机械原理设计终结版Word格式.docx

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④齿轮机构设计

2）目的：

机械原理课程设计是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的一个重要实践环节。

其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生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，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。

牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。

尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1（a）。

电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。

刨床工作时，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，以减少电动机容量和提高切削质量，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。

刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图4-1，b），而空回行程中则没有切削阻力。

因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。

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

n2

L0204

L02A

L04B

LBC

L04S4

XS6

YS6

G4

G6

P

YP

JS4

单位

r/min

mm

N

kgm2

方

案

Ⅰ

60

380

110

540

0.25L04B

0.5L04B

240

50

200

700

7000

80

1.1

Ⅱ

64

350

90

580

0.3L04B

220

800

9000

1.2

Ⅲ

72

430

810

0.36L04B

180

40

620

8000

100

表1设计数据

飞轮转动惯量的确定

凸轮机构的设计

δ

no’

z1

Z0〃

Z1′

Jo2

Jo1

Jo〃

Jo’

ψmax

lo9D

[α]

φ

φs

φ’

Kgm2

°

0.15

1440

10

20

0.5

0.3

0.2

15

125

76

75

13

16

0.4

0.25

135

38

70

0.16

19

130

42

65

齿轮机构的设计

d0′

d0″

m12

m0″1′

α

300

6

3.5

4

1.导杆机构的运动分析

已知曲柄每分钟的转数，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路位于导杆端头B所作圆弧高的平分线上（图2所示）。

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（参考图例1）。

曲柄位置图的作法为图2取1和8′为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1′和7′为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆周作12等分的位置。

2.导杆机构的动态静力分析

已知各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律（图1，b）。

要求按表2所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。

以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例1）。

表2机构位置分配表

学生编号

1

2

3

5

7

8

9

11

12

14

位置编号

8′

1′

7′

17

18

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

3.凸轮机构设计

已知摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角φ，远休止角Φs，回程运动角φ′（图3所示），摆杆长度为l09D,最大摆角ψmax,许用压力角[α]（参见表1）；

凸轮与曲柄共轴。

要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线，以上内容作在2号图纸上（参考图例4）。

4.齿轮机构设计

已知电动机、曲柄的转速n0′、n2，皮带轮直径do′、do″,某些齿轮的齿数z，模数m，分度圆压力角[α]（参见表1）；

齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。

要求计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1—z2变位系数，计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图（参考图例3）。

1）导杆机构简图

2）导杆机构运动分析

a、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）

b、取曲柄位置“7”进行速度分析。

因构件2、3、4在A处的转动副相连，故VA2的大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。

ω2=2πn2/60rad/s=6.7021rad/s

υA2=ω2·

lO2A=6.7021×

0.11m/s=0.7372m/s（⊥O2A）

取构件2和4的重合点A进行速度分析。

列速度矢量方程，得

υA4=υA2+υA4A2

大小?

√?

方向⊥O4A⊥O2A∥O4B

取速度极点P，速度比例尺µ

v=0.01（m/s）/mm,作速度多边形如图1-4

图１—4

则由图1-4知，，υA4=pa4·

μv=37×

0.01=0.37m/s

υA4A3=la3a4·

μv

lo4A=212mm

由速度影像定理得υB5=υB4=υA4·

O4B/O4A=0.37×

270÷

212m/s=0.4712m/s

又ω4=υA4/lO4A=0.37÷

212rad/s=0.001745rad/s

取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得

υC5=υB5+υC5B5

方向∥XX⊥O4B⊥BC

其速度多边形如图1-4所示，有

υC5=·

μv=1.35×

0.01m/s=0.0135m/s

υC5B5=·

ωCB=υC5B5／lCB

取曲柄位置“7’”进行加速度分析,分析过程先从曲柄位置A处进行分析.取曲柄构件2和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得

aA4=aA4n+aA4t=aA2+aA4A2k+aA4A2r

0?

√0?

方向?

B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向右）∥O4B（沿导路）

取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5

图1-5

由图1-5可知,aA4n=w4l04A·

μa=0.4712÷

270×

212×

0.05m/s2=0.018m/s2

a´

A4A3=k´

a4″·

μa

α4″=ω42∕lO4A

aA4=la4´

μa

aB4=aA4÷

l04A×

l04B

用加速度影象法求得

aB5=aB4=aA4×

lO4B/lO4A=aA4×

270/212m/s2=3.65m/s2

又aC5B5n=ω52·

lCB=0.752×

0.0675m/s2=0.09m/s2

取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得

aC5=aB5+aC5B5n+aC5B5τ

大小?

√0?

方向∥x√C→B⊥BC

其加速度多边形如图1─5所示，有

aC5B5t=C5´

C5″·

μa=14×

0.05m/s2=0.7m/s2

aC5=pC·

μa=42×

0.05m/s2=2.1m/s2

已知摆杆9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’，摆杆长度lo9D=125mm，最大摆角max=15度，许用压力角[]=40度；

要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。

以上内容做

步骤：

1）根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（），然后用几何作图法直接绘出（φ）及φ（ψ）线图。

2）求基圆半径r及凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离lOO。

按φ（ψ）线图划分ψ角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割ψ角所对应的弧，自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连，则ψ角便按预定比例分割。

作图时，如取μ=lOD*μ，则可直接根据（φ）线图上各纵坐标值，在O点的相应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于等于lOD*。

截取方向可根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。

然后按许用压力角[а]作出凸轮轴心的