牛头刨床导杆机构设计.docx
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牛头刨床导杆机构设计
一、概述………………………………………………………1
1、设计目的………………………………………………………1
2、设计任务………………………………………………………1
3、设计方法………………………………………………………1
二、牛头刨床机构简介………………………………………2
1、牛头刨床的组成机构……………………………………2
2、牛头刨床的工作原理……………………………………3
三、导杆机构方案设计
1、拟定运动方案
2、方案机构的选择
四、传动导杆机构的运动分析
1、位置分析
2、速度分析
3、加速度分析
五、齿轮机构设计
1、齿轮的设计要求
2、齿轮计算
六、课程设计自我评价与心得
七、参考文献
一、概述
1、设计目的
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。
机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。
以及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，进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力
2、设计任务
本课程设计要求在规定的时间里按题目任务要求完成设计工作，并上交设计说明书一份。
设计说明书内容包括：
1.题目介绍。
2.机构方案。
绘制原理图，说明原动件，从动件等的工作原理。
3.设计说明。
自由度计算，主要尺寸计算、选取等。
4.特点。
说明设计的特色，主要优缺点等。
3、设计方法
机械原理课程设计的主要方法有图解法、解析法、实验法。
①图解法是利用已知的条件和某些几何关系，通过几何作图求得的结果。
此法概念清晰、形象直观，但是作图繁琐，精度不高。
②解析法是通过建立数学模型，编制框图和程序，借助计算机求出结果。
该方法精度高、速度快、能解决较复杂的问题。
③实验法是通过建立模型、计算机动态演示与仿真、CAD等，使设计的产品得以实现。
二、牛头刨床机构简介
1、牛头刨床的组成机构
如图1所示：
图1
图中：
1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—床身；5—减速传动装置；6—带动执行机构；7—手柄；8—滑板。
2、牛头刨床工作原理
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
如图1所示，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨头的往复运动。
三、导杆机构方案设计
1、拟定运动方案
（1）方案一：
曲柄滑块机构
如图2所示，该导杆机构以齿轮6为原动件做周转运动带动齿轮5转动，连杆4与连杆3通过转动副相连接，推动滑块2进行刨削工作。
图2
此方案的特点：
结构简单，能承受较大的载荷。
缺点：
执行行程较大，需要尺寸较长的曲柄，机构所占活动空间较大。
机构压力角较大，传力性能不太好。
（2）方案二：
曲柄摇杆机构+摇杆滑块机构
如图3所示：
原动件构件1为曲柄，带动构件2和3，构件2是摇杆，带动连杆4，构件4带动滑块5。
图3
此方案的特点：
由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成，传力性能和传动件的速度变化方面比方案一好些，但在曲柄摇杆机构中，当行程速比系数K增大时，机构的压力角还是比较大，机构所占的空间还是比较大。
（3）方案三：
摆动导杆滑块机构+曲柄滑块机构
如图4所示：
1是机架。
构件2为曲柄，是原动件，带动摇杆4左右摆动，带动构件5，构件5再带动滑块6作往复切削运动。
此方案特点：
传力性能好，机构所占空间较小，切削刨头在工作时速度变化较慢，有利于更好地切削工件。
图4
2、方案机构的选择
根据上述三个设计的机构的承载能力、传力性能、机构所占空间以及运动的稳定性等因素，选择承载能力较大、传力性能好、机构所占空间小以及运动稳定性能较好的方案三：
