牛頭刨床機(jī)械原理設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)）

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 - 19 - 概 述 一、機(jī)構(gòu)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，是本課程的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于： （１）進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)本課程實(shí)際問題的能力。 （２）使學(xué)生對于機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析設(shè)計(jì)有一較完整的概念。 （３）使學(xué)生得到擬定運(yùn)動方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計(jì)選型與組合以及確定傳動方案的能力。 （４）通過課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和查閱技術(shù)資料的能力。 一． 機(jī)構(gòu)簡介： 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，電動機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄和固結(jié)在其上的凸輪。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1-2-3-4-5帶動刨刀作往復(fù)運(yùn)動。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。因此，刨床采用具有急回特性的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪通過四桿機(jī)構(gòu)與棘輪帶動螺旋機(jī)構(gòu)，使工作臺連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動，以便刨刀繼續(xù)切削。（結(jié)構(gòu)如下圖） 二． 方案選擇 方案（a）采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)最為簡單，能承受較大載荷，但其存在較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機(jī)構(gòu)所需活動空間較大;二是機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。 方案（b）由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K的增大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。 方案（c）由擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。改方案克服了方案（b）的缺點(diǎn)，傳力特性好，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也比較慢。 (c) 方案（d）結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且傳動性能也不怎么理想。機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間大，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也比較迅速。 方案（e）結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且傳動性能也不怎么理想。機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間大，執(zhí)行件的速度在工作臺行程中變化也比較迅速。 比較以上五種方案，從全面衡量得失來看，方案（c）作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)較為合理。 三．設(shè)計(jì)內(nèi)容： 各已知數(shù)據(jù)如下圖所示，未知數(shù)據(jù)可有已知數(shù)據(jù)計(jì)算求得。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 符號 單位 r/min mm mm 方案Ⅰ 60 470 830 540 17 158 112 61 15 75 10 75 第一節(jié) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 ㈠導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求概述： 已知曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，各構(gòu)件尺寸，且刨頭導(dǎo)路位于導(dǎo)桿端頭B所作圓弧的平分線上。