1、荊楚理工學院課程設計成果 學院:_機械工程學院_ 班 級: 機制三班 學生姓名: 余航 學 號: 2009403010326 設計地點（單位）_A2301 _設計題目:_牛頭刨床_ 完成日期： 2011年 6 月 25 日 成績(五級記分制):_ _ _ 教師簽名:_ _年 月 日荊楚理工學院課程設計任務書設計題目：牛頭刨床學生姓名 余航課程名稱機械原理專業班級09機制（3）地 點A2301起止時間2011,6,132011,6,24設計內容及要求設計內容1、 導桿機構的運動分析（位置 2 號和 4 號）； 2、 導桿機構的動態靜力分析（位置 2 號）；3、 飛輪設計；4、 凸輪機構設計；要求

2、：1、 作機構的運動簡圖，并作機構兩個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖；2、 按所分配的第二個位置，求各運動副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩；3、 用慣性力法確定安裝在軸O2上的飛輪轉動慣量JF；4、 確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，畫出凸輪實際廓線；設計參數見附表。進度要求1、 查閱資料，明確設計任務及設計參數等6月13日8:0011:302、 導桿機構的運動分析6月13日14:006月15日11:303、 導桿機構的動態靜力分析6月15日14:006月17日17:304、 飛輪設計6月18日8:006月18日17:305、 凸輪機構設計6月19日8:006月20日17:3

3、06、 畫圖6月21日14:006月22日17:307、 整理設計說明書6月23日14:006月24日11:308、 上交設計成果6月24日14:0017:30參考資料1說明1.本表應在每次實施前一周由負責教師填寫二份，教研室審批后交學院院備案，一份由負責教師留用。2.若填寫內容較多可另紙附后。3.一題多名學生共用的，在設計內容、參數、要求等方面應有所區別。教研室主任： 指導教師： 年 月 日目 錄設計數據.21、概 述1.1 牛頭刨床簡介.41.2 運動方案分析與選擇52、導桿機構的運動分析2.1 位置2的速度分析62.4 位置2的加速度分析72.3 位置4的速度分析102.4 位置4的加速

4、度分析113、導桿機構的動態靜力分析3.1 位置2的慣性力計算123.2 桿組5,6的動態靜力分析123.3 桿組3.4的動態靜力分析133.4 平衡力矩的計算.144、飛輪計算4.1 驅動力矩. .154.2 等效轉動慣量Je.154.3 飛輪轉動慣量.165、凸輪機構設計5.1 從動件運動規律.165.2 最小基圓半徑確定165.3 凸輪輪廓確定. .196、總結. .217、參考文獻. 228、附圖. .251.概 述一、機構機械原理課程設計的目的：機械原理課程設計是高等工業學校機械類專業學生第一次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要實踐環節。其基本目的在于：（

5、）進一步加深學生所學的理論知識，培養學生獨立解決有關本課程實際問題的能力。（）使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。（）使學生得到擬定運動方案的訓練，并具有初步設計選型與組合以及確定傳動方案的能力。（）通過課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術資料的能力。二、機械原理課程設計的任務：機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構（連桿機構、凸輪機構、齒輪機構以及其他機構）進行設計和運動分析、動態靜力分析，并根據給定機器的工作要求，在此基礎上設計凸輪、齒輪；或對各機構進行運動分析。要求學生根據設計任務，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設計的方法：機械

6、原理課程設計的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法幾何概念較清晰、直觀；解析法精度較高。根據教學大綱的要求，本設計主要應用圖解法進行設計。1.1牛頭刨床的簡介一 機構簡介：機構簡圖如下所示： 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如上圖所示。電動機經皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構1-2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產效率。因此，刨床采用具有急回特性的導桿機構。刨刀每切削完成一次，

7、利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續切削。1.2運動方案分析與選擇運動機構簡圖方案分析:1. 機構具有確定運動.自由度為F=3n-(2Pl+Ph)=35-(27+0)=1;2. 通過曲柄帶動擺桿導桿機構和滑塊使刨刀往復運動,實現切削功能,能滿足功能要求.3. 工作性能,工作行程中刨刀速度較慢,變化平緩,符合切削要求,擺動導桿機構使其有急回作用,可滿足任意行程速比系數k的要求;4. 傳遞性能,機構傳動轉角為90,傳動性能好,能承受較大的載荷,機構運動鏈較長,傳動間隙較大;5. 動力性能,傳動平穩,沖擊

