牛头刨床传动机构 机械原理课程设计
目录
第1章:设计的题目,目的及要求 ………………………………………………………………4 1.1 机械原理课程设计的目的…………………………………………………………………… 4 1.2 牛头刨床传动机构的分析 ……………………………………………………………………4 1.3 传动机构的要求 ………………………………………………………………………………5 第2章:传动机构的方案设计和计算 ……………………………………………………………6 2.1 传动机构可能的方案及选择 …………………………………………………………………6 2.2 传动机构的运动分析 …………………………………………………………………………9 2.3 用EXCLE编程所得的数据及图形……………………………………………………………11 第3章:课程总结…………………………………………………………………………………15 3.1 总结及心得体会………………………………………………………………………………16 参考文献……………………………………………………………………………………………17
第1章 课程设计题目﹑目的及要求
1.1 机械课程设计目的
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是以机械原理课程的学习为基础,进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识,培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力,使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法。 课程设计其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等,并进一步提高计算、分析,计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。
概括的讲机械课程设计的目的是:
(Ⅰ)结合生产实际的问题,培养学生综合应用所学的理论知识进行机械系统运动方案的设计以及机构综合与分析的能力;
(Ⅱ)进一步巩固和加深学生所学的基本理论知识和知识;
(Ⅲ)通过设计使学生不断树立正确的设计思想,熟悉掌握机械设计的基本方法和步骤,初步具备独立的工作能力;
(Ⅳ)加强绘图.计算机辅助设计以及相关软件应用的实践技能; (Ⅴ)为学生今后解决复杂的生产实际问题打下良好的基础。
1.2 牛头刨床传动机构的设计和分析
牛头刨床机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如图4-1。电动机经皮带和齿轮传动,带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时,由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时,刨刀进行切削,称工作行程,此时要求速度较低并且均匀,以减少电动机容量和提高切削质量,刨头左行时,刨刀不切削,称空回行程,此时要求速度较高,以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次,利用空回行程的时间,凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构(图中未画),使工作台连同工件作一次进给运动,以便刨刀继续切削。
图1.1牛头刨床简介
1.3 牛头刨床传动机构的设计要求
1:为了提高牛头刨床的机械效率,刨刀在空行程的时候必须由急回运动; 2:因为牛头刨床的阻力变化较大,所以刨刀在工作时必须速度保持平稳; 3:传动机构传动时推动刨床的压力角较小,传动效率较高.
4:根据牛头刨床的机构简图以及必要的数据,进行机构的结构设计、结构分析和动力学分析。
课程设计的数据
曲柄转速 n=48r/min
机架 LAC=380mm
工作行程 H=310mm
行程速比系数 K=1.46
连杆与导杆之比 LDE/LCD=0.25
曲柄与水平线的夹角 120°
第二章 传动方案的设计及计算
2.1 牛头刨床的传动方案设计及选择
设计方案一:
图2.1四杆机构
方案一采用连杆机构,连杆机构的运用十分广泛,它不仅在众多工农机械中得到广泛的运用,而且诸多人造卫星太阳版的展开机构.机械手的传动机构.折叠伞的收放机构及人体假肢等也有用有连杆机构。
(1)其中连杆机构中的运动副一般均为低副,运动副元素为面接触,压力较小,承载能力较大,润滑好,磨损小,加工制造容易,而连杆机构中的低副一般是集合封闭,对保证工作的可靠性有利。
(2)在连杆机构中在原动件的运动规律不变的条件下,可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。
(3)连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线,其形状随着各构件相对长度的改变而改变,故连杆曲线是形式多样,可满足一些特定的工作需要。
但连杆机构的运动必须经过中间机构进行传递,因而传动路线较长,易产生较大的误差积累,同时也使机械效率降低。并且连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般的平衡方法加以消除,因而连杆机构不宜用于高速运动。
设计方案二:
图2.2凸轮机构
凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆的到各种预期的运动规律,而且响应快速,机构简单紧凑。因此凸轮机构不可能被数控.电控装置所取代。
