课程设计说明书

牛头刨床课程设计说明书1一、机械原理课程设计的任务和目的1、课程设计的目的：机械原理课程设计的高等院校机械类学生第一次全面的机械设计和分析的训练，是本课程的一个重要教学环节。起目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算，和使用科技资料的能力。并进一步培养解决实际问题的能力。2、课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析，并根据给定的机器的工作要求和相关数据，在此基础上设计，并进行相关数据的计算和验算，在满足要求的情况下，按照课程设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书等。二、设计正文1、设计题目：牛头刨床1）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3）曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在730mm左右为好。2、牛头刨床简介：牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图，电动机经0皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固接在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动。要求工作行程时，滑枕6应速度较低，且近似等速移动，而空回行程时，滑枕具有较高速度，实现快速返回。另外，齿轮等速转动时，通过四杆机构带动棘轮G转动。棘轮与丝杆相连，实现自动进刀。刨床机构在一个工作循环内，主轴速度波动很大，为此，常采用飞轮调整速度波动。3、设计数据曲柄转速n=60r/min工作行程H=730mm行程速比系数K=1.8牛头刨床课程设计说明书2三、设计数据及相关要求1、导杆机构设计的相关数据及要求表1（1）导杆机构设计应根据连杆5传力给滑枕的最有利条件确定摆动导杆长度和滑枕导路X—X的位置，即曲柄和摆杆转动副连线应垂直于导路X—X，且X—X应位于摆杆端点所画圆弧高的平分线上。（2）作机构运动位置图。以滑枕6的左极限位置时曲柄的位置作为起始点1，每隔30°取一个位置，共12个位置。每个小组的每一个人分配一个位置（特牛头刨床课程设计说明书3殊位置除外）作运动分析，绘速度多边形和加速度多边形。（3）以刨头左极限点为基点，收集12个位置测量出的位移，绘出刨头位移线图。（4）分析连杆机构的结构组成（拆分杆组），并说明该机构的级别。2、凸轮机构设计的相关数据和要求本组选择方案2牛头刨床课程设计说明书4表2根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径（范围25～40mm）。凸轮基圆直径大于或等于轴径的（1.6～2）倍；凸轮滚子半径等于基圆半径的（0.1～0.5）倍；绘制凸轮机构从动件位移、速度、加速度线图；根据反转法原理绘制凸轮轮廓。3、齿轮机构设计数据和要求本组选择方案2表3要求齿轮不根切，且实际中心距的尾数取为0或5，设计该传动并完成计算牛头刨床课程设计说明书5和验算；绘制齿轮啮合区图（可以不绘制齿廓形状），标出基圆、齿顶圆、节圆、啮合角、啮合起始点B2、B1和啮合极限点N1、N2，并注明单齿啮合区和双齿啮合区；用图上量取的实际啮合线段B2B1确定重合度，并与公式计算值进行比较。四、数据的计算和图形设计1、导杆机构的数据计算和设计本组数据及方案如下：符号方案n2KHL0204LBC/LO4Br/minmmmm2601.87304500.35表4由K=180+θ180−θ，∴θ=51.43°由以上数据可得摆杆的长度L=H2sin(θ2⁄⁄)固有L=841.239mmL=LO4B=841.239mmLBC=0.35L=294.43mm牛头刨床课程设计说明书6由以上数据通过CAD画出其图形和方位如下：用CAD制图的方法画出每个位置点对应的滑块的位移，可以得出以下数据表5由以上数据画出位移曲线图如下：01002003004005006007008000123456789101112131415位移位移牛头刨床课程设计说明书7对滑块做速度和加速度分析，并用矢量作图法求出其速度和加速度，过程如下:1、选择表1中方案2。由计算得：BO4=842mm，BC=295mm,AO2=195mm2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“6”进行速度分析。取构件2和3的重合点A进行速度分析。有ω1=2×3.14×60/60=6.2832rad/s其转向为顺时针方向。υA2=υA1=ω1×lO2A·µl=6.2832×195×0.001=1.225m/s列速度矢量方程，得υA2=υA1+υA2A1大小?√?方向⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度极点P，速度比例尺µv=1.225(m/s)/30mm，作速度多边形如图。则由上图知，υA2=pa2·μv=35mm×1.225(m/s)/30mm=1.43m/s方向垂直于AO4υA2A1=a1a2·μv=15mm×1.225(m/s)/30mm=0.6125m/s方向平行于AO4ω2=υA2/lO4A·µl=1.43/0.62=2.3rad/s其转向为顺时针方向。牛头刨床课程设计说明书8υB4=υB2=ω2·lO4B=2.3×0.842=1.94m/s方向垂直于BO4取4构件为研究对象，列速度矢量方程，得υC=υB4+υCB4大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BC其速度多边形如图：有υCB4=bc·μv=9mm×1.225(m/s)/30mm=0.3675m/s方向平行于BCυC=pc·μv=45mm×1.225(m/s)/30mm=1.84m/s方向p→c取曲柄位置“6”进行加速度分析。比例尺µv=7.698（m/s2）/76.98mm取曲柄构件2和3的重合点A进行加速度分析。