8、震動較小6. 結構和理性,結構簡單合理,尺寸和質量也較小,制造和維修也較容易7. 經濟性,無特殊工藝和設備要求,成本較低.綜上所述,選該方案.2導桿機構的運動分析（位置 2 號和 4 號）（選擇方案一）設 計內 容導 桿 機 構 的 運 動 分 析導桿機構的動態靜力分析符號n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L

9、04B0.5L04B1804022062080001001.22.1 位置2的速度分析 數據：n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B對位置2：選取尺寸比例尺l=0.001m/mm，作機構運動簡圖。Lo4A=0.41899m速度分析：取構件3和4的重合點（A2，A3，A4）進行速度分析。對構件2：VA2=2LO2A=（60X2）/60x0.11=0.69 m/s對構件3：構件3和構件2在A處構成轉動副，VA3=VA2=0.69 m/s對構件4：VA4=VA3+VA4A3大小： ？ 0.69 ？

10、方向：AO4 AO2 / AO4取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如下圖所示。得：VA4=0.3237m/s，= VA4/ LO4A=0.3237/0.41899=0.7727 rad/sVA4A3=0.60932m/s（A指向o2）VB4 = X LO4B=0.7727*0.54=0.4172 m/sVB5 = VB4=0.6477 m/s對構件4：VC5=VB5+VC5B5大小： ？ 0.6477 ?方向：/XX o4B CB取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如上圖所示。得：VC5=0.39837 m/s2.2 位置2的加

11、速度分析對構件2：aA2=w2 LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s對構件3：構件3和構件2在A處構成轉動副，aA3= aA2=4.338 m/s對構件4：aA4= a A4n + a A4= aA3+ a A4A3k + a A4A3r大小：? 42lO4A ? ? 方向：? BA O4B AO2 O4B /O4B 取加速度極點p，加速度比例尺a=0.01（m/s）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*0.7727*0.60932=0.94164 m/s=0.7727*0.7727*0.41899=0.2502 m/s作加速度多邊形如上圖所示。得：= 2.

12、8894 m/s ， =2.90m/s2.8894/0.41899=6.89676.896*0.54=3.72384 m/s0.7727*0.7727*0.54=0.3324m/s對構件5：: aC5= aB5 n + aB5 t+ aC5B5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向： xx BO4 BO4 CB CB取加速度極點p，加速度比例尺a=0.01（m/s）/mm。作加速度多邊形如上圖所示。得：=3.7368m/s,=3.7368m/s計算結果Lo4A=0.41899mVA2=0.69 m/sVA4=0.3237m/s =0.7727 rad/sVA4A3=0.60932m/sVB4=0

13、.4172 m/sVC5=0.39837 m/s aA2=4.338 m/saA3=4.338 m/sa A4A3k=0.94164 m/s=0.2502 m/s= 2.8894 m/s =2.90m/s6.8967a B4=3.72384 m/sa B4n=0.332 =23.7368 m/s,2.3 位置4的速度分析 數據：n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B對位置4：選取尺寸比例尺l=0.001m/mm，作機構運動簡圖。Lo4A=0.48633m速度分析：取構件3和4的重合點（A2，

14、A3，A4）進行速度分析。對構件2：VA2=2LO2A=（60X2）/60x0.11=0.69 m/s對構件3：構件3和構件2在A處構成轉動副，VA3=VA2=0.69 m/s對構件4：VA4=VA3+VA4A3大小： ？ ？方向：AO4 AO2 / AO4取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如下圖所示。得：VA4=0.0.67212m/s，= VA4/ LO4A=0.67212/0.48633=1.382 rad/s（順時針）VA4A3=0.15607m/s（A指向o2）VB4 = X LO4B=1.382*0.54=0.74628 m/sVB5 = VB4=