凸轮机构的缺点是凸轮轮廓与推杆之间为点.线接触,易磨损,凸轮机构制造困难。
现代机械日益向高速发展,凸轮机构的运动速度也越来越高,因此高速凸轮的设计及其动力学的问题研究已引起普遍的重视,并已提出了许多适用于在高速条件下采用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构。另一方面,随着计算机的发展,凸轮机构的计算机辅助工具设计和制造已获得普遍地应用,从而提高了设计和加工的速度及质量。这也使凸轮机构的更广泛应用创造了条件。
设计方案三
图2.3导杆机构
一、 机构具有确定运动,
自由度为F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×7+0)=1,曲柄为机构原动件; 二、 三、 四、 五、 六、 七、
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,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,摆动传递性能,机构传动角恒为90°,传动性能好,能承受较大的载荷,机动力性能,传动平稳,冲击震动较小;
结构和理性,结构简单合理,尺寸和质量也较小,制造和维修也较容易; 经济性,无特殊工艺和设备要求,成本较低。
能满足功能要求
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; 构运动链较长,传动间隙较大;
综上所述,方案1的设计较为合理,所以选择方案1
2.2传动机构尺度的计算及分析
主传动机构尺寸的综合与确定
由已知数据经过计算得
1:由K=1.5可以求得极位夹角θ
180︒+θK=由
得
出θ=33.66°
θ33.66︒
AB=ACsin=380⨯sin=110(mm)
22H
CD==535(mm)
sin
2
LDE
=535⨯0.25=134(mm) LCD
DE=CD⨯
CD-CDCOS
H=CD-
θ
=523(mm)
2
2.2牛头刨床传动机构的运动分析
用解析法进行运动分析;
如图:
图2.2.2导杆机构
建立直角坐标系,利用两个封闭的图形ABCA和CDEGC进行投影可以得到如下的
方程式:
S3Cosθ2=L1COSθ1; (1) S3Sinθ2=H+L1Sinθ1; (2) L3Cosθ3+L4Cosθ4-LGE=0; (3) L3Sinθ3+L4Sinθ4=H; (4) 根据(1)(2)(3)(4)计算出θ2,L3的角速度ω3和角加速度α3;
①已知ω1, θ1和H 由(1)和(2)可得:
Tanθ2=(H+L1Sinθ1)/L1Cosθ1 可得θ2=arcTan【(L6+L1Sinθ1)/L1Cosθ1】 ∵dθ/dt=ω ∴对θ2求导可得
ω3=【L1ω1(L1+L6Sinθ1)】/(L6²+L1²+2L6L1Sinθ1) ∵dω/dt=α ∴对ω3求导可得
α3=【(L6²-L1²)L1L6ω1²Cosθ1】/(L6²+L1²+2L6L1Sinθ1) ² ②求滑块SE,VE, αE 由(3)、(4)式得: SE=L3Cosθ3+L4Cosθ4
θ4=arcSin(H-L3Sinθ3)/L4 求导得:
ω4=【-ω3L3Cosθ3】/L4Cosθ4
VE=【-ω3L3Sin(θ3-θ4)】/Cosθ4 再求导得:
α4=(ω3 ²L3Sinθ3+ω4 ²L4Sinθ4-α3L3Cosθ3)/L4Cosθ4 αe=【-α3L3Sin(θ3-θ4)+ ω3 ²L3Cos(θ3-θ4)- ω4 ²L4】/Cosθ4
2.3通过EXCLE表格处理数据
表2.3.1尺寸确定
H=523mm L1=110mm L6=380mm L3=535mm L4=134mm ω
1=5rad/s
θ1
θ2
θ4
Se(mm) ω
3(rad/s)
ω
4(rad/s)
Ve(mm/s)
α3
α4
0.000 73.856 176.1015.070 0.387 0.430 -202.50.000 -0.587
7 79 10.000 74.814 177.146.312 0.566 0.593 -296.14.655 3.622 2 87 20.000 76.098 178.43-5.410 0.713 0.684 -372.83.792 1.655 0 24 30.000 77.648 179.83-19.540.832 0.711 -435.13.045 -0.101 5 9 27 40.000 79.410 181.23-35.640.927 0.680 -485.42.396 -1.603 5 8 16 50.000 81.341 182.52-53.311.000 0.602 -525.41.827 -2.838 4 9 98 60.000 83.399 183.61-72.231.055 0.485 -556.61.319 -3.802 7 0 05 70.000 85.549 184.44-92.081.093 0.340 -579.40.856 -4.494 6 1 12 80.000 87.760 184.96-112.51.115 0.175 -594.10.421 -4.911 2 87 10 90.000 90.000 185.13-133.41.122 0.000 -600.50.000 -5.050 8 62 10 100.0092.240 184.96-154.41.115 -0.175 -598.1-0.421 -4.911
