機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)---牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　題 目 </p><p>　　專 業(yè) _ 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　年 級(jí) 2011級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　成 績(jī) </p><p

3、>　　2012年12月19日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)概述……………………………………………1</p><p>　　1.1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題目…………………………………………1</p><p>　　1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求………………………………

4、……………2</p><p>　　1.3牛頭刨床工作原理及工藝過(guò)程分析……………………………2</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及說(shuō)明…………………………………………4</p><p>　　2.1牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系分析……………………4</p><p>　　2.2牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)…………………………………5&l

5、t;/p><p>　　2.2.1牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)方案選型及確定……………………………5</p><p>　　2.2.2繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖……………………………………………6</p><p>　　2.2.3主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析……………………………6</p><p>　　2.2.4導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析……………………………………………9</p

6、><p>　　2.2.5導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析………………………………………12</p><p>　　2.3凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)………………………………………………15</p><p>　　3總結(jié)…………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………18</p>

7、<p>　　1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)概述</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)師培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中得一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，以以下幾點(diǎn)作為主要目的和要求：</p><p>　?。?）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械原理以及其他課程的基本理論和基本知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，使學(xué)生知識(shí)得

8、到融會(huì)貫通，協(xié)調(diào)運(yùn)用。</p><p>　?。?）通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握一般機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的程序和方法，樹(shù)立正確的工程指導(dǎo)思想，培養(yǎng)獨(dú)立的、全面的、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)基本能力。</p><p>　?。?）在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，學(xué)會(huì)查閱、使用相關(guān)的技術(shù)資料。</p><p>　　（4）提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用的能力和勤于思考、勤于動(dòng)手的科學(xué)態(tài)度。</p

9、><p>　　1.1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題目</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)題目的三點(diǎn)說(shuō)明：</p><p>　　（1）為了提高工作效率，在空回程時(shí)刨刀快速退回，即要有急回運(yùn)動(dòng)特性，行程速比系數(shù)在1.4左右。</p><p>　?。?）為了提高刨刀的使

10、用壽命和工件的表面加工質(zhì)量，在工作行程時(shí)，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　（3）曲柄轉(zhuǎn)速在60r/min，刨刀行程H在300mm左右為好，切削阻力約為7000N。</p><p>　　1.2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　1.3牛頭刨床工作原

11、理及工藝過(guò)程分析</p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。其主運(yùn)動(dòng)工作原理是利用一個(gè)曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而切削工件。刨床工作時(shí),由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑枕和刨刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)刨刀運(yùn)動(dòng)切削工件時(shí)，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻；當(dāng)刨刀運(yùn)動(dòng)但不切削工件時(shí)，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒(méi)有切削

12、阻力。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　圖1 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖</p><p>　　刨床工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)O‘帶動(dòng)皮帶輪從而帶動(dòng)0’’、O1、O2進(jìn)入導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5，并通過(guò)該機(jī)構(gòu)的相互傳動(dòng)帶動(dòng)滑枕6從而實(shí)現(xiàn)刨床主運(yùn)動(dòng)切削工件。</p><p>　　工作原理：通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)和

13、齒輪傳動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減速，通過(guò)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛淼耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)即刨床主運(yùn)動(dòng)。另一方面，通過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)及工件的橫向間歇運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　工藝過(guò)程分析：刨刀的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的平面加工。刨刀向前運(yùn)動(dòng)時(shí)是工件行程；刨刀后退時(shí)是空行程；刨刀后退至起始位置時(shí)。工件做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2 課程設(shè)

14、計(jì)工作內(nèi)容及說(shuō)明</p><p>　?。?）對(duì)牛頭刨床實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)選型及合理的組合，確定運(yùn)動(dòng)方案，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（兩個(gè)位置，一個(gè)位置是工作起點(diǎn)處，另一個(gè)位置是刨刀運(yùn)動(dòng)到工作行程1/3處，在同一個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中表達(dá)，畫(huà)圖時(shí)注意比例尺）及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖（S-t，V-t，a-t）。</p><p>　?。?）對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析（當(dāng)刨刀運(yùn)動(dòng)到工作行程1/3時(shí)，做該機(jī)構(gòu)該位置的速度、加速

15、度多邊形，參考教材3-3內(nèi)容）。</p><p>　?。?）對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析（當(dāng)刨刀運(yùn)動(dòng)到工作行程1/3時(shí)，求該機(jī)構(gòu)該位置各運(yùn)動(dòng)副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩，參考教材P58例4-2）。</p><p>　?。?）設(shè)置凸輪輪廓曲線。</p><p>　　（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，采用統(tǒng)一打印封面，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)必須用A4紙手寫(xiě)（每組小組長(zhǎng)可以打?。?，寫(xiě)好后統(tǒng)一

16、右側(cè)兩顆訂書(shū)釘裝訂成冊(cè)，于17周周五交給輔導(dǎo)老師，說(shuō)明書(shū)不少于3000字。說(shuō)明書(shū)包含封面（見(jiàn)附錄）、目錄、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)正文、參考文獻(xiàn)、心得體會(huì)。</p><p>　　2.1牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系分析</p><p>　　1）根據(jù)公式θ=180o(K-1)/(K+1) 算出極位夾角θ=30o</p><p>　　2）算出曲柄正行程角（刨刀切削）