要求作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，并作機(jī)構(gòu)一個(gè)位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動線圖，畫在 2號圖紙上。 10位置的機(jī)構(gòu)簡圖： ㈡計(jì)算過程： 由已知數(shù)據(jù)n2=60r/min得ω2=2π×60/60(rad/s)= 2πrad/s . 1、求C點(diǎn)的速度： ⑴確定構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度： 構(gòu)件2與構(gòu)件3用轉(zhuǎn)動副A相聯(lián)，所以υA3=υA2。 又υA2=ω2lO2A =0.110×2π=0.22πm/s=0.69m/s. ⑵求的速度： 選取速度比例尺 ：μv=0.023(m/s)/mm; υA4 = υA3 + υA4A3 方向： ⊥BO4 ⊥AO2 ∥BO4 大?。? ？ ω2lO2A 　 ？ 用圖解法求解如圖1： 式中υA3、υA4表示構(gòu)件3和構(gòu)件4上 A點(diǎn)的絕對速度，υA4A3表示構(gòu)件4上A點(diǎn)相對于構(gòu)件3上A點(diǎn)的速度，其方向平行于線段BO4，大小未知；構(gòu)件4上A點(diǎn)的速度方向垂直于線段BO4，大小未知。在圖上任取一點(diǎn)P，作υA3 的方向線pa3 ，方向垂直于AO2，指向與ω2的方向一致，長度等于υA3/μv，（其中μv為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線垂直于⊥BO4 代表υA4的方向線，再過a3作直線平行于線段BO4 代表υA4A3的方向線這兩條直線的交點(diǎn)為a4，則矢量pa4和a3a4分別代υA4和υA4A3 。 由速度多邊形得： υA4=μv pa4=μv 20 = 0.483 m/s υA4A3=μv a3a4=μv 19 = 0.437 m/s 3 求BO 4的角速度： 曲柄位于起點(diǎn)1時(shí)位置圖如設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖（1）：此時(shí)為： 又由1位置起將曲柄圓周作12等分則當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到10位置時(shí)，如圖（1）： ∠ 桿BO 4的角速度： =VA4/lBO4= rad/s =1.75 rad/s 桿BO 4的速度V4: V4=× lBO4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s ⑷ 求C點(diǎn)的速度υc： υc = υB + υCB 方向： ∥X-X ⊥BO4 ⊥BC 大?。? ？ ω4lO4B　 ？ 速度圖見圖2：式中υc 、υB 表示點(diǎn)的絕對速度。υCB表示點(diǎn)C相對點(diǎn)B的相對速度其方向垂直于構(gòu)件CB，大小未知，點(diǎn)C的速度方向平行于X-X，大小未知，圖上任取一點(diǎn)p作代表υB的矢量pb其方向垂直于BO4指向于轉(zhuǎn)向相反，長度等于（為速度比例尺）。過點(diǎn)p作直線平行于X-X，代表υc的方向線，再點(diǎn)b作直線垂直于BC代表υCB的方向線，這兩方向線的交點(diǎn)為C則矢量pc和bc便代表 υc、υCB。 則C點(diǎn)的速度為：υc=μv×pc =μv× 40 = 0.92 m/s υCB=μv×cb=μv× 5 = 0.115 m/s 2、求C點(diǎn)的加速度： ⑴ 求aA2： 因曲柄勻速轉(zhuǎn)動：故 選取加速度比例尺：μa=0.15（m/s2）/mm ⑵ 求aA4： 方向： ⊥BO4 B→O4 A→O2 ⊥BO4 ∥BO4 大?。? ？ √ ？ 加速度見下圖： 式中是的切向和切法向加速度，是點(diǎn)A4相對于A3的相對加速度，由于構(gòu)件3與構(gòu)件4構(gòu)成移動副，所以則其方向平行于相對移動方向，即平行于BO4,大小未知，為哥氏加速度，它的大小為，其中為相對速度和牽連角速度矢量之間的夾角，但是對于平面運(yùn)動，的矢量垂直于運(yùn)動平面而位于運(yùn)動平面內(nèi)，故，從而哥氏加速度的方向是將沿的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)（即圖中的方向）。在上面的矢量方程中只有的大小未知，故可用圖解法求解。如右圖，從任意極點(diǎn)連續(xù)作矢量代表；再過作垂直于線段BO4 ，大小；然后再過作BO4的平行線，代表的方向，過作垂直于BO4，的直線，代表的方向線，它們相交點(diǎn)則矢量代表。 =μa=μa * 60.6 = 9.09 3 求B點(diǎn)加速度： 構(gòu)件4的角加速度βBO4為： 4 求C點(diǎn)的加速度： 方向： ＼ ∥x-x B→O4 ⊥BO4 ⊥CB C→B 大小： ＼ ？ lBO4βBO4 ？ 0.090m/s2 加速度圖見下圖： 式中，表示點(diǎn)C相對點(diǎn)B的法向加速度其方向?yàn)閺腃指B；表示點(diǎn)C相對點(diǎn)B的切向加速度，其方向垂直于CB。又因速度多邊形已作出，所以上式法向加速度可求出（C點(diǎn)作水平運(yùn)動，故C點(diǎn)的法向加速度為0）。