1、西 南 交 通 大 學(xué)本科教學(xué)改革機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 年 級(jí): 2011級(jí) 學(xué) 號(hào): 20116315 姓 名: 王和平 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)電一體化 指導(dǎo)老師: 何俊 2013 年 12 月 西南交通大學(xué)本科教學(xué)改革-機(jī)械原理 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)班 級(jí) 機(jī)電一班 學(xué)生姓名 王和平 學(xué) 號(hào) 20116315 發(fā)題日期： 2013 年 9 月 20 日 完成日期： 12 月 10 日題 目 牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合 1、本設(shè)計(jì)的目的、意義 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步

2、鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定；對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè)計(jì)牛頭刨床上的凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。 I 西南交通大學(xué)本科教學(xué)改革-機(jī)械原理 摘 要牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用

3、不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。本文根據(jù)牛頭刨床這一特性，設(shè)計(jì)了三種不同的機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析，選擇了酸菜動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)。該方案?jìng)髁μ匦院?，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。根據(jù)已給的數(shù)據(jù)算出符合運(yùn)動(dòng)條件的機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)，凸輪基圓，齒輪傳動(dòng)比，建立三維模型，用adms建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用反轉(zhuǎn)法求出凸輪外形，并用cad畫(huà)出圖形關(guān)鍵字：牛頭刨床 桿長(zhǎng) 凸輪 adams 線圖AbstractSh

4、aper is used for metal cutting machine tool plane machining of small size or straight groove, used for single or small batch production. In order to coarse,fine processing of different materials and different size workpieces, require the main execution component planes to several different speed, di

5、fferentdistance and different initial positions of horizontal reciprocating linear motion,and the cutting speed is lower than the air speed planing planing tool, namelythe quick return phenomenon. In this paper, according to the characteristics ofshaper, design three different agencies, through comp

6、arative analysis,choose the pickled cabbage moving guide rod mechanism and the rockerslider mechanism formed by series connection mechanism. The force transmission characteristics, mechanism, small occupied space, the actuatorvelocity changes in working process is slow.According to the given data ca

7、lculated in line with the movement condition of the mechanism, the cam base circle, gear ratio, establish the three-dimensional model, using ADMS modeling, so out of line drawing, speed line chart, according to the line graph using the inversion method for cam profile,and the figure painting with CA

8、DKeywords: shaper rod cam adams diagram 西南交通大學(xué)本科教學(xué)改革-機(jī)械原理 目 錄第1章 緒論.1 1.1問(wèn)題的提出.1 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.2本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法.2第2章設(shè)計(jì)方案的確定.3 2.1備選方案.3 2.1.1方案a.3 2.1.2方案b.3 2.1.3方案c.4 2.2 方案確定.4 2.2.1機(jī)構(gòu)方案確定.4 2.2.2減速方案的確定.4第3章 確定機(jī)構(gòu)尺寸.5 3.1根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定桿長(zhǎng).5 3.2建模.6 3.3 凸輪設(shè)計(jì).6 3.3.1原理.6 3.3.2基圓半徑.6第4章 運(yùn)動(dòng)分析及公式推理.7 4.1導(dǎo)桿.

9、7第5章 靜力分析.9 5.1 曲柄.9 5.2 導(dǎo)桿.9 5.3 滑塊.10 5.4 連桿.10第6章 分析結(jié)果.12 6.1 位移線圖.12 6.2 速度線圖.12 6.3 加速度線圖.13 6.4 力矩變化曲線.13 6.5 根據(jù)反轉(zhuǎn)法畫(huà)凸輪和滾子.14結(jié)論.15總結(jié).15參考文獻(xiàn).16 第 15 頁(yè) 西南交通大學(xué)本科教學(xué)改革-機(jī)械原理 第1章 緒論1.1問(wèn)題的提出牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。但現(xiàn)有的牛頭刨床，大都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，笨重且精度不高，所以本文希望可以設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合牛頭刨床運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 為了適用不同材料和

10、不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。圖1-1為其參考示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)行切削，稱(chēng)為工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刨刀左行時(shí)，即為空回行程，此

11、行程無(wú)工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙面方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。 圖1-1（參考示意圖） 圖1-2（切削阻力變化圖）1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法本文根據(jù)牛頭刨床的特性，為了能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合運(yùn)動(dòng)要求的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了三種不同的機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析，選擇了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)。該方案?jìng)髁μ匦院茫瑱C(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。根據(jù)已給的數(shù)據(jù)算出符合運(yùn)動(dòng)條件的機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)，凸輪基圓，齒輪傳動(dòng)比，建立三維模型，用adams建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用

