1、 機(jī)械原理課程設(shè)計學(xué)生姓名：xxx指導(dǎo)教師：xxx學(xué) 院：xxx專業(yè)班級：xxx學(xué) 號xxx2018年1月前言機(jī)械原理課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運動方案設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機(jī)對工程實際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計能力的一門課程。其基本目的在于：（）進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力。（）使學(xué)生對于機(jī)械運動學(xué)和動力學(xué)的分析設(shè)計有一較完整的概念。（）使學(xué)生得到擬定運動方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計選型與組合以及確定傳動方案的能力。（）通過課程設(shè)計，進(jìn)一步提高學(xué)生運

2、算、繪圖、表達(dá)、運用計算機(jī)和查閱技術(shù)資料的能力。（5）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。機(jī)械原理課程設(shè)計的任務(wù)是對機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、飛輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)）進(jìn)行設(shè)計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機(jī)器的工作要求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計凸輪、齒輪、飛輪等。目錄1、 課程設(shè)計任務(wù)書3 (1)工作原理及工藝動作過程 3(2)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 4 2、 設(shè)計（計算）說明書5（1）畫機(jī)構(gòu)的運動簡圖 5（2）機(jī)構(gòu)運動分析7對位置120°點進(jìn)行速度分析和加速度分析7（3）對位置120°點進(jìn)行動態(tài)靜力分析113、擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計144

3、、齒輪的設(shè)計175、參考文獻(xiàn) 186、心得體會197、附件19一、課程設(shè)計任務(wù)書1. 工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。刨床工作時, 如圖(1-1）所示，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，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，而空回行程中則沒有切削阻力。切削阻力如圖(b）所示。O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖（1-1）2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)

4、桿機(jī)構(gòu)的運動分析符號n2單位r/minmm方案II64350905800.30.520050已知 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B所作圓弧高的平分線上。要求 作機(jī)構(gòu)的運動簡圖，并作機(jī)構(gòu)兩個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上。二、設(shè)計說明書(詳情見A2圖紙) 1畫機(jī)構(gòu)的運動簡圖1、以O(shè)4為原點定出坐標(biāo)系，根據(jù)尺寸分別定出O2點，B點，C點。確定機(jī)構(gòu)運動時的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為：取1和8為工作行程起點和終點所對應(yīng)的曲柄位置，1和7為切削起點和終點所對應(yīng)的曲柄位置，其余2、312等，是由位置1起

5、，順2方向?qū)⑶鷪A作12等分的位置（如下圖）。取第方案的120°位置（如下圖）。、機(jī)構(gòu)運動分析（1）曲柄位置“120°”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“120°”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（O2A）取構(gòu)件3和4的重合點A進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4

6、B O2A O4B取速度極點P，速度比例尺µv=0.02(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-2圖1-2取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 C=B+CB大小 ? ?方向 XX(向左) O4B BC取速度極點P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm, 作速度多邊形如圖1-2。Pb=P a4·O4B/ O4A=14.5 mm則由圖1-2知， C=PC·v=0.28m/s 加速度分析：取曲柄位置“120°”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點處的轉(zhuǎn)動副相連，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.702rad/s, =22·l

7、O2A=6.7022×0.09 m/s2=4.04 m/s2 取3、4構(gòu)件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3v大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿導(dǎo)路）取加速度極點為P,加速度比例尺µa=0.10（m/s2）/mm,=42lO4A=0.5082×0.3148 m/s2=0.08 m/s2aA4A3K=24A4 A3=0.59 m/s2aA3n=4.04 m/s2作加速度多邊形如圖1-3所示,則由比例得aA4=4.48m

8、/s2aB=8.25m/s24=aA4÷lO4A×1000=14.23rad/s2（逆）圖3則由圖1-3知, 取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac= aB+ acBn+ a cB大小 ? ?方向?qū)к?CB BC由其加速度多邊形如圖13所示,有ac =p c·a =8.13m/s2機(jī)構(gòu)運動分析數(shù)據(jù)項目位置V6 6 S444圖解線圖解析圖解解析圖解大小/方向大小/方向120°0.288.134.130.508/逆14.23/逆單位 米 / 秒米/秒2米/秒21/ 秒1 / 秒2、機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析取“120°”點為研究對象，F(xiàn)14=-（G4/

9、g）×aS4 =-（220/9.8）×4.13=-92.714NM14=4JS4=14.23×1.2=17.076N·mLh4=M14÷F14=184mm取5、6基本桿組進(jìn)行運動靜力分析，作示力體如圖14所示。圖14已知G6=800N，又ac= 8.13m/s2,可以計算F16=-（G6/g）×ac =-（800/9.8）×8.13=-663.673N 又F=FR16+ F16+ G6+ FR56=0大小 ? ？方向 xx xx xx BC作為多邊行如圖1-5所示，µN=100N/mm。圖1-5由圖1-7力多邊形可

10、得： FR16 =768.279N FR56 =664.431N取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體(如圖1-6所示)MO4=0FR54×lh1+F14×(lh2+lh4)+G4×lh3-FR34×lO2A=0FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+184)+220*71.80)÷314.80=1387.23N F=0 FR54+G4+F14+FR34+FR14=0 FR14=594.33N 圖1-6作力的多邊形如圖1-7所示，µN=100N/mm。 圖1-7 對曲柄2進(jìn)行運動靜力分析，作曲柄平衡力矩如圖1-8所示

