南航机械原理课设牛头刨床

机械原理课程设计说明书设计题目牛头刨床传动机构设计及其运动分析设计者：指导教师：2015年6月25日一．机构运动简图及原始数据机构示意图：该机构有齿轮1，驱动齿轮2，在齿轮2上铰链有滑块，再由导杆机构实现刨刀滑枕的切削运动。原始数据：方案号二齿轮转数nr/m230模数mmm6齿数Z15Z55距离Lmm176滑枕冲程Hmm500行程速比系数K1.65距离Lmm360中心距OOmm350齿轮参数：压力角α=20°,齿顶高系数h∗=1，顶隙系数∗=0.25二．齿轮机构的设计模数mmm6齿数Z15Z552.1齿轮基本参数的确定传动比121221553.66715nzinz（外啮合，转向相反）标准中心距126()(1555)21022mazzmm齿轮1分度圆直径1161590dmzmm分度圆半径11904522drmm基圆直径11cos90cos2084.572bddmm齿轮2分度圆直径22655330dmzmm分度圆半径2233016522drmm基圆直径22cos330cos20310.099bddmm2.2变位系数的选择及其余参数的确定∵压力角α=20°,齿顶高系数h∗=1，顶隙系数∗=0.25∴标准齿轮不发生根切的最小齿数min2222117.097sin(sin20)ahz1min15zz∴不能使用标准齿轮，需进行变位。min11minminmin22minmin171510.11817175512.23517aazzxhzzzxhz变位系数和()nxx的选择，可取0x，即选择零传动。则有,,0,0aayy又由传动比121221553.66715nzinz知12nn，即为减速传动。取120.2xx﹥minx①。下面确定其余参数：（假设在毛坯圆大小允许的情况下保证全齿高不变）齿轮1齿顶高11()(10.2)67.2aahhxmmm齿顶圆直径11129027.2104.4aaddhmm齿根高11()(10.250.2)66.3fahhcxmmm齿根圆直径11129026.377.4ffddhmm齿顶圆压力角11184.572arccosarccos35.90104.4baadd分度圆齿厚1162tan20.26tan2010.3022msxmmm齿顶厚111111()104.410.30104.4(35.9020)903.350.560.4aaaadssdinvinvdinvinvmmmm即齿顶圆齿厚可以满足要求齿轮2齿顶高22()(10.2)64.8aahhxmmm齿顶圆直径222233024.8339.6aaddhmm齿根高22()(10.250.2)68.7fahhcxmmm齿根圆直径222233028.7312.6ffddhmm齿顶圆压力角222310.099arccosarccos24.06339.6baadd分度圆齿厚2262tan20.26tan208.5522msxmmm齿顶厚222222()339.68.55339.6(24.0620)3304.840.810.4aaaadssdinvinvdinvinvmmmm即齿顶圆齿厚可以满足要求其它重要参数重合度11221tantantantan2115tan35.90tan2055tan24.06tan201.582aazz∵ε﹥1.2∴符合设计要求小齿轮跨齿数1110.518015200.52180zk小齿轮公法线长度111111111cos0.52sin6cos2020.5152020.26sin2028.65nWmkzinvxminvmm进一步校验小齿轮齿数与大齿轮齿顶不产生干涉的条件：122114tantantantansin2410.255tan20tan24.06tan20tan201515sin40aahxzzz0.0614﹥0.0321符合条件三．连杆机构的设计及运动分析3.1连杆机构尺寸参数的确定齿轮转数nr/m230距离Lmm176滑枕冲程Hmm500行程速比系数K1.65距离Lmm360中心距OOmm350且由计算知：121221553.66715nzinz1112122223024.09/606024.076.57/3.667nradsradsi（负号表转向相反）在两极限位置由几何关系可得：223344.15sin350sin131.522500/sin/sin665.22222OAOOOBllmmHlmm44.153.2图解法运动分析3.2.1两极限位置速度、加速度分析在极限位置有32344.15cos350cos324.322OAOOllmm（1）在左侧极限位置：24226.57131.5864.0/AAOAvvlmms可得：4343AAAAvvv方向⊥O2A⊥O3A∥O3A大小√??则有30Av560BBvv即30340kAAa2222426.57131.55676.2/AOAalmms44333rnAAAAAaaaa方向2AO∥O3A⊥O3A∥O3A大小5676.2?33OAl?