17、α1=180 o+30 o=210 o</p><p>　　曲柄反行程角（刨刀退回）α2=180 o-30 o=150 o</p><p><b>　　由上式可作下圖</b></p><p>　　2.2牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　牛頭刨床是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要結(jié)合課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化。所

18、以對(duì)實(shí)現(xiàn)刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）和驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)尺度設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能分析。</p><p>　　圖3 運(yùn)動(dòng)方案</p><p>　　2.2.1牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)方案選型及確定</p><p>　　根據(jù)給出的方案我們可以觀察到要使該設(shè)計(jì)滿足要求，必須選擇方案一，因?yàn)榉桨敢粸閷?dǎo)桿機(jī)構(gòu)所以具有急回特性完全滿足牛

19、頭刨床的使用需要。</p><p>　　2.2.2繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖4 牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　作圖步驟：</b></p><p>　　1、根據(jù) 要求作刨刀切削到工作行程1/3位置時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖即70 o 處。</p><p>　　2、根據(jù)各

20、桿長(zhǎng)做出上圖并選取比例尺μ=3.86(mm/mm)。</p><p>　　2.2.3主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析</p><p>　　因?yàn)榍D(zhuǎn)速n2=60r/min，所以曲柄每轉(zhuǎn)一圈都對(duì)應(yīng)導(dǎo)桿作一次往復(fù)擺動(dòng)，其中包括一次切削行程和空回行程，且需刨刀具有急回特性。所以，曲柄以60 r/min的速度運(yùn)動(dòng)即60次切削行程和60次空回行程，所以： </p><p>

21、　　t空回=60/(k+1)= 60/(1.4+1)=25s</p><p>　　t切削=T- t空回=60-25=35s</p><p>　　圖5 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間圖像</p><p>　　由V切削=S切削/ t切削=300*60/35=0.514m/s</p><p>　　V空回=S空回/ t空回=18/25=0.72

22、m/s可作上述V-t圖像。</p><p>　　圖6 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖像</p><p>　　由于要求刨刀切削時(shí)和返回時(shí)均做勻速運(yùn)動(dòng)所以加速度為0。而空回行程時(shí)速度會(huì)發(fā)生突變所以具有無(wú)窮大的加速度。</p><p>　　圖7 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)間圖像</p><p>　　2.2.4導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析<

23、;/p><p>　　速度分析(根據(jù)速度實(shí)際方向、大小及比例尺做出下圖)</p><p>　　VA4 = VA2 + VA4A2</p><p>　　大小： ? ω2*lAO2 ? </p><p>　　方向： ⊥AO4 ⊥AO2 ∥AO4<

24、;/p><p><b>　　由上式可求出：</b></p><p>　　VA4=0.605m/s VA4A2=0.333m/s</p><p>　　VB/lBO4=Va4/lAO4 則 VB=0.691m/s</p><p>　　VC = VB + VCB</p><

25、p>　　大?。?? 0.691 ?</p><p>　　方向： 水平 ⊥BO4 ⊥BC</p><p>　　VC=0.697m/s VCB=0.097m/s</p><p>　　加速度分析(根據(jù)加速度實(shí)際方向、大小及比例尺做出下圖)</p><p>　　anA4 + aτA4

26、 = aA2 + an A4A2 + aτA4A2</p><p>　　大?。?ω24lAO4 ? ω22lAO2 2ω4V A4A2 ?</p><p>　　方向： ∥AO4 ⊥AO4 ⊥AO2 ⊥AO4 ∥AO4 根據(jù)上述可求出

27、 ω4 =VB/lBO4=0.691*0.54 =1.28rad/s </p><p>　　anA4 =ω24lAO4=1.282*0.473=0.77m/s2</p><p>　　aA2=ω2lAO2 =(2*3.14)2*0.11= 4.34m/s2</p><p>　　an A4A2= 2ω4V A4A2=2*1.28*0.333=0.85m/s2</

28、p><p>　　可求出： aA4=4.72m/s2</p><p>　　aC = aB + anCB + aτCB</p><p>　　大?。?？ (lBO4/lAO4 )* aA4 ω25lBC ？</p><p>　　方向：水平

29、 同aA4 ∥BC ⊥BC</p><p><b>　　根據(jù)上述可求出:</b></p><p>　　aB=(lBO4/lAO4 )* aA4 =(0.54/0.473)*4.72=5.39m/s2 </p><p>　　anCB=ω25lBC= (VCB/lBC)2*lBC=(0.097/0.135)2

30、*0.135=0.07 m/s2</p><p>　　可求出： aC=5.43m/s2</p><p>　　2.2.5導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析</p><p>　?。╣取9.81m/s2）</p><p>　　圖11 6構(gòu)件受力示意圖取6構(gòu)件為研究對(duì)象，對(duì)其動(dòng)態(tài)進(jìn)行靜力分析。</p><p>　　已知：