僅有的大小未知，同樣可以用圖解法求解。如右圖，在圖上任取一點(diǎn)π作代表，方向?yàn)槠叫杏贐O4并從B指向O4，長度為，（其中為加速度比例尺）。過作代表，方向垂直于BO4，長度為，連接，它表示，再過過作代表，方向平行CB并從C指向B，長度為過作垂直于CB代表的方向線又從π作平行于X-X的方向線，兩線交點(diǎn)為，則矢量便代表。 ==μa = 1.98 3、此時(shí)C點(diǎn)位置如下圖： 選取長度比例尺為：則： 此時(shí)C點(diǎn)的位移為： 第二節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求概述： 1 已知擺桿6作等加速等減速運(yùn)動，要求確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，將凸輪實(shí)際輪廓畫在2號圖紙上。 該凸輪機(jī)構(gòu)的從動件運(yùn)動規(guī)律為等加速等減速運(yùn)動。 各數(shù)據(jù)如表： 符號 ψmax lO6E lOlO6 ro rt Φ Φs Φ’ 單位 ° mm ° 數(shù)據(jù) 14　.　　 120 168 61 15 75 10 75 2.由以上給定的各參數(shù)值及運(yùn)動規(guī)律可得其運(yùn)動方程如下表： 推程0≤2φ≤Φo /2 回程Φo+Φs≤φ≤Φo+Φs+Φ'o/2 ψ=24*Φ*Φ/(25*π) ψ=π/12-24（φ-17π/36）2/25π ω=96φ/25 ω=-96（φ-17π/36）2/25 β=192π/25 β=-192π/25 推程Φo /2≤φ≤Φo 回程Φo+Φs+Φ’o/2≤φ≤Φo+Φs+Φ’o ψ=π/12-24（5π/12-φ）2/25π ψ=24（8π/9-φ）2/25π ω=96（5π/12-φ）2/12 ω=-96（8π/9-φ）2/25 β=-192π/25 β=192π/25 3.依據(jù)上述運(yùn)動方程繪制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲線： （1）、角位移曲線： ①、取凸輪轉(zhuǎn)角比例尺μφ =1.25°/mm和螺桿擺角的比例尺μψ=0.5°/mm在軸上截取線段代表，過3點(diǎn)做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33＇代表(先做前半部分拋物線).做03的等分點(diǎn)1、2兩點(diǎn)，分別過這兩點(diǎn)做ψ軸的平行線。 ②、將左方矩形邊等分成相同的分?jǐn)?shù),得到點(diǎn)1＇和2 ＇。 ③、將坐標(biāo)原點(diǎn)分別與點(diǎn)1＇,2＇,3＇相連,得線段O1＇,O2＇和03＇,分別超過1,2,3點(diǎn)且平行與Ψ軸的直線交與1＂,2＂和3＂. ④、將點(diǎn)0,1＂,2＂,3＂連成光滑的曲線,即為等加速運(yùn)動的位移曲線的部分,后半段等減速運(yùn)動的位移曲線的畫法與之相似. (2)角速度ω曲線: ①、選凸輪轉(zhuǎn)角比例尺μφ=1.25°/mm和角速度比例尺μω=0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。 ②由角速度方程可得φ=φo/2, ω= ωmax ,求得v換算到圖示長度,3點(diǎn)處φ=Φ0/2,故ωmax位于過3點(diǎn)且平行與ω軸的直線.由于運(yùn)動為等加速、等減速,故連接03＇即為此段的角速度圖,下一端為等減速連接3＇6即為這段角速度曲線。 ③其他段與上述畫法相同,只是與原運(yùn)動相反。 序號 偏角 0 0° 1 1.875° 2 7.5° 3 13.125° 4 15° 5 15° 6 13.125° 7 7.5° 8 1.875° 9 0° (3)角加速度曲線: ①選取與上述相同的凸輪轉(zhuǎn)角比例尺μφ=1.25°/mm和角加速度比例尺μβ =0.8038(rad/s)/mm在軸上截取線段代表。 ②由角加速度方程求的角加速度β.因運(yùn)動為等加速,等減速,故各段加速度值也相同,只是方向相反. ③13段為加速段β為正值,β軸上取β做平行于13的直線段即為1、3段的加速度，其余各段與3做法相似。 ４作擺動從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)： ⑴設(shè)計(jì)原理 設(shè)計(jì)凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個(gè)機(jī)構(gòu)加上公共角速度（－ω）（ω為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機(jī)架將以（－ω）繞凸輪軸心逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動件將按給定的運(yùn)動規(guī)律繞其軸心相對機(jī)架擺動，則從動件的尖頂在復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是要設(shè)計(jì)的凸輪輪廓。 ⑵設(shè)計(jì)凸輪輪廓： Ａ、繪制凸輪的理論輪廓線［既滾子軸心實(shí)際輪廓］ ① 將ψ－φ 曲線圖（如圖（1））的推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角個(gè)分成4等份，按式求個(gè)等分點(diǎn)對應(yīng)的角位移值：ψ1=μψ1*11＇＇，ψ1=μψ2*22＇＇，……，的數(shù)值見表（1）。 ② 選取適當(dāng)?shù)拈L度比例尺μl定出O2和O9的位置（選取μl=0.002m/mm）。以O(shè)2為圓心，以r0/μl為半徑，作圓，再以以O(shè)2為圓心，以rb/μl為半徑作基圓。以O(shè)9為圓心，以l Oo9D/μl為半徑，作圓弧交基圓與DO（D’O）。則O9DO便是從動件的起始位置，注意，要求從動件順時(shí)針擺動，故圖示位置DO位于中心線O2O9的左側(cè)。 ③ 以O(shè)2為圓心，以l Oo9 O2/μl為半徑作圓，沿（-ω）[即為逆時(shí)針方向]自O(shè)2O9開始依次取推程運(yùn)動角Φ0=75°，遠(yuǎn)休止角Φs=10°，回程運(yùn)動角 Φo’=75和遠(yuǎn)休止角Φs’=200°,并將推程和回程運(yùn)動角各分成4等份,得O91 ,O92, O93……O99各點(diǎn)。它們便是逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)時(shí)，從動體軸心的各個(gè)位置。 ④ 分別以O(shè)91 ,O92, O93……O99為圓心，以l O9D/μe為半徑畫圓弧，它們與基圓相交于D’1 ，D’2 ，D’3……D’9，并作∠D’1O91D1，∠D’2O9rD２……分別等于擺桿角位移ψ1，ψ2，ψ3……。并使O91D1= O91 D’1，O92D2= O92D’2，……則得D1，D2，……D9（與D’9重合）各點(diǎn)，這些點(diǎn)就是逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)時(shí)從動件擺桿端滾子軸心的軌跡點(diǎn)。 ⑤ 將點(diǎn)D1，D2，……D9連成光滑曲線。連成的光滑曲線便是凸輪的理論輪廓，亦即為滾子軸心的輪廓軌跡。 B、繪制凸輪的實(shí)際輪廓： ① 在上述求得的理論輪廓線上，分別以該輪廓線上的點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓。 ② 作該系列圓的內(nèi)包絡(luò)線，即為凸輪的實(shí)際輪廓，如圖。 C、校核輪廓的最小曲率半徑ρmin： 在設(shè)計(jì)滾子從動件凸輪的工作輪廓時(shí)，若滾子半徑rt 過大，則會導(dǎo)致工作輪廓變尖或交叉。 在理論輪廓線上選擇曲率最大的一點(diǎn)E，以E為圓心作任意半徑的小圓，再以該圓與輪廓的兩個(gè)交點(diǎn)F和G為圓心，以同樣半徑作兩個(gè)小圓，三個(gè)小圓相交于H、I、J、K四點(diǎn)；連HI、JK得交點(diǎn)C，則C點(diǎn)和長度CE可近似地分別作為理論輪廓上的曲率中心和曲率半徑ρmin。 由圖可知，CE＞rt，故該凸輪輪廓的最小曲率半徑ρmin符合要求。 四．改進(jìn)方案 說明：電動機(jī)帶動曲柄，曲柄帶動滑塊移動，滑塊帶動搖桿擺動，搖桿帶動滑塊，滑塊迫使刨刀往復(fù)運(yùn)動。 評價(jià)：改方案的工作性能相當(dāng)好，無論從傳力性、精確性上都是相對比較好的。  總結(jié)： 這次課程設(shè)計(jì)，由于理論知識掌握的不夠扎實(shí)，再加上沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，剛開始拿到設(shè)計(jì)題目的時(shí)候有點(diǎn)手忙腳亂，不知道從何入手，但是通過指導(dǎo)老師和同學(xué)們的幫助下使我很快地理解了設(shè)計(jì)內(nèi)容并掌握了方法。 為期一周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次實(shí)踐的過程中不僅使自己將相關(guān)知識掌握得更加牢固，更學(xué)到了一些除技能之外的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切地體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制，同學(xué)們所表現(xiàn)的積極向上勤奮好學(xué)的精神更值得我在今后的學(xué)習(xí)生活中一直保持下去。 最后我要感謝指導(dǎo)老師對我們的悉心指導(dǎo)，感謝我的同學(xué)們，是他們耐心地幫助我解答我遇到的每一個(gè)問題和疑問，才能使我順利地完成這次課程設(shè)計(jì)。在感謝他們的同時(shí)，我也看到了我們之間存在的差距，他們扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和對問題的研究探索能力是我今后向他們學(xué)習(xí)的方向。 參考文獻(xiàn) [1] 王鐸 ,機(jī)械原理【M】7版，北京：高等教育出版社.2007. [2] 孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理（第七版）.北京:高等教育出版社,2007 [3] 羅洪田.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊.北京：高等教育出版社,1998 [4] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2007