机械原理课程设计说明书.docx

1、机械原理课程设计说明书第一章 机构简介与设计数据1.1 机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1（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。

2、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0.05H的空刀距离，见图1-1（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少电动机容量。图1-1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图1.2 设计数据（见表1）（位置编号：5与1）表1 设计数据案方位单号符容内计设导杆机械的运动分析导杆机构的动态静力分析n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4xS6yS6G4G6PyPJS4r/minmmNmmkgm2603801105400.250.5240502007007000801

3、.1案方位单号符容内计设飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计齿轮机构的设计nO5z1zOz1JO2JO1JO3JO5maxlO9D0010dO5 dO3m12mO31r/minkgm2mmmm0.1514401020400.50.30.20.2151254075107510030063.520第二章 设计内容2.1 导杆机构的运动分析已知： 曲柄每分钟转数，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（如图2-1）。 图2-1 曲柄位置图 图2-2 摆杆加速度线图2.1.1 机构的运动简图以O4为原点定出坐标系，根据两固定端之间的尺寸定出O2点，并以110mm（实际尺寸，下同

4、）为半径做圆。过O4引两条长为540mm的线段，与以O2为圆心所做的圆相切与1点、8点，线段左端点即为B点。线段O4B在左右极限位置所能扫过的轨迹即为B点的运动轨迹，B点运动弦的中间位置变为点C的运动轨迹。过B点作半径为135mm的圆弧与运动轨迹相交于C点，此时即为机构运动时的左极限位置。曲柄位置图的作法：1和8为工作行程起点（左极限位置）和行程终点（右极限位置）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、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如图2-3）。 图2-3 机构的运动简图 2.1.2 曲柄位置“1”、“5”两点运动分析图解法：曲柄在位置“1

5、”的速度分析 取曲柄在位置“1”进行速度分析。因曲柄2和构件3在A处用转动副相连，故V2A=V3A，其大小等于2lO2A，方向垂直于OO2A，指向与2一致。2=2n2/60 rad/s=2 rad/s 3A=2A=2 * 110 mm/s=691.15 * 10-3 m/s（O2A）取构件3和4的重合点A进行分析，列速度矢量方程: 4A = 3A + 4A3A大小 ? ?方向 O4B O2A O4B取速度极点p，速度比例尺 uv= 0.01 (m/s)/mm ,作速度多边形(如图2-4) 图2-4 位置1的速度多边形得：4A= 0 m/s4A3A=691.15 * 10-3 m/s w4= 0

6、 rad/s所以：B= 0 m/s C= 0 m/s 曲柄在位置“1”的加速度分析取曲柄在位置“1”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故a2An=a3An,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。 2=2n2/60 rad/s=2 rad/s a2An=a3An=22 * lO2A=(2)2* 110 mm/s2=4342.63 * 10-3 m/s2 a4An =42lO4A= 0 m/s2 a4A3AK=244A3A= 0 m/s2取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程： a4A = a4An + a4A =a3An + a4A3AK + a4A3A大小: ?

7、42lO4A ? 0 ?方向： ? BA AB AO2 O4B O4B取加速度极点为p,加速度比例尺a=0.1 （m/s2）/mm,作加速度多边形(如图2-5) 图2-5 位置1的加速度多边形得：a4A=4342.63 * 10-3 m/s2所以： 4=a4A/lO4A=4342.63 * 10-3 /363.73=11.94aB=4 * lAB=11.94 * 540 * 10-3 m/s2=6447.06 * 10-3 m/s2取5、6构件的重合点C为研究对象，列加速度矢量方程： ac = aB + aBn + aBC 大小 ? * lAB 0 ?方向 x-x O4B 0 BC取加速度极点

8、为p,加速度比例尺a=0.1 （m/s2）/mm,作加速度多边形，(如图2-5)。得：ac = 6.01 m/s2曲柄在位置“5”的速度分析 取曲柄在位置“5”进行速度分析。因曲柄2和构件3在A处用转动副相连，故V2A=V3A，其大小等于2lO2A，方向垂直于OO2A，指向与2一致。2=2n2/60 rad/s=2 rad/s 3A=2A=2 * 110 mm/s=691.15 * 10-3 m/s（O2A）取构件3和4的重合点A进行分析，列速度矢量方程: 4A = 3A +4A3A大小 ? ?方向 O4B O2A O4B取速度极点p，速度比例尺 uv= 0.01 (m/s)/mm ,作速度多

9、边形(如图2-6) 图2-6 位置5的速度多边形得：4A=680.17 * 10-3 m/s4A3A=122.72 * 10-3 m/s w4= 1.39 rad/s所以：B= 753.03 * 10-3 m/s取5、6构件的重合点C为研究对象，列速度矢量方程： c = b +bc大小 ? ?方向 x-x O2A BC得：C= 748.91 * 10-3 m/sbc= 38.83 * 10-3 m/s曲柄在位置“5”的加速度分析取曲柄在位置“5”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故a2An=a3An,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。 2=2n2/60 rad/s=2

