完整版机械原理课程设计牛头刨床完整图纸.docx
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完整版机械原理课程设计牛头刨床完整图纸
设计说明书
系部名称：
机电系
专业班级：
04机制三班
姓名：
学号：
批阅教师签字
批阅日期
概
述3
设计项
目
1.设计题目4
2.机构简介4
3.设计数据4
设计内容•…
1.导杆机构的设计5
2.凸轮机构的设计12
3.齿轮机构的设计17
设计体会20
参考文献21
附图
概述
一、机构机械原理课程设计的目的：
机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节其基本目的在于：
（1）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课
程实际问题的能力。
（2）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概
念。
（3）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合
以及确定传动方案的能力。
（4）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算
机和查阅技术资料的能力。
二、机械原理课程设计的任务：
机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。
要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。
三、械原理课程设计的方法：
机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。
图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。
根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。
[设计名称]牛头刨床
一．机构简介：
机构简图如下所示：
牛头刨床机构简图
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。
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&刨床工作时，由导杆机构1-2-3-4-5-6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，以提高生产效率。
因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。
刨刀每切削完成一次，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。
设计数据：
各已知数据如下图所示，未知数据可有已知数据计算求得
设计内容
导杆机构的运动分析
凸轮机构设计
符号
单位
r/min
mm
mm
方案
I
60
380
110
540
0.25
IO4B
15
125
150
61
15
75
10
75
设计内容
齿
3轮机构设计
符号
单位
r/min
mm
mm
方案
I
1440
20
100
300
6
3.5
三.设计内容:
第一节导杆机构的运动分析
㈠导杆机构设计要求概述：
已知曲柄每分钟的转数n2，各构件尺寸，且刨头导路x-x
位于导杆端头B所作圆弧的平分线上。
要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在2号图纸上。
10位置的机构简图：
匚」
㈡计算过程：
由已知数据n2=60r/min得32=2nX60/60（rad/s）=2nrad/s
1、求C点的速度：
⑴确定构件3上A点的速度：
构件2与构件3用转动副A相联，所以UA3=UA2
又uA2=32lO2A=0.110X2n=0.22nm/s=0.69m/s.
⑵求Va4的速度：
选取速度比例尺：
UA4
卩v=0.023（m/s）/mm;
=UA3+
UA4A3
方向：
丄BC4
丄AO2
//BO4
大小：
?
32IO2A
?
用图解法求解如图1:
式中uA3、UA4表示
构件3和构件4上A点的绝对速度，UA4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4,大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4,大小未知。
在图上任取一点P,作UA3的方向线pa3，方向垂直于AO2，指向与32的方向一致，长度等于UA3/卩v，（其中卩v为速度比例尺）。
过点p作直线垂直于丄BO4代表UA4的方向线，再过a3作直线平行于线段BO4代表UA4A3的方向线这两条直线的交点为a4,则矢量pa4和a3a4分别代uA4和u
A4A3。
由速度多边形卩0^4得：
UA4=卩v'pa4=iiv'20=0.483m/s
uA4A3=iv'a3a4=iv'19—0.437m/s⑶求BO4的角速度4:
曲柄位于起点1时位置图如设计指导书图
（1）：
此时AO2O4为:
又由1位置起将曲柄圆周作12等分则当曲柄转到10位置时，如图
（1）：
杆BO4的角速度4:
4—VM/1BQ—0.483rad/s=1.75rad/s0.277
杆BO4的速度V4:
X|BQ4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s
V4—
⑷求C点的速度uC：
uc=
uB+
uCB
方向：
//X-X
丄BO4
丄BC
大小：
?
34lO4B
?
f—
速度图见图2:
式中uc、UB表示点的绝对速度。
uCB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB,大小未知，点C的速度方向平行于X-X,大小未知，图上任取一点p作代表uB的矢量pb其方向垂直于BO4
指向于2转向相反，长度等于Vb/v（v为速度比例尺）。
过点p作直线平行于X-X,代表uc的方向线，再点b作直线垂直于BC代表ucb的方向线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表u
c、uCBo
则C点的速度为：
uc=yvXpc=卩vX40=0.92m/s
2、求C点的加速度:
加速度见下图:
aA4和aA4是aA4的切向和切法向加速度，aA4A3是点A4相对
于A3的相对加速度，由于构件3与构件4构成移动副，所以
nrt
aA4A30则aA4A3aa4a3其方向平行于相对移动方向，即
K
平行于BO4,大小未知，aA4A3为哥氏加速度，它的大小为aKA4A324VA4A3sin，其中为相对速度Va4A3和牵连角速度4矢
量之间的夹角，但是对于平面运动，4的矢量垂直于运动平面而
K
Va4A3位于运动平面内，故90，从而aA4A324VA4A3哥
氏加速度aKA4A3的方向是将VA4A3沿4的转动方向转90（即图中a3k'的方向）。
在上面的矢量方程中只有aA4和arA4A3的大小未知，故可用图解法求解。
如右图，从任意极点连续作矢量
''n（（
a3和口a4代表aA3和aA4;再过玄3作ask'垂直于线段BO4，大小a3k'2W4VA4A3/Ua10.2mm；然后再过k'作BO的平行线，
'"n
代表aA4A3的方向，过a4作垂直于BC4，的直线，代表a从的
方向线，它们相交点a4则矢量a4代表aA4
‘2
aA4=卩aa4=^a*60.6=9.09m/S
⑶求B点加速度an:
构
件4
aA4
的角
Uaa'4
力卩速
329rad
度
/s2
BB04
为：
BO
4
1ao4
1ao4
n
aB
1BO4
22
41.654m/s
⑷
求C点的加速度：
n
n
n
ac
a
c
aB
aB
aCB
aCB
方向
:
\
//x-x
BfO4
丄BO4
丄CB
CfB
大小
:
\
?