15、0.74628m/s對構件4：VC5=VB5+VC5B5大小： ？ ?方向：/XX o4B CB取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如上圖所示。得：VC5=0.74845 m/s2.4 位置4的加速度分析對構件2：aA2=w2 LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s對構件3：構件3和構件2在A處構成轉動副，aA3= aA2=4.338 m/s對構件4：aA4= a A4n + a A4= aA3+ a A4A3k + a A4A3r大小：? 42lO4A ? ? 方向：? BA O4B AO2 O4B /O4B 取加速度極點p，加速度比

16、例尺a=0.01（m/s）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*1.382*0.15607=0.4314 m/s=1.382*1.382*0.48633=0.92889 m/s作加速度多邊形如上圖所示。得：= 0.5498m/s ， =1.1079m/s0.5498/0.48633=1.13051.1305*0.54=0.61407 m/s1.382*1.382*0.54=1.03136m/s對構件5：: aC5= aB5 n + aB5 t+ aC5B5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向： xx BO4 BO4 CB CB取加速度極點p，加速度比例尺a=0.01（m/s）/mm。作

17、加速度多邊形如上圖所示。得：=0.6176m/s,=0.6176m/sLo4A=0.48633mVA2=0.69 m/sVA4=/s=1.382rad/sVA4A3=0.15607m/sVB4 =0.74628 m/sVC5=0.74845 m/s aA2=4.338 m/saA3=4.338 m/sa A4A3k=0.4314m/s=0.92889m/s=0.5498m/s =1.1079m/s1.1305a B4=0.61407 m/sa B4n=1.03136m/s =0.6176 m/s,3、導桿機構的動態靜力分析（位置2號）數據：G4=200N，G6=700N，P=7000N, JS

18、4=1.1 kg.m2位置2： 對各構件進行受力分析，按靜定條件將機構分解為兩個基本桿組及作用有未知平衡力的構件2，并有桿組進行分析。3.1 位置2的慣性力計算對構件4: 慣性力FI4=m4aS4=(G4/g)aS4=200/9.8*1.868=38.112N，對構件6: 慣性力FI6=m6aC6=(G6/g)aC6=700/9.8*3.718=265.57N，3.2 桿組5,6的動態靜力分析示力體力多邊形 又F=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，作為多邊行如圖所示，N=10N/mm。由力多邊形可得： FR45=FR45N=10*727.9=7279N FR16= FR16N=10*1

19、04.42=1044.2N3.3 桿組3,4的動態靜力分析示力體如下圖MS4=JS4S4 =7.579Nm(逆時針)對O4點取矩得：M o4=FR54*hO4B+MS4+FI4*hls4A+G4 cos80hS4A-F R23ho4A。=0F R23=9021.68N力多邊形由F=0，作力的多邊形如上圖所示，N=10N/mm。得：Fr14=2823NFR12= FR32= FR23=9021.68N3.4 平衡力矩的計算在右圖中，對o2點取矩得：M o2=9021.6814*0.05162=464.43 N.mFI4=38.112NFI6=265.57NFR45=7279NFR16=1044.

20、2NFR54=7279NF R23=9021.68NFr14=2823NM o2=464.43 N.m 4、飛輪機構的設計：以曲柄為等效構件，求系統的等效轉動慣量Je（不能忽略不計）。再根據不均勻系數求JF.符號單位r/min數值0.1514401020400.50.30.20.24.1 驅動力矩收集同學數據（共12個平衡力矩，即Mer），獲得如下圖形等效阻抗力矩Mer（）圖和等效驅動力矩Med（）圖求得：Med=389N*m4.2 等效轉動慣量由圖可得：Wab=-60J，Wbc=985J，Wcd=-950J，最大盈虧功Wmax=985J飛輪等效轉動慣量JF=900Wmax/(2n2*) =9

21、00*985/(2*602*0.15) =166.34(kgm2)4.3 飛輪轉動慣量JF=900Wmax/(2n2* ) - JeJeJF，所以飛輪轉動慣量JF=166.345、凸輪機構設計 凸輪機構的設計要求概述： 已知擺桿9作等加速等減速運動，要求確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，將凸輪實際輪廓 凸輪機構的設計要求概述畫在2號圖紙上。 該凸輪機構的從動件運動規律為等加速等減速運動。各數據如表：符號maxlO9Dro rts單位 mm 數據15. 125 477 75 10 75 5.1 從動件運動規律擺桿從動件的運動規律是繞凸輪等加速等減速運動。5.2 最小基圓半徑的確定1.依據上述