11、，圖1-8MO2=0 FR32×lh-Mb=0Mb=1387.29×24.30÷1000N·m=33.71N·m機(jī)構(gòu)力分析數(shù)據(jù) 項目位置圖 解 法解 析 法PI4PI6PI4MI4LhPI4PI6PI4MI4Lh120°92.714663.67392.71417.0760.184單位 N(牛)Nmm(米) NNmm(米)某位置的平衡力矩（單位：N·m）項 目位 置FrFR6FR65FR54FR23FRO2PR04Mb大小 / 方向120°圖解0768.279664.431664.4311387.231387.235

12、94.3333.71/順解析單位 N (牛)N·m（牛米）三、擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計（詳情見A2圖紙）1.由方案二數(shù)據(jù)得知：擺桿長度lO9D為135mm，最大擺角max為15°，許用壓力角為38°，推程運動角為70°，遠(yuǎn)休止角S，回程運動角為70°，近休止角S為210°。擺桿9為等加速等減速規(guī)律，所以加速度為常數(shù)，所以位移是角度的二次函數(shù)。2.運動的劃分：設(shè)升程為擺桿擺動15°末端滑塊運動的弧長h=lO9D2·15°360°=35.34mm按照等加速等減速運動規(guī)律，擺桿前7.5

13、6;作勻加速運動，后7.5°作勻減速運動，將整個行程分為10段，每段運動時間占總時間的十分之一。分段點1234567891011擺桿角度(°)00.31.22.74.87.510.212.313.814.715推程(mm)00.712.826.3611.3117.6724.0328.9832.5134.6335.34凸輪角度(°)07142128354249566370O2O9iDi(°)17.317.618.52022.124.827.529.631.13232.33.基圓半徑的確定：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過70°時，滾子中心以等加速等減速規(guī)律經(jīng)過的弧長為

14、35.34mm，限定最大壓力角max=38°，所以將凸輪轉(zhuǎn)角70°對應(yīng)上半圓周的點與最大壓力角38°對應(yīng)下半圓周的點以直線相連，交等加速等減速運動標(biāo)尺于0.7處，于是根據(jù)諾模圖，h/r00.7；由于h=35.34mm，所以基圓半徑r050.5mm。圖1 諾模圖4.理論輪廓線的繪制：1) 設(shè)凸輪角度為0°時的壓力角為20°，測量出lO9O2=159.50mm2) 以O(shè)2為圓心，lO9O2為半徑畫圓，此圓即為擺桿支座O9相對于凸輪中心的運動軌跡3) 以O(shè)2為起點作射線，設(shè)此射線為y軸，對應(yīng)凸輪的0°，以順時針方向為正方向，每隔7°

15、;作一條射線，一共十一條射線4) 在每條射線上分別取一個點Di，在O9軌跡圓上取其對應(yīng)點O9i使兩點距離始終為135mm5) 此兩點連線DiO9i與O9iO2之間夾角O2O9iDi的大小位于上表中第五行，于是可確定Di在各條射線上的徑向位置6) 將各Di連接成平滑曲線即凸輪的理論輪廓線5.滾子半徑的確定：實際輪廓線則根據(jù)滾子的大小確定，為了避免擺桿與凸輪發(fā)生運動干涉，取滾子半徑為7mm6.實際輪廓線的繪制：1) 以各個D為圓心畫滾子，滾子靠近凸輪一側(cè)的包絡(luò)線即為升程的實際輪廓線2) 以lD11O2為遠(yuǎn)休止圓半徑，遠(yuǎn)休止角為10°畫圓弧3) 回程理論輪廓線與升程對稱4) 近休止圓半徑為

16、基圓半徑減去滾子半徑等于43.50mm，近休止角為210°7.壓力角的校核：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度約為35°時達(dá)到最大壓力角max30°=38°，所以符合要求。圖2 凸輪實際輪廓線四、齒輪的設(shè)計（詳情見A2圖紙）齒數(shù)的確定：總傳動比ioo2=1440/64=22.5ioo2=(do”z1z2)/(dozo”z1)22.5=300×40×z2/(100×16×13)得z2=39因為zo”=1617，z1=1317，為了防止根切，對兩對齒輪進(jìn)行變位，小齒輪正變位，大齒輪負(fù)變位，采用等變位。變位系數(shù)的運用公式xmin=ha*(

17、zmin-z)/zmin（其中zmin=17）來選擇，以下是表格：名稱符號12O”1'公式模數(shù)m6644齒數(shù)z13391640壓力角/°20202020變位系數(shù)x0.236-0.2360.059-0.059節(jié)圓直徑d'/mm7823464160zm齒頂高系數(shù)ha*1111頂隙系數(shù)c*0.250.250.250.25嚙合角'/°2020齒頂高h(yuǎn)a/mm7.424.584.243.76m(ha*+x)齒根高h(yuǎn)f/mm6.088.924.765.24m(ha*+c*-x)齒頂圓直徑da/mm92.83243.1772.47167.53d+2ha齒根圓直徑df/mm65.83216.1754.47149.52d-2hf中心距a/mm224156(d1+d2)/2中心距變動系數(shù)y0000齒頂高降低系數(shù)y0000五、參考文獻(xiàn)1、機(jī)械原理/孫恒，陳作模，葛文杰主編8版北京2013.42、理論力學(xué)/哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室編7版北京2009.73、機(jī)械原理課程設(shè)計實例與題目/中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械學(xué)教研室2004.5 4、劉毅. 機(jī)械原理課程設(shè)計M. 3版. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2017