机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床的设计机构位置编号：4，12方案号：Ⅱ班级：姓名：学号：2014年 1 月 15 日目录一导杆机构的运动分析◆机构的运动简图-------------------------------3◆机构在位置7的速度及加速度分析---------------3◆机构在位置11的速度及加速度分析--------------6◆刨头的运动线图-------------------------------8二导杆机构的动态静力分析◆在位置11处各运动副反作用力------------------11◆在位置11处曲柄上所需的平衡力矩--------------13三飞轮设计◆飞轮转动惯量JF的确定------------------------15 四凸轮机构设计◆凸轮基本尺寸的确定--------------------------15◆凸轮实际廓线的画出--------------------------17五齿轮机构的设计◆齿轮副Z1-Z2的变位系数的确定------------------17◆齿轮传动的啮合图的绘制----------------------19六参考文献--------------------------------------19七心得体会--------------------------------------20一导杆机构的运动分析1.1机构的运动简图牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
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，称工作切削。
此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。
为此刨床采用急回作用得导杆机构。
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与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。
刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。
因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。
曲柄位置的确定曲柄位置图的作法为：取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置。
取第Ⅱ方案的第4位置和第12位置（如下图）。
1.2机构的速度及加速度分析速度分析由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故V A2=V A3，大小等于ω2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60计算得：ω2=6.70rad/sυA2=ω2·lO2A计算得：υA3=υA2=6.70×90mm/s=603mm/s （⊥O2A）对位置12来说，速度多边形如图, μv =10（mm/s）/mm对构件4：V A4 =V A3 + V A4A3大小：？0.603 ？方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4ω= V A4/可得：V A4=323.6mm/s，4LO4A=0.3236/0.2037=1.10 rad/sV A4A3=508.9mm/s（A指向o2）ωXVB4=4LO4B=1.10*580=638.0mm/sVB5 = VB4=638.0mm/s对构件4：VC5= VB5 + VC5B5大小：？0.429 ?方向：//XX ⊥O4B ⊥CB如图可得，VC5= 619.5mm/s对位置4来说，速度多边形如图, μv =10（mm/s）/mm对构件4：V A4 =V A3 + V A4A3大小：？0.603 ？方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4ω= V A4/ LO4A=588.1/437.55=1.34rad/s 可得：V A4=588.1mm/s，4V A4A3=123.5mm/s（A指向o2）ωX LO4B=1.34*580=777.2mm/sVB4=4VB5 = VB4=777.2mm/s对构件4：VC5= VB5 + VC5B5大小：？0.429 ?方向：//XX ⊥O4B ⊥CB如图可得，VC5= 783.4mm/s加速度分析对12位置进行加速度分析如下对构件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.7*6.7*90=4040.1mm/s²对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4040.1m m/s²对构件4：a A4= a A4n + a A4τ= a A3 +a A4A3k+a A4A3r大小：? ω42l O4A ? √√?方向：? B→A ⊥O4B A→O2⊥O4B //O4B由图可得：aA4 =4527.6mm/s2由加速度影象法得：aB4/aA4=lO4B/ lO4A所以aB4=8939.6mm/s2aB5= aB4=8939.6mm/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5τ大小：? √ √ ?方向：水平√ C→B ⊥BC 由下图速度多边形得:ac5 =8819.2m/s2 (方向水平向右)对4位置进行加速度分析如下图对构件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.7*6.7*90=4040.1mm/s²对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4040.1m m/s²对构件4：a A4= a A4n + a A4τ= a A3 +a A4A3k+a A4A3r大小：? ω42l O4A ? √√?方向：? B→A ⊥O4B A→O2⊥O4B //O4B由上图可得：a A4 =1347.2m m/s2由加速度影象法得：a B4/a A4=l O4B/ l O4A所以a B4=1804.0mm/s2a B5= a B4=1804.0mm/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