22、運動方程繪制角位移、角速度、及角加速度的曲線：（1）、角位移曲線：、取凸輪轉角比例尺 =1.25/mm和螺桿擺角的比例尺=0.5/mm在軸上截取線段代表，過3點做橫軸的垂線，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1、2兩點，分別過這兩點做軸的平行線。 、將左方矩形邊等分成相同的分數,得到點1和2 。、將坐標原點分別與點1,2,3相連,得線段O1,O2和03,分別超過1,2,3點且平行與軸的直線交與1,2和3.、將點0,1,2,3連成光滑的曲線,即為等加速運動的位移曲線的部分,后半段等減速運動的位移曲線的畫法與之相似. (2)角速度曲線:、選凸輪轉角比例尺=1.25/mm

23、和角速度比例尺=0.0837(rad/s)/mm,在軸上截取線段代表。由角速度方程可得=o/2, = max ,求得v換算到圖示長度,3點處=0/2,故max位于過3點且平行與軸的直線.由于運動為等加速、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36即為這段角速度曲線。其他段與上述畫法相同,只是與原運動相反。(3)角加速度曲線:選取與上述相同的凸輪轉角比例尺=1.25/mm和角加速度比例尺 =0.8038(rad/s)/mm在軸上截取線段代表。由角加速度方程求的角加速度.因運動為等加速,等減速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.13段為加速段為正值,軸上取做平行于13的直線段即

24、為1、3段的加速度，其余各段與3做法相似。序號偏角0010.823.437.5411.6514.2615序號偏角715814.2911.6107.5113.4120.81305.3 凸輪輪廓的確定1作擺動從動件盤形凸輪輪廓設計：設計原理設計凸輪輪廓依據反轉法原理。即在整個機構加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機架將以（）繞凸輪軸心逆時針方向反轉，與此同時，從動件將按給定的運動規律繞其軸心相對機架擺動，則從動件的尖頂在復合運動中的軌跡就是要設計的凸輪輪廓。 設計凸輪輪廓： 、繪制凸輪的理論輪廓線既滾子軸心實際輪廓 將 曲線圖（如圖（1）的推程運動角和回程運動

25、角個分成4等份，按式求個等分點對應的角位移值：1=1*11，1=2*22，的數值見表（1）。 選取適當的長度比例尺l定出O2和O9的位置（選取l=0.002m/mm）。以O2為圓心，以r0/l為半徑，作圓，再以以O2為圓心，以rb/l為半徑作基圓。以O9為圓心，以l Oo9D/l為半徑，作圓弧交基圓與DO（DO）。則O9DO便是從動件的起始位置，注意，要求從動件順時針擺動，故圖示位置DO位于中心線O2O9的左側。 以O2為圓心，以l Oo9 O2/l為半徑作圓，沿（-）即為逆時針方向自O2O9開始依次取推程運動角0=75，遠休止角s=10，回程運動角 o=75和遠休止角s=200,并將推程和回

26、程運動角各分成4等份,得O91 ,O92, O93O99各點。它們便是逆時針方向反轉時，從動體軸心的各個位置。 分別以O91 ,O92, O93O99為圓心，以l O9D/e為半徑畫圓弧，它們與基圓相交于D1 ，D2 ，D3D9，并作D1O91D1，D2O9rD分別等于擺桿角位移1，2，3。并使O91D1= O91 D1，O92D2= O92D2，則得D1，D2，D9（與D9重合）各點，這些點就是逆時針方向反轉時從動件擺桿端滾子軸心的軌跡點。 將點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、繪制凸輪的實際輪廓： 在上述求得的理論輪廓線上，分別以該輪廓線上的點為圓心，以滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓。 作該系列圓的內包絡線，即為凸輪的實際輪廓，如圖。C、校核輪廓的最小曲率半徑min：在設計滾子從動件凸輪的工作輪廓時