机械原理课程设计牛头刨床设计说明书.doc

机械原理课程设计说明书
牛头刨床设计说明书

目录
一 概论……………………………………………3
1、设计目的………………………………………………3
2、设计任务………………………………………………3
3. 扭头刨床机构简介及工作原理………………………………3
二 导杆机构的运动分析…………………………4
1、刨头位移线图…………………………………………….11
2、速度分析………………………………………………6
三 凸轮机构设计…………………………………11
1、凸轮设计要求…………………………………………11
2、凸轮机构从动件位移、速度、加速度线图…………13
四 齿轮机构设计…………………………………14
1、齿轮设计要求…………………………………………14
2、齿轮计算………………………………………………15
3、绘制齿轮啮合区图……………………………………18
五 课程设计评价与分析
六 课程设计的心得体会…………………………………18
七 课程设计参考文献……………………...................20

一、概论
1.1机械原理课程设计目的
机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。以及熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力。
1.2机械原理课程设计任务及要求
机械原理课程设计任务是对主体机构进行设计和运动分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上绘制凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求：1、学生根据设计任务在规定时间内完成1# 设计图一张，3# 设计图两张，设计说明书一份（20页左右）。2、要求计算正确、作图规范，图面整洁，说明书步骤清晰有条理，书写端正。
1.3牛头刨床机构简介及工作原理
1.3.1扭头刨床简介
牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种。它适合刨削长度不超过1000mm的中、小型零件。牛头刨床的主运动为电动机→变速机构→摇杆机构→滑枕往复运动；牛头刨床的进给运动为电动机→变速机构→棘轮进给机构→工作台横向进给运动。

1—横梁 2—进刀机构 3—变速机构 4—摆杆机构 5—床身 6—滑枕 7—刀架 8—工作台
牛头刨床的主要组成部份及作用如下：
（1）床身 床身5用于支承和连接刨床的各部件，其顶面导轨供滑枕6作往复运动，侧面导轨供横梁1和工作台8升降。床身内部装有传动机构。
（2）滑枕 用于带动刨刀作直线往复运动(即主运动)，其前端装有刀架7。
（3）刀架 刀架用以夹持刨刀，并可作垂直或斜向进给。扳转刀架手柄9时，滑板7即可沿转盘6上的导轨带动刨刀作垂直进给。滑板需斜向进给时，松开转盘6上的螺母，将转盘扳转所需角度即可。滑板7上装有可偏转的刀座1，刀座中的抬刀板2可绕轴5向上转动。刨刀安装在刀夹3上。在返回行程时，刨刀绕轴5自由上抬，可减少刀具后刀面与工件的摩擦。
1—刀座 2—抬刀板 3—刀夹 4—紧固螺钉 5—轴 6—刻度转盘 7—滑板 8—刻度环 9—手柄
（4）工作台 用于安装工件，可随横梁上下调整，并可沿横梁导轨横向移动或横向间歇进给。
（5）横梁：可带动工作台沿床身垂直导轨作升降运动，其空腔内装有工作台进给丝杆。
1.3.2扭头刨床工作原理

图一
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图一，电动机经皮带和
齿轮传动，带动曲柄2 和固接在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动。要求工作行程时，滑枕6应速度较低，且近似等速移动，而空回行程时，滑枕具有较高速度，实现快速返回。另外，齿轮等速转动时，通过四杆机构带动棘轮G转动。棘轮与丝杆相连，实现自动进刀。刨床机构在一个工作循环内，主轴速度波动很大，为此，常采用飞轮调整速度波动。
二、牛头刨床导杆机构的运动分析
2.1牛头刨床导杆机构设计已知条件