10、rad/s a2An=a3An=22 * lO2A=(2)2* 110 mm/s2=4342.63 * 10-3 m/s2 a4An =42lO4A=948.49 * 10-3 m/s2 a4A3AK=244A3A= 342.26 * 10-3 m/s2取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程： a4A = a4An + a4A =a3An + a4A3AK + a4A3A大小: ? 42lO4A ? 244A3A ?方向： ? BA AB AO2 O4B O4B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(如图2-7) 图2-7 位置5的加速度多边形

11、得： a4A3AK=244A3A=2 * 1.40 * 122.72 m/s2=342.26 m/s2 a4A=428.81 * 10-3 m/s2所以： 4=a4A/lO4A= 0.88 rad/s2 aB = aBn + aB =1.06 m/s2取5、6构件的重合点C为研究对象，列加速度矢量方程： ac = aB + aBn + aBC 大小 ? * lAB 42lAB ?方向 x-x O4B B C BC取加速度极点为p,加速度比例尺a=0.1 （m/s2）/mm,作加速度多边形，(如图2-7)。得：ac=0.597 m/s2解析法： 如图2-8，建立直角坐标系，并标出各杆矢量及方位角

12、。利用两个封闭图形ABCA及CDEGC。投影方程式为： （1） （2） （3） （4）1 求 图 由公式（1）和（2）得：图2-8 （5） （6）上式等价于 （7）对求导得： （8）同理得： （9）2 求滑块E的由（3）、（4）式得： （10） （11）求导得： （12） （13）再求导得： （14） （15）程序编写过程（计算机C语言程序）程序说明：在程序中，各个字母与图4中的对应关系为：a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H(H为水平导轨到底座的距离),f=2。表1与图2-8中各数据的对应关系为：2=2n=23.146060=6.28 AB=lo2a=0.11 AC=lo2o4 =

13、0.38 CD=lo4b=0.54 DE=lbc=0.135由几何关系可得：其中为极位夹角。由机构运动简图可得： 解得：=14.8215代入上式: H=0.538#include#include#define PI 3.1415926void main()double a=0.110,b=0.54,c=0.135,d=0.38,e=0.538,f=6.28;/*a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H,f=1 */double B,C,E,F,G,I,L,M,O;/*B=3,C=4, E=Se，F =3，G=4， I= Ve ，L=3，M=4， O=e */ double x=0;pri

14、ntf( 1 3 4 Se W3 W4 Ve A3 A4 Ae n); while(x6.3) B=atan(d+a*sin(x)/(a*cos(x); /*求3*/ if(B0)B=PI+B; C=PI-asin(e-b*sin(B)/c); /*求4*/ if(C=900A/(2n2) 可得：JF=58.24(kgm2)2.4 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0，远休止角01，回程运动角0（见图3），摆杆长度，最大摆角，许用压力角（参见表1）；凸轮与曲柄共轴。2.4.1 凸轮基本尺寸的确定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

15、出（）及（）线图。求基圆半径r0及凸轮回转中心O2至从动件摆动中心O的距离l O2Oo4按（）线图划分角时，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角所对应的弧，自从动件摆动中心O4作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。由摆杆9做等加速等减速运动，及角角加速度与角度的关系可得：设：在037.5 度时： =a； 在37.575 度时： =-a； 在75 85 度时： =0； 在85122.5 度时： =-a； 在122.5160 度时： =a；那么： 在037.5度时： d=a； 在37.575 度时： d=75a-a； 在7585度时： d=0 ； 在

16、85122.5度时： d=-a+85a； 在122.5160度时： d=a-160a；得：在037.5度时： = 在37.575 度时： =- +75a-1406.25a 在7585度时： =1406.25a 在85160度时： 图像与在075度时的图像关于=80对称。 由以上计算可得 =1406.25a= a=0.01067由公式得出如下数据关系： 表4dd00085015.0046950.053350.13337590-0.0533514.87131100.10670.533595-0.106714.47119150.160051.200375100-0.1600513.80431200.

17、21342.134105-0.213412.87069250.266753.334375110-0.2667511.67031300.32014.8015115-0.320110.20319350.373456.535375120-0.373458.469313400.373458.469313125-0.373456.535375450.320110.20319130-0.32014.8015500.2667511.67031135-0.266753.334375550.213412.87069140-0.21342.134600.1600513.80431145-0.160051.2003

18、75650.106714.47119150-0.10670.5335700.0533514.87131155-0.053350.13337575015.0046916000由以上数据画出从动杆运动线图：图2-20图2-21 图2-22根据凸轮转向，摆杆长lO4D，角位移线图=（）图和以上求得的r=80mm，l OO，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径P。然后，再选取滚子半径r，画出凸轮的实际廓线。2.4.2 凸轮实际廓线1、设计原理设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（）（为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（）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。 2、设计凸轮轮廓： 、绘制凸轮的理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓 将 曲线图（如图2-23、2-24、2-25）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：1=1*11，1=2*22，的数值。 选取适当的长度比例尺l定出O2和O9的位置（选取l=0.002m/mm）。以O2为圆心，以r0/l为半径，作圆，再以以O2为圆心，以rb/l为半径作基圆。以O9为圆心，以l Oo9D/l为半