UlBOlBB04
?
2
0.090m/s
加速度图见下图:
切向加速度，其方向垂直于CB。
又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度可求出（C点作水平运动，故C点的法向加速度为0）。
仅有ac和acB的大小未知，同样可以用图解法求解。
如右图，在图上任取一点n作b''代表aB，方向为平行于BO4并从B指向
2
04，长度为41BO4/a，（其中a为加速度比例尺）。
过b''作
b''b'代表ab，方向垂直于BO4，长度为BO4lBO4/a，连接
b'，它表示ab，再过过b'作b'c''代表aCb，方向平行CB并从C指向B,长度为（VbC/Icb）/a过c''作垂直于CB代表acB的
方向线又从n作平行于X-X的方向线，两线交点为C'，则矢量C便代表ac。
2
ac=ac=卩a'Pc'=1.98m/s
3、此时C点位置如下图：
选取长度比例尺为：
i5mm/mm则：
此时C点的位移xc为：
第二节凸轮机构的设计
㈠凸轮机构的设计要求概述：
1•已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓画在2号图纸上。
该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。
各数据如表:
符号
©max
|09D
|0902
r。
rt
①
①s
①’
单位
0
mm
0
数据
15
.125
150
61
15
75
10
75
2.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表:
推程Ow2©w①o/2回程①o+①s①o+①s+①'o/2
书=24*©*①/（25*n）书=n/12-24（©-17n/36）2/25n
3=-96（©-17n/36）2/25
B=-192n/25
推程①o/2①o回程①o+①s+①'o/2①o+①s+①’o
书=n/12-24（5n/12-©）2/25书=24（8n/9-©）2/25n
B=-192n/25
3.依据上述运动方程绘制角位移书、角速度3、及角加速度B的曲
线：
（1）、角位移曲线：
1、取凸轮转角比例尺卩©=1.25/mn和螺杆摆角的比例尺^=0.5/mm在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33,代表（先做前半部分抛物线）.做03的等分点1、2两点，分别过这两点做书轴的平行线。
2、将左方矩形边等分成相同的分数，得到点1,和2/。
3、将坐标原点分别与点1，,2，,3/相连,得线段01,02,和03,,分别超过1,2,3点且平行与屮轴的直线交与1",2"和3".
4、将点0,1",2",3"连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分，后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.
⑵角速度3曲线：
1、选凸轮转角比例尺卩©=1.25°/mm和角速度比例尺卩3=0.0837（rad/s）/mm,在轴上截取线段代表。
2由角速度方程可得©=©。
/2,3=3max,求得V换算到图示长
度,3点处©二①0/2,故3max位于过3点且平行与3轴的直线.由于运动为等加速、等减速，故连接03/即为此段的角速度图，下一端为等减速连接3/6即为这段角速度曲线。
3其他段与上述画法相同，只是与原运动相反。
⑶角加速度曲线：
1选取与上述相同的凸轮转角比例尺卩=1.25°/mm和角加速度比例尺卩b=0.8038（rad/s）/mm在轴上截取线段代表。
2由角加速度方程求的角加速度B.因运动为等加速，等减速，故各
段加速度值也相同，只是方向相反.