符号
 n2
K 
 H
 Lo2o4
LBC/LO4B
r/min

mm
mm

1
60
1.5
480
550
0.25
2.2导杆机构设计要求
导杆机构设计应根据连杆5传力给滑枕的最有利条件确定摆动导杆长度和滑枕导路X—X的位置，即曲柄和摆杆转动副连线应垂直于导路X—X，且X—X应位于摆杆端点所画圆弧高的平分线上。作机构运动位置图。以滑枕6的左极限位置时曲柄 的位置作为起始点1，每隔30°取一个位置，共12个位置。每个小组的每一个人分配liang个位置（特殊位置除外）作运动分析，绘速度多边形.
以刨头左极限点为基点，收集12个位置测量出的位移，绘出刨头位移线图。分析连杆机构的结构组成（拆分杆组），并说明该机构的级别。
2.2.3（1） 选取曲柄特定的位置(xxx)作机构运动简图

（2）拆分杆组
该六杆机构可看成由一个Ⅰ级基本杆组、两个I级基本杆组组成的，即可将机构分解成图示三部分。

2.4测得各个位置刨头位移如下表所示，并绘出刨头位移线图
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
位移
0
24
84
165
285
342
441
474
452
345
171
36

2.5速度分析
（1）确定各杆件的长度：

=6.28rad/s
LO2A=170.0mm
L04B=776.7mm
LBC=194.2mm
（2）速度分析：
选取速度比例尺μ=0.05（m∕s）∕mm

大小：1.66 ？ ？
方向：⊥O2A ⊥O4A ∥O4B
VA2=1.66*sin6.7=0.194m/s
W2=VA2/O4A=0.65rad/s
VB=W2*O4B=0.534m/s
VC=VB+VCB
大小： ？ 0.534 ？
方向：水平 ⊥O4B ⊥CB
量得VC=0.45m/s

三、凸轮机构设计
3.1凸轮机构设计已知条件

本组选择第一种方案
3.2凸轮设计要求
1根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径（25~40mm）；
2凸轮基圆直径大于或等于轴径的（1.6~2）倍；
3凸轮滚子半径等于基圆半径的（0.1~0.5）倍；
4绘制凸机构从动件位移、速度、加速度线图
5根据反转法原理绘制凸轮轮廓。
根据设计要求，本小组取轴径为30mm，基圆直径为轴径的2倍，凸轮滚子半径为基圆半径的0.1倍。
3.3、根据以上数据及运动规律得运动方程如下
Ψ=h[(б∕б0) -sin(2лб∕б0)( 2л)]
每隔十度进行角位移求解带入得
Ψ1=20°[(10∕120) -sin(2л×10∕120)( 2л) ]
Ψ2=20°[(20∕120) -sin(2л×20∕120)( 2л) ]
3.4、（1）绘制凸轮廓线图