作图得23345676.2/AAAaaamms又A、B均是3上的点，则由加速度影像法可得3332333665.25676.211642.9/324.3OBBOBAOAlalammsl且35BBaa6565BBBBaaa方向水平⊥O3B竖直可得2610789.4/Bamms（2）在右侧极限位置：同理可得30Av560BBvv2610789.4/Bamms（方向与左侧极限位置相反）3.2.2一般位置速度、加速度分析取曲柄与水平方向成60°的位置作图得3480OAlmm24226.57131.5864.0/AAOAvvlmms可得：4343AAAAvvv方向⊥O2A⊥O3A∥O3A大小√??作速度多边形得3800/Avmms又A、B均是3上的点，则由速度影像法可得：51109/Bvmms6565BBBBvvv方向水平⊥O3B竖直可得61100/Bvmms考虑坐标方向则61100/BvmmsvA3vA3O3AO3B3338001.67/480AOAvradsl3233221.674801333.3/nAOAalmms且由速度多边形可得：43320/AAvmms434323223201.671069/kAAAAavmms2222426.57131.55676.2/AOAalmms4434333rknAAAAAAAaaaaa方向2AO∥O3A⊥O3A向左⊥O3A∥O3A大小5676.2?1069?1333.3作加速度多边形得231400/Aamms又A、B均是3上的点，则由加速度影像法可得：2531940/BBaamms又有6565BBBBaaa方向水平√竖直可得261000/Bamms考虑坐标方向则261000/Bamms3.3解析法运动分析将机构置于Oxy坐标系中，各构件的矢量指向如右图所示。该机构的封闭矢量方程为：2hls即22coscossinsinlshls将以上两式平方相加得222222sinshllh22sintancoshll对时间求导得2ddt3ddt43AArdsdtvv则有223223sinsincoscoscossinrrlsvlsv解得32222cos()sin()rlsvl又有20ddt33ddt43rrAArdvdtaa则有22223332222333coscossin2sincossinsincos2cossinrrrrlssvalssva22222sinshllh解得23223223222sin()cos()rrvlsasl则对水平构件6有：33333336632226332232222cossinsincos()sincos2sin()cos()sincosBOBBOBOBBOBOBrOBOBxlvlllsallvllllss3.4电算源程序及输出图像3.4.1对程序中若干变量的说明jO2：曲柄与竖直方向夹角即图中α（取逆时针为正作为本程序中的自变量）jO3：导杆与竖直方向夹角即图中23OOBW1：齿轮1的角速度W2：齿轮2的角速度W3：构件3的角速度Vr:即VA点处构件4相对构件3（动系）的速度aj:构件3的角加速度at:B切向加速度在水平方向的分量an:B法向加速度在水平方向的分量x：刀具的实际位移V：刀具的实际速度a：刀具的实际加速度四．对设计结果的分析与讨论(1)机构是否具有确定的运动自由构件数目：6n低副数目：8LP；高副数目：1HP自由度：11826323HLPPnF机构的原动件是齿轮1自由度数目=原动件数目则该机构具有确定的运动。(2)机构功能的实现在原动件齿轮1通过齿轮2带动曲柄2转动，又通过滑块4使导杆3在一定角度范围内摆动，进而推动滑块5运动，从而实现刨刀滑枕6的往复切削运动。(3)机构的工作性能工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓,符合切削要求。摆动导杆机构使其具有急回特性，可以缩短非工作行程的时间，提高生产率。(4)机构的传递性能该机构中除了有齿轮传动高副外，所有的运动副都是低副。又齿轮接触的运动副对于载荷的承受能力较强，且机构在A、B两处的压力角恒为0°，而传动角恒为90°。故，该机构磨损小,对于载荷的承受能力较强，适于加工一定硬度的工件。且在整个机构的运转过程中不存在死点，机构可以正常的往复运行。(5)机构的动力性能采用齿轮传动，工作可靠性高，运行平稳。(6)机构的合理性该机构结构紧凑，尺寸和重量均较小，有利于节约空间。且滑块行程可通过改变导杆长度在一定范围内进行调节。(7)机构的经济性该机构使用的齿轮和连杆都是工程中的常用结构，无特殊工艺和设备要求，也不需要满足特别的工作环境,故成本较低，易于制造、检测和维修，具有较好的经济性。(8)机构的不足连杆机构的低副中存在间隙，易造成累积误差，降低了运动可靠性；对连杆机构的弯曲强度要求较高；机器的运转可能会造成一定的噪音污染五．参考文献【1】朱如鹏.2010.机械原理.北京：航空工业出版社【2】机械设计手册（单行本）.齿轮传动.北京：机械工业出版社