a c5= a B5+a c5B5n+a c5B5τ大小：? √ √ ?方向：水平√ C→B ⊥BC由上图速度多边形得:a c5 =1531.6m m/s2(方向水平向右)1.3刨头的运动线图由计算得刨头C在各个位置对应位移速度加速度，将其依次连接，构成圆滑的曲线，即得刨头C的运动线图。
刨头线图如下：二导杆机构的动态静力分析已知各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4 绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。
动态静力分析过程：取“4”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图所示：已知P=9000N，G6=800N，又a c=1531.6mm/s2,那么我们可以计算F I6=-m6×a c =- G6/g×a c =-800/10×1.5316=-122.528N又ΣF = P + G6 + F I6 + F45 + F RI6 =0 方向：∥x轴∥y轴与a c反向∥BC ∥y轴大小： 9000 800 -m6a6 ? ?作力多边行如下图所示，F R45=CD·µN=182.73×50=9136.5NFR16= AD·µN=6.94×50=347N分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如下：已知：F R54=F R45=9136.5N，G4=220N构件4上的惯性力F I4=-G4/g×a S4=-220/10×39.12×40×0.5×0.001=-17.2128N 方向与a S4运动方向相反；惯性力偶矩M S4=-J S4·αS4= -6.927N·m方向与α4运动方向相反（逆时针；）对O4点取矩等于零可得，F23=12126.6N。
画力的多边形如下：可得，Fx=9329NFy=405.5N对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如下：\图1-9由图1-9知，曲柄2为受力平衡体对O2点取矩得：F R12= F R32ΣM O2= =0，且F23=12126.6N，所以可得：M1=1044.59N·m 三飞轮设计安装在轴O2上的飞轮转动惯量J F的确定用惯性力法确定JF位置 1 2 3 4 5 6平衡力矩0 300 480 525 457.5 367.5由图可得最大盈亏功【W】=3589 JJ F=900[W]δ∗n2π2= 11.985kg∗m2四凸轮机构设计凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。
设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w，使其绕轴心O转动。
这是凸轮于推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其机架O点以角速度-w绕轴心O转动，一方面又在绕机架O点作匀加速摆动。
这样，推杆在这种复合运动中，其滚子中心运动的轨迹即为凸轮的理论轮廓线。
以理论轮廓线上一系列点为圆心，以滚子半径r为半径，作一系列的圆，在作此圆族的包络线，即为凸轮的工作廓线。
1、取任意一点O2为圆心，以r0作基圆，再以O2为圆心，以r=148mm 为半径作转轴圆，在转轴圆上O2左上方任取一点O9。
2、以O9为圆心，以135mm为半径画弧与基圆交于D点。
O9D即为摆动从动件推程起始位置，再逆时针方向旋转画15圆弧按0、1、4、15的圆弧，再把9、4、1、0分成6份；分别连接0和圆弧上的这些点，则得到摆杆9的各个位置角度ψ；再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程，这三个阶段。
再以11.6对推程段等分、11.6对回程段等分，并用1-13数字进行标记，得到了转轴圆上的一系列的点，这些点即为摆杆在反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置ψ画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。
在外轮廓上取一系列的点，以r g=15mm为滚子半径作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的实际轮廓。
3、凸轮曲线上最小曲率半径的确定：用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径ρ：先用目测法估计min凸轮理论廓线上的ρ的大致位置（记为A点）；以A点位圆心，任选min较小的半径r 作圆交于廓线上；在圆A两边分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别于E、F、H、M四个点处，如图所示；过E、F两点作直线，再过H、M两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径OAρ≈min五齿轮机构的设计1Z2齿轮齿数的确定由齿轮的传动情况可得：=得==480(rad/s)=得==192(rad/s)=得==392齿轮副-的变位系数的确定有图可知：＝r sinα=mzsinα/2=代入不根切的几何条件式≤得x≥于是得出不发生根切的最小变位系数为=当α=,z=13时，有=0.24, =-0.243，齿轮数据的确定4画出齿轮副-由计算结果，利用CAD二次开发软件，画出两个齿轮，然后组装为齿轮啮合图，并作标注。