（2）绘制凸轮机构从动件位移线图

（3）、绘制凸轮机构从动件速度线图

（4）、绘制凸轮机构从动件加速度线图

四 齿轮机构设计

4.1 齿轮机构设计已知条件
方案 参数
Z1
Z2
m(㎜)
α(°)
1
15
60
10
20

4.2齿轮设计要求
要求齿轮不根切，且实际中心距的尾数取为0或5，设计该传动并完成计算和验算；绘制齿轮啮合区图（可以不绘制齿廓形状），标出基圆、齿顶圆、节圆、啮合角、啮合起始点B2、B1和啮合极限点N1、N2，并注明单齿啮合区和双齿啮合区；用图上量取的实际啮合线段
B2B1确定重合度，并与公式计算值进行比较。
4.3齿轮数据计算及校核
计算过程：
已知：Z1=15 Z2=60 m=10 ɑ=20° ha*=1 c*=0.25
分度圆：d1=mz1=150mm d2=mz2=600mm
标准中心距: a=m(z1+z2)/2=375mm
实际中心距：a’=375mm
啮合角：ɑ’=ɑ=20°
变位系数：x1+x2=0 x1=(17-z1)/17=0.118 x2=-0.118
中心距变动系数： y=(ɑ’-ɑ)/m=0
齿顶高降低系数： Δy=(x1+x2)+y=0
节圆： d1’=d1cosɑ/ cosɑ’=150mm
d2’=d2cosɑ/ cosɑ’=600mm
齿顶圆：da1=d1+2ha*= d1+2(ha*+x1-Δy)m=172.36mm
da2=d2+2ha*= d2+2(ha*+x2-Δy)m=617.64mm
齿根圆：df1=d1-2hf1=d1-2(ha*+c*-x1)m=127.36mm
df2=d2-2hf2=d2-2(ha*+c*-x2)m=572.64mm
基圆： db1= d1cosɑ=61.21mm
db2= d2cosɑ=244.84mm
ɑa1=arcos(r1cos/ra1)=35.14°
ɑa2=arcos(r2cos/ra2)=24.10°
S1=(л/2+2x1tana)m=16.6mm
S2=(л/2+2x2tana)m14.84mm
Sa1=s1*ra1/r1-2ra1(invaa1-inva)=5.62mm
Sa2=s2*ra2/r2-2ra2(invaa2-inva)=8.03mm
Sa1>0.4m=4mm
Sa2>0.4m=4mm
所以齿轮合格。

理论重合度： XXX=[z1(tanɑa1-tanɑ’)+Z2(tanɑa2-tanɑ’)]
=1.67
由作图得： B1B2=44.8mm
Pb=Pcosɑ=лmcosɑ=29.4mm

=B1B2/ Pb=1.52>1
相对误差η=|εα-εα’|/εα=8.9%
综上，齿轮矫正合格。
4.4绘制齿轮啮合图

五、课程设计分析及其评价
1，机构具有确定运动，F=3*5-(2*7+1)=1,曲柄为机构原动件。
2,通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动,实现切削功能，能满足功能要求.且滑块行程可以根据杆长任意调整；
3,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作用，可满足任意行程速比系数K的要求；
4,传递性能, 机构传动角恒为90度，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大；
5,动力性能 ,传动平稳，冲击震动较小.
6,结构合理性,结构简单合理,尺寸和重量也较小,制造和维修也较易.
7,经济性，无特殊工艺和设备要求,成本较低.

六．课程设计心得体会
通过一段时间的设计，让我对所学知识得到了更深的理解，也学会了运用各种资料、工具，体会到了同伴之间的密切合作的重要性等等。同时这之间的种种工作也离不开老师的热情指导，在此表示深深的谢意。
首先,对机械原理这门课程有了更深入的了解.平时的只停留在一个初等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题,但在自己做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,是自己对自己所学的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能
把所学的理论运用到实际中,这才是我们学以所获,学以致用的真正
宗旨,这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力,这也更是从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作中游刃有余,才能为机械工业的发展尽绵薄之力.
其次对所学的专业课产生了很大的兴趣.在做设计的过程中,发现机械的很多东西渗透在我们生活的方方面面,小到钟表,大到航天器，都用到了机械的相关内容。这也给自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培养。
同时，我也深深体会到，过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。
最后对团队的合作有了更深的体会。每个人不可能方方面面都会，这就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，这样才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作中，团队合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心血，这样才能是企业有长远的发展。团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
虽然这次设计已告一段落，但是我知道学海无涯、学无止境，这是一个结尾，同时也只是一个开始。今后，我会以更饱满的热情投入到今后的学习生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。

七、参考文献
[1] 孙恒，陈作模。机械原理（第七版）。北京：高等教育出版社，2006.5
[2] 李 笑 刘福利 陈 明。机械原理课程设计指导书（试用稿）。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.7
[3] 牛鸣歧 王保民 王振甫。 机械原理课程设计手册. 重庆：重庆大学出版社，2001
[4]王知行 李瑰贤. 机械原理电算程序设计. 哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社.2003
[5] 孟宪源 姜琪. 机构构型与应用. 北京：机械工业出版社，2003
[6] 申永胜. 机械原理教程. 北京：清华大学出版社，1999
[7 ] 陈明等. 机械系统方案设计参考图册