摆动导杆滑块机构+曲柄滑块机构。
四、传动导杆机构的运动分析
方案三可看成是由两个四杆机构组成。
如图5，可以先建立如图所示坐标系对机构进行分析。
图5
要分析刨头的运动情况，先要分析摇杆4的运动情况。
设OB杆长度为b，OA杆长度为a，CB杆长度为c。
曲柄构件2沿逆时针方向旋转的角度与x轴夹角为θ。
摇杆构件4与x轴夹角为ψ。
构件5与x轴夹角为γ。
1、位置分析
根据矢量方程:
lO2A+lO1A=lO1O2
（1）
得：
a*cosθ=lO2A*cosψ
（2）
d+a*sinθ=lO2A*sinψ（3）
tanψ=（d+a*sinθ）/（a*cosθ）（4）
vA3A4=-aω1sin（θ-ψ）（5）
得：
ω4=[aω1sin（θ-ψ）]/lO2A（6）
根据图示机构c的位置，列出方程：
bcosψ+ccosγ=xc（7）
所以滑块的位置为：
xc=bcosψ+ccosγ（8）
2、速度分析
应用图解法，根据速度矢量图得：
vc=-bω4sin（ψ-γ）/cosγ（9）
3、加速度分析
根据加速度矢量图得：
ac=-bω24sin（ψ-γ）/cosγ（10）
五、齿轮机构设计
1、齿轮设计要求
设所选方案三齿轮的各项参数如下：
表1
参数
Z1
Z2
m（mm）
α（°）
数据
16
60
12
20
齿轮机构如图6所示:
图6
2、齿轮计算
根据图6计算出齿轮传动的一些数据如下：
已知：
Z1=16，Z2=60，m=12,ha*=1,c*=0.25
分度圆直径：
d1=mz1=192mm（11）
d2=mz2=720mm（12）
标准中心距:
a=m（z1+z2）/2=456mm（13）
实际中心距：
a’=456mm（14）
啮合角：
ɑ’=ɑ=20°（15）
变位系数：
x1+x2=0（16）
x1=（17-z1）/17=0.0588（17）
x2=-0.0588（18）
中心距变动系数：
y=（ɑ’-ɑ）/m=0（19）
齿顶高降低系数：
Δy=（x1+x2）+y=0（20）
节圆直径：
d1’=d1cosɑ/cosɑ’=180.42mm（21）
d2’=d2cosɑ/cosɑ’=676.58mm（22）
齿顶圆直径：
da1=d1+2ha*=d1+2（ha*+x1-Δy）m=194mm（23）
da2=d2+2ha*=d2+2（ha*+x2-Δy）m=722mm（24）
齿根圆直径：
df1=d1-2hf1=d1-2（ha*+c*-x1）m=162mm（25）
df2=d2-2hf2=d2-2（ha*+c*-x2）m=690mm（26）
基圆直径：
db1=d1cosɑ=180.42mm（27）
db2=d2cosɑ=676.58mm（28）
六、课程设计自我评价与心得
通过这次设计，使我认识到上课时的内容虽然已经很丰富，但如果没有实践的话，学习再多的理论也只是纸上谈兵。
通过这次设计，我查找资料的能力也得到了很大的提高。
对于CAD/Solidworks等主要设计软件的使用又有了更新的认识和更牢固的掌握，更重要的是，我们初步尝试了去独立地去发现问题，解决问题，反思问题的能力，并且设计的是一个整体，所以考虑问题的方向也全面了，不单单是去解一道题目，而是去解决一系列相关联的题目链，大大地提高了我们在这方面的能力，而且这种能力的培养恰恰是在学校学习阶段很难得接触到的，但却在以后踏上工作岗位中常常会遇到的.我设计的“牛头刨床传动机构”一开始是设想了三个方案，再根据它们的传力的性能以及机构空间大小和实用性能等方面，最后综合地选择了第三个方案，但是第三个设计实际上仍然有不足之处，比如，没有详细的考虑机构在实际工作中存在的摩擦、动静平衡等因素，因此，此方案仍需改进。
七、参考文献
[1]王强张东升孙书名。
机械原理课程设计指导书。
重庆：
重庆大学出版社，2013.1
[2]汪建晓孙传琼。
机械原理。
武汉：
华中科技大学出版社，2012.6
[3]张传敏张恩光战欣。
机械原理课程设计。
广州：
华南理工大学出版社，2012.8
[4]曹岩万宏强.SolidEdge工程应用教程.西安，西北工业大学出版社.2010.7
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