31、 G6=700N a6= aC=5.43m/s2 P=7000N</p><p>　　可求出： FI6= G6/g*a6=71.35*5.43=387.43N</p><p>　　根據(jù)圖形： FN=229N FR56=6678N </p><p>　　圖13 4構(gòu)件受力示意圖</p><p>　　圖

32、14 力矢量多邊形</p><p>　　μ=50.25N/mm</p><p>　　取4構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。</p><p>　　已知：FR56= FR45=6678N G4=200N </p><p>　　可求出：FI4=G4/g*aB=200/9.81*5.39=109.89N</p><p>　　MI

33、3=JS4*ε4=1.1* aB/lBO4=10.98(N*m)</p><p>　　由∑mO4= FR45* lBO4- FR23 *lA04+ FI4*1/2* lBO4+G4 *1/2* lBO4=0</p><p>　　可算出 FR23=7800.82N</p><p>　　由圖形可知：XO4=1021N YO4=201N</p&g

34、t;<p><b>　　對(duì)曲柄：</b></p><p>　　圖15 構(gòu)件2受力示意圖</p><p>　　μ=2.12mm/mm</p><p>　　平衡力矩M= FR32lBO2=7800.82*0.11=858.09（n.m）</p><p>　　2.3凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)</p>&

35、lt;p>　　根據(jù)對(duì)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系分析可知，在一個(gè)工件循環(huán)360o范圍內(nèi)，刨刀切削行程對(duì)應(yīng)角度為210o，空回行程為146o。且已知凸輪基圓半徑r0=80mm，從動(dòng)件最大擺角為15 o，從動(dòng)件桿長(zhǎng)為130mm，滾子半徑為15mm。</p><p>　　據(jù)以上已知條件可求出凸輪推程h=130tan15 o=35mm，且由于該機(jī)構(gòu)只要求刨刀切削時(shí)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)15 o，所以可以設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單凸輪對(duì)應(yīng)1

36、46 o的空回行程。分配如下：</p><p>　　推程運(yùn)動(dòng)角：65.5 o；遠(yuǎn)休止運(yùn)動(dòng)角：15 o;回程運(yùn)動(dòng)角：65.5 o；</p><p><b>　　圖16 凸輪</b></p><p>　　μ=1.75mm/mm</p><p><b>　　3 總結(jié)</b></p>&

37、lt;p>　　通過(guò)本次培養(yǎng)課程設(shè)計(jì)使我們粗略的懂得了綜合運(yùn)用機(jī)械原理以及其他課程的基本理論和基本知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，使知識(shí)知識(shí)得到融會(huì)貫通，協(xié)調(diào)運(yùn)用。并使我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了一般機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的程序和方法，樹(shù)立正確的工程指導(dǎo)思想，培養(yǎng)獨(dú)立的、全面的、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)基本能力。在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，學(xué)會(huì)了查閱、使用相關(guān)的技術(shù)資料。提高了我們運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用的能力和勤于思考、勤于動(dòng)手的科學(xué)態(tài)度。</p><p

38、>　　設(shè)計(jì)中運(yùn)用了科學(xué)工程計(jì)算軟件，翻閱了學(xué)過(guò)的各種關(guān)于力學(xué)，制圖，公差方面的書(shū)籍，綜合運(yùn)用了這些知識(shí)，感覺(jué)提高許多，當(dāng)然尤其是在計(jì)算機(jī)軟件CAD 方面的運(yùn)用，深切感到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)的方便，各種設(shè)計(jì)，計(jì)算，制圖全套完成。 由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，第一次做整個(gè)設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤比如線形，制圖規(guī)格，零件設(shè)計(jì)中的微小計(jì)算錯(cuò)誤等都沒(méi)有更正，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的排版也比較混亂等等。對(duì)圖層，線形不熟悉甚至就不確定自己畫(huà)出的

39、線，在出圖到圖紙上時(shí)實(shí)際上是什么樣子都不知道 ，對(duì)于各種線寬度，沒(méi)有實(shí)際的概念。再比如標(biāo)注較混亂，還是因?yàn)榈谝淮巫稣麄€(gè)設(shè)計(jì)工作，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，不熟悉。 這次設(shè)計(jì)的目的是掌握機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)律，綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行全面的機(jī)械設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練。目的已經(jīng)達(dá)到，有許多要求、標(biāo)準(zhǔn)心中雖然明確理解掌握但是要全力，全面的應(yīng)用在實(shí)際中，還有待于提高水平。 雖然它可能不是良好、優(yōu)秀，但是既

40、然教學(xué)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)目的已經(jīng)達(dá)到，那么這次設(shè)計(jì)做的就是完全合格的。當(dāng)然還受軟件的熟悉，運(yùn)用程度的影響，所有這些必須得參加實(shí)踐，接觸實(shí)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]孫恒，等。機(jī)械原理[M]北京：高等教育出版社，2006。</p><p>　　[2]鄧危梧，等。理論力學(xué)[M]重慶：重慶大學(xué)出版社，2007