列加速度矢量方程,得aA2=aA2n+aA2t=aA1+aA2A1k+aA2A1r大小?√?√√?方向?A→O4⊥O4BA→O2⊥O4B（向右）∥O4BaA2n=ω22×lO4A·µv=2.32×0.62×7.698（m/s2）/76.98mm=0.33m/s2aA1=ω12×lO2A·µv=6.28322×0.195=7.698m/s2aA2A1k=2ω2υA2A1=2×2.3×0.6125=2.82m/s2方向aA1→k。取加速度极点为P＇,作加速度多边形图牛头刨床课程设计说明书9则由图知，aA2t=Lnt´·μv=2mm×7.698（m/s2）/76.98mm=0.2m/s2方向垂直于AO4aA2A1r=ka1·μv=48mm×7.698（m/s2）/76.98mm=4.8m/s2方向平行于AO4α2=aA2t/lO4A=0.2/0.62rad/s2=0.3rad/s2其转向为顺时针方向。aA2=p´a2´·μv=23mm×7.698（m/s2）/76.98mmm/s2=2.3m/s2方向p´→a2´aA2A1=a1´·a2´·μv=45.0×0.1=4.5m/s2方向a1´→a2´取4构件为研究对象，列加速度矢量方程，得aC=aB4n+aB4τ+aCB4n+aCB4τ大小?√√√?方向∥xxB→A⊥ABC→B⊥BCaB2n=ω22lO4B=2.32×0.842=4.45m/s2方向B→O4牛头刨床课程设计说明书10aB2t=aA2t·lO4B/lO4A=0.2×842/620=0.27m/s2方向垂直于BO4aCB4n=ωCB42·lBC=6.62·0.295=12.8m/s2方向C→B其加速度多边形如图所示，则aCB5t=nt·μa=3mm×7.698（m/s2）/76.98mmm/s2=0.3m/s2方向垂直于BCaC=p´C·μa=117mm×7.698（m/s2）/76.98mmm/s2=11.7m/s2方向p´→C2、凸轮机构的数据计算和设计：参数方案φmaxα/α′LO9δ01δ3δ02运动规律度度毫米度度度推程回程22040/6013515040120等加等减余弦加速表61.根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径30mm。2.凸轮基圆直径大于或等于轴径的（1.6～2）倍，取基圆直径60mm。3.凸轮滚子半径等于基圆半径的（0.1～0.5）倍，取滚子半径为基圆半径的0.1倍即10mm。推程段为等加速等减速运动规律，其运动方程如下：牛头刨床课程设计说明书11等加速推程段：s=2hδ2/δ02ν=4hωδ/δ02a=4hω2/δ02等减速推程段：s=h−2h(δ0−δ)2/δ02ν=4hω(δ0−δ/δ02a=−4hω2/δ02回程段为余弦加速运动规律，其运动方程如下：s=h[1+cos(πδ/δ0′)]/2ν=−πhωsin(πδ/δ0′)/(2δ0′)a=−π2hω2cos(πδ/δ0′)/(2δ0′2)根据运动规律方程求出推杆位移s，速度v和加速度a：推程阶段：δsva15°0.93770.785560.3290630°3.75081.571130.3290645°8.43932.35670.3290660°15.00323.142260.3290675°23.44253.92780.3290690°31.88183.14226-0.32906105°38.44572.3567-0.32906120°43.13421.57113-0.32906135°45.94730.18556-0.32906150°46.8850-0.32906表7回程阶段：δsva20°43.7443-1.92807-0.5493340°35.1638-3.3395-0.317260°23.4425-3.8561080°11.7213-3.33950.3172100°3.1407-1.928070.54933120°000.6343表8牛头刨床课程设计说明书12其位移，速度和加速度曲线分别如下：位移图：速度曲线图：加速度曲线图：选定凸轮轴径为30mm，凸轮基圆直径为凸轮轴径的2倍，即60mm凸轮滚牛头刨床课程设计说明书13子半径等于基圆半径的0.1倍，即6mm。根据反转法原理绘制凸轮廓线：凸轮若顺时针转动，则用反转发将摆杆逆时针旋转。推程阶段每15度取一个位置，共取10个位置，用反转法将其在各个位置的位置标出，所得的轮廓线为理论阔线。在远休止阶段，半径保持不变，以转轴中心为圆心画半径为46.885mm的圆，远休止角40度。此时到达回程阶段，回程阶段角度120度，分为每段20度，共六段，每段20度。按同样的方法画出回程阶段的轮廓线，同样为理论廓线。这时滚子达到近休止阶段，近休止角50度。以转轴中心为圆心，基圆半径为半径画圆，最后完成凸轮廓线的设计。设计图如下：3、齿轮机构的数据计算和设计：参数方案Z1Z2m(mm)α(度)214561220由于选择的方案为第二种，小齿轮齿数小于17齿，为保证齿轮啮合的时候不发生根切，故小齿轮应采用正传动。然而大小齿轮的啮合实际中心距为m(z1+z2)/2=420,尾数为0，故可采用等变位传动，实际中心距不变仍为420mm，大齿轮采用负传动，小齿轮采用正传动。X1+X2=0,因为小齿轮齿数为14，而（17-14）/17=0.1765.故小齿轮的变为系数我们可取x1=0.3，则x2=-x1=-0.3.这样既可满足不发生根切与正确啮合传动和实际中心距尾数为0或5的要求。牛头刨床课程设计说明书14计算步骤：由Z1=14Z2=56m=12mmα=20°故标准中心距a=(Z1+Z2)m/2=420mm由于其尾数为‘0’，故应取其值，由相关知识可得，两个齿轮应采用等变位传动。则α′=α=20°Xmin1=17−1417=0.1765Xmin2=17−5617=−2.294在给X1X2取值是应满足X1+X2=0X1Xmin1X2Xmin2故取X1=0.3X2=-0.3由r1=mZ12=84mmr2=mZ22=336mmrb1=r1∗cosα=78.9mmrb2=r2∗cosα=315.7mm由于是等变位，故y=0∆y=0所以r1′=r1=84mmr2′=r2=336mmra1=r1+(ha∗+x1)∗m=99.6mmra2