PCv=3.75m/s 取曲柄位置“7”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件 3 和4 的重合点 A 进行加速度分析.列加速度矢量方程,得 aA4=a A4n+a A4=a A3n+a A4A3k+a A4A3 大小?42lO4A?24A4 A3?方向?BA O4B AO2 O4B（向右）O4B（沿导路）取加速度极点为 P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形图 1-5 图 1-5 则由图 15 知，=42lO4A=0.176 m/s2aA4A3K=24A4 A3=0.71
9、8 m/s2 aA3n=4.043 m/s2 用加速度影象法求得 a B=a A4 lO4B/lO4A=4.35m/s2 取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC=aB+aCBn+aCB 大小?方向 导轨 CBBC 其加速度多边形如图 15 所示，有 aC=pCa=4.3m/s2、机构动态静力分析 取“7”点为研究对象，分离 5、6 构件进行运动静力分析，作,组示力体如图 16 所示。图 16 已知 G6=800N，又 ac=4.3m/s2,可以计算 i6=-（G6/g）ac=-（800/9.8）4.3=-351N 又F=P+G6+Pi6+N45+N16=0，作为多边行如图 1-7 所
10、示，N=80N/mm。图 1-7 由图 1-7 力多边形可得：N45,N16 分离 2，3 构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-8 所示，在图中，由三力汇交定理得：图 1-8 代入数据，得 N23=12720N 作力的多边形如图 1-9 所示，N=80N/mm。图 1-9 对曲柄 2 进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图 1-10 所示，图 1-10三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见 A3 图纸）（一）已知条件、要求及设计数据 1、已知：摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角，远休止角s，回程运动角，如图 8 所示，摆杆长度lO9D，最大摆角max，许用压力角（见下表）；凸轮
11、与曲柄共轴。2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径T，画出凸轮实际廓线。3、设计数据：设计内容 符号 数据 单位 凸轮机构 设计 max 15 lOqD 135 mm 38 70 S 10 70 r0 45 mm lO2O9 150 mm（二）设计过程 选取比例尺，作图l=1mm/mm。1、取任意一点 O2 为圆心，以作 r0=45mm 基圆；2、再以 O2 为圆心，以 lO2O9/l=150mm 为半径作转轴圆；3、在转轴圆上 O2 右下方任取一点 O9;4、以 O9 为圆心，以 lOqD/l=135mm为半径画弧与基圆交于 D 点。O9D 即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向
12、旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6对推程段等分、11.6对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用 A 进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置 画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（可记为 A 点）；以 A 点位圆心，任选较小的半径 r作圆交于廓线上的 B、C 点；分别以
13、 B、C 为圆心，以同样的半径 r 画圆，三个小圆分别交于 D、E、F、G 四个点处，如下图 9 所示；过 D、E 两点作直线，再过 F、G 两点作直线，两直线交于 O 点，则 O 点近似为凸轮廓线上 A 点的曲率中心，曲率半径；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径。图 9（2）凸轮滚子半径的选择（rT）凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：几何因素应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 15mm。对于凸轮的凸曲线处，对于凸轮的凹轮廓线（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式：；力学因素滚子的尺寸还受
14、到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取及。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为 rT=15mm。得到凸轮实际廓线，如图 10 所示。图 10 四、参考文献 1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编六版北京 2006.5 2、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编六版北京 2002.8 3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编北京 1986.10 五、心得体会 通过本次课程设计，加深了我对机械原理这门课程的理解，同时我也对机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，培养了我的表达，归纳总结的能力。在设计过程中，我与同学们的交流协作，让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义。一次实践就有一次收获，我很感谢学校能给我们这些机会体验锻炼自己，让我们将来更有信心在社会立足。最后，衷心的感谢靳龙、罗锡荣老师在整个设计过程中的帮助与指导，是他们，我们才能圆满的成功结束。六、附件 1、设计图纸共 2 张（A1 A3 各一张）2、计算说明书电子文档（1 份）附件无 指导老师签名：年 月 日