0 2 09 60 110.0094.451 184.44-175.11.093 -0.340 -586.4-0.856 -4.494 0 6 12 67 120.0096.601 183.61-195.21.055 -0.485 -564.8-1.319 -3.802 0 7 36 08 130.0098.659 182.52-214.41.000 -0.602 -532.6-1.827 -2.838 0 4 21 02
140.00100.59181.23-232.20.927 -0.680 -489.3-2.396 -1.603
0 0 5 90 44 150.00102.35179.83-248.40.832 -0.711 -434.5-3.045 -0.101 0 2 5 49 80 160.00103.90178.43-262.40.713 -0.684 -367.8-3.792 1.655 0 2 0 89 00 170.00105.18177.14-273.90.566 -0.593 -288.2-4.655 3.622 0 6 2 79 66 180.00106.14176.10-282.40.387 -0.430 -194.7-5.645 5.694 0 4 7 52 51 190.00106.70175.46-287.30.170 -0.196 -85.28-6.754 7.662 0 8 9 89 6 200.00106.79175.36-288.1-0.086 0.099 42.898 -7.941 9.164 0 9 3 88 210.00106.33175.89-284.1-0.384 0.432 192.79-9.101 9.668 0 7 1 41 8 220.00105.24177.08-274.4-0.719 0.755 365.77-10.028.518 0 0 5 58 1 9 230.00103.44178.86-258.3-1.077 1.000 557.87-10.395.126 0 6 0 79 7 6 240.00100.93180.97-235.4-1.433 1.085 755.12-9.774 -0.627 0 3 9 46 4 250.0097.745 183.04-205.9-1.744 0.939 930.98-7.784 -7.803 0 6 07 3 260.0094.022 184.57-171.0-1.959 0.550 1051.5-4.364 -14.080 2 97 48 8 270.0090.000 185.13-133.4-2.037 0.000 1089.80.000 -16.630 8 62 15 4 280.0085.978 184.57-96.05-1.959 -0.550 1039.74.364 -14.080 2 0 89 8 290.0082.255 183.04-61.71-1.744 -0.939 917.607.784 -7.803 0 6 4 5 300.0079.067 180.97-32.51-1.433 -1.085 750.159.774 -0.627 0 9 5 3 310.0076.554 178.86-9.568 -1.077 -1.000 563.2010.396 5.126 0 0 9 320.0074.760 177.086.805 -0.719 -0.755 376.0610.029 8.518 0 5 2 330.0073.663 175.8916.830 -0.384 -0.432 201.099.101 9.668 0 1 1 340.0073.201 175.3621.065 -0.086 -0.099 45.052 7.941 9.164 0 3 350.00
73.292 175.46
20.227 0.170 0.196 -89.44
6.754 7.662
9 3
360.0073.856 176.1015.070 0.387 0.430 -202.55.645 5.694
0 7 79
由图上可以看出构件在各个位置的速度,加速度,位移和角加速度。
如图为θ2 θ4 Se随θ1的变化曲线
图2.3.2θ2 θ4 Se随θ1的变化曲线
如图为ω3 ω4随θ1的变化曲线
图2.3.3ω3 ω4随θ1的变化曲线
如图为Ve随θ1的变化曲线
图2.3.4Ve随θ1的变化曲线
如图为α3 α4随θ1的变化曲线
图2.3.4α3 α4随θ1的变化曲线
课程总结
3.1总结及心得体会
总结
牛头刨床的传动机构不仅仅要考虑上诉的机构速度,机械效率等问题,还必须要考虑到制作工艺,保养,材料选择等问题,由上面的图像可以看出方案一的设计可以满足机械的运动要求。所以做机械课程设计必须保持严谨的态度,要是自己的考虑极可能的周全,这样才能做出完美的课程设计。
心得体会
通过几天日日夜夜的奋斗,在老师亲切地指导下,在同学们的帮助下,当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们 努力的结晶.
在这几天中,我有很多的体验,同时也有我也找到许多的毛病,仅就计算机辅助绘图而言,操作的就远远不够熟练,专业知识也不能熟练应用。但是通过这次实践设计,我觉得我有了很打的提高。
其次,通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书,并初步掌握了一些设计数据的计算方法;
再次,自己的计算机绘图水平也有了一定的提高,并对所学知识有了进一步的理解。 当然,作为自己的第一次设计,其中肯定有太多的不足,希望在今后的设计中,能够得到改正,使自己日益臻于成熟,专业知识日益深厚。
3.2参考资料
1.《机械原理课程设计指导书》 穆塔里夫主编,新疆大学机械设计教研室
2.《机械原理》 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编,高等教育出版社