313段为加速段B为正值，B轴上取B做平行于13的直线段即为1、3段的加速度，其余各段与3做法相似。
序号偏角
绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。
⑵设计凸轮轮廓：
A、绘制凸轮的理论轮廓线［既滚子轴心实际轮廓］
1将书一©曲线图（如图
（1））的推程运动角和回程运动角个分
成4等份，按式求个等分点对应的角位移值：
书仁卩朋*11",书仁
卩.2*22",……，的数值见表
（1）。
2选取适当的长度比例尺卩i定出02和09的位置（选取卩l=0.002m/mm）。
以02为圆心，以r。
/卩i为半径，作圆，再以以02为圆心，以rb/w为半径作基圆。
以@为圆心，以IQ9D/卩i为半径，作圆弧交基圆与Do（Do）。
则C9D0便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置DO位于中心线0209的左侧。
3以O2为圆心，以I0。
902/卩l为半径作圆，沿（-CD）［即为逆时针方向］自OO开始依次取推程运动角①0=75°,远休止角①s=10o,回程运动角①o'=75和远休止角①s'=200°,并将推程和回程运动角各分成4等份,得091,092,093……099各点。
它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。
4分别以091,092,093……099为圆心，以I09D/卩e为半径画圆弧，它们与基圆相交于Di,D2,D3……D9,并作/D1091D1/D209rD2……分别等于摆杆角位移书1Z2,书3……。
并使091D仁091Di,092D2=092D,……则得D1,D2,……D9（与D9重合）各点,这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹
点。
5将点D1,D2,……D9连成光滑曲线。
连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓,亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。
B、绘制凸轮的实际轮廓：
1在上述求得的理论轮廓线上,分别以该轮廓线上的点为圆心,以滚子半径为半径,作一系列滚子圆。
2作该系列圆的内包络线,即为凸轮的实际轮廓,如图。
C、校核轮廓的最小曲率半径pmin：
在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时,若滚子半径rt过大,则
会导致工作轮廓变尖或交叉。
在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E,以E为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点F和G为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于H、I、J、K四点；连HI、JK得交点C,则C点和长度CE可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半径pmin。
由图可知，CE>rt,故该凸轮轮廓的最小曲率半径pmin符合要
求。
第三节齿轮机构的设计：
一、设计要求：
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，整理说明书。
1、齿轮机构的运动示意图
2、已知各数据如表:
符号
no
Zi
do，
m2
单位
r/min
mm
mm
数据
1440
20
100
300
6
3.5
、计算过程:
因为n。
，/n°”=ck/d得n。
”=480r/min
Z。
"（20）
（40）
乙（20）
Z2（80）
分度圆直径
70
140
120
480
基圆直径
65.7
—131.5
112.7
451
齿顶圆直径
77
147
132
492
齿根圆直
61.25
131.25
105
465
径
分度圆齿厚
5.4978
5.4978
9.4248
9.4248
分度圆齿距
1O.95O4
1O.9843
18.7721
18.8447
中心距
1O5
3OO
no/n2=z2Zi‘/z"zi得z2=z"zm"IzJn2=80
三、绘制啮合图
齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形•它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数，并
可借助图形做必要的分析。
（1）渐开线的绘制：
渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制，如图
以齿轮轮廓线为例，其步骤如下：
1按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径：
d。
”，do''b，d0''a，do''f，画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合,故节圆与分度圆重合•
2连心线与分度圆（节圆）的叫点为节点P,过节点P作基圆切线,与基圆相切与N1,则NiP即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段.
3将NiP线段分成若干等份：
P1、12、23……
4根据渐开线特性NiO'NiP，圆弧长不易测得，可按下式
计算NO'弧所对应弦长“[O':
nipI80°
代入数据：
MO'dbSin―?
——
按此弦长在基圆上取o'点。
5将基圆上的弧长NO'分成同样等份，的基圆上的对应分点1'，2'，3'。
6过1',2,3点作基圆的切线，并在这些切线上分别截取线段，使其齐ip、2F27莎3p……得「'，2'',3'诸点，光滑连接0',1',2',3'，各点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。
7将基圆上的分点向左延伸，作出5；6，,7’…，取
5'5''5?
p1、6'6''6?
p1、…，可得节圆以上渐开线各点
5,6.直至画到超出齿顶圆为止。
8当dfVdb时，基圆以下一段齿廓取为径向线，在径向线与齿根圆之间以r=0.2mm为半径画出过渡圆角；当df>db时，在渐开线与齿根圆之间画出过渡圆角。
（2）啮合图的绘制：
1选取比例尺卩i=2mm/mm,定出齿轮Zo，，与乙，的中心以O,O心作出基圆，分度圆，节圆，齿根圆，齿顶圆.
2画出工作齿轮的基圆内公切线，它与连心线O1O2的交点为点P，又是两节圆的切点，内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角
I
t
3过节点P分别画出两齿轮在齿顶圆与齿根圆之间的齿廓曲线.
4按已算得的齿厚和齿距P计算对应的弦长s和p。
按s和p在分度圆上截取弦长得A,C点，则AB=S,AC=P
5取AB中点D连0D两点为轮齿的对称线，用纸描下右半齿形，以此为模板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的3个齿廓，另一齿轮做法相同。
6作出齿廓的工作段。
设计体会
通过一段时间的设计，让我对所学知识得到了更深的理解，也学会了运用各种资料、工具，熟练了CAD
Office等软件的使用，体会到了同伴之间的密切合作的重要性等等。
同时这之间的种种工作也离不开老师的热情指导，在此表示深深的谢意。
参考资料
《机械原理》清
华大学出版社申永胜主编
《机械原理课程设计指导书》太
原理工大学阳泉学院机电系编
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