12、反轉(zhuǎn)法求出凸輪外形，并用cad畫(huà)出圖形 圖 1-3（牛頭刨床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）第2章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1備選方案2.1.1方案a 圖 2-1（方案a）如圖2-1，采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長(zhǎng)的曲柄，從而帶來(lái)機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大；二是機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。2.1.2方案b 圖2-2（方案b） 如圖2-3，由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K的增大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且

13、整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。2.1.3方案c 圖2-3（方案c）如圖2-3，由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案克服了方案（b）的缺點(diǎn)，傳力特性好，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。2.2方案確定 2.2.1 機(jī)構(gòu)方案確定 比較第1節(jié)三種方案，從全面衡量得失來(lái)看，方案(c)作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)較為合理。 2.2.2減速方案的確定 構(gòu)思一個(gè)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)。它可將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)（960 轉(zhuǎn)/分）變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)思機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案時(shí)，能較為合理地分配各部分的傳動(dòng)比，最后繪出機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖如圖2-4。Z4Z3Z2Z1 圖2-4（機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖）因?yàn)閳?zhí)行

14、機(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng) （49轉(zhuǎn)/分）N=49*(23)*(812)=7841764所以取n=1000，滿載轉(zhuǎn)速為n=960所以總的減速比 為960/49=19.59 第3章確定機(jī)構(gòu)的尺寸 已知條件：刨刀的行程H=300 mm； 行程速比系數(shù)K=1.4；最大切削阻力 Pr=4600；機(jī)架350mm；連桿與導(dǎo)桿之比為0.33.1根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定桿長(zhǎng) 極位夾角: 導(dǎo)桿長(zhǎng)度： 連桿長(zhǎng)度： 曲柄長(zhǎng)度: 為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有良好的傳動(dòng)力特性；即要求設(shè)計(jì)時(shí)使得機(jī)構(gòu)的最大壓力角具有最小，,應(yīng)此分析得出:只有將構(gòu)件5即B點(diǎn)移到兩極限位置連線的中垂線上,才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的最大壓力角具有最小值。分析如下：當(dāng)導(dǎo)桿

15、擺到左邊最大位置時(shí)，最大壓力角為，刨頭可能的最大壓力角位置是導(dǎo)桿B和，設(shè)壓力角為 ， （見(jiàn)下圖）。根據(jù)幾何關(guān)系=。由于與，呈背離關(guān)系，即增加則，減小且。則要使機(jī)構(gòu)整體壓力最小，只要有=，當(dāng)刨頭處于導(dǎo)桿擺弧平均置處 =，則 圖3-1（牛頭刨床簡(jiǎn)圖）3.2建模根據(jù)已知數(shù)據(jù)和求出的數(shù)據(jù)用solidworks建模如圖3-2 圖3-2（solidworks建模）3.3凸輪設(shè)計(jì) 3.3.1原理 設(shè)計(jì)凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個(gè)機(jī)構(gòu)加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動(dòng)，而從動(dòng)件連同機(jī)架將以（）繞凸輪軸心O2逆時(shí)針?lè)较蚍崔D(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動(dòng)件將按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律繞其軸心O9相對(duì)機(jī)架擺動(dòng)，

16、則從動(dòng)件的尖頂在復(fù)合動(dòng)中的軌跡就是要設(shè)計(jì)的凸輪輪廓。 3.3.2基圓半徑基圓半徑受到以下三方面的限制：     基圓半徑r0應(yīng)大于凸輪軸的半徑rs；     應(yīng)使機(jī)構(gòu)的最大壓力角max小于或等于許用壓力角；     應(yīng)使凸輪實(shí)際廓線的最小曲率半徑大于許用值，即smin最后得到的數(shù)據(jù)如表3-1 表3-1求得數(shù)據(jù)表符號(hào)maxlO9DlO9O2rorts單位°mm°數(shù)據(jù)151261506115701070第4章運(yùn)動(dòng)分析及公式推理4.1導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)分析 要求：導(dǎo)桿機(jī)

17、構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。根據(jù)已定出的尺寸參數(shù)及原動(dòng)件轉(zhuǎn)速n,用解析法求出當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角1從刨頭處于最左側(cè)起，沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向沒(méi)隔10度計(jì)算一組運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其中包括各構(gòu)件的角位置，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側(cè)為零點(diǎn)），速度和加速度；并用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在同一副圖中繪出刨頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線，并分析結(jié)果合理性步驟： 圖4-2（運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖） 如圖4-2，建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢及其方位角由封閉形O2AO402可得： （為機(jī)架）分別在X，Y軸上投影可得： （1） （2）由封閉圖形BCG可得： （為G的距離）分別在X，Y軸上投影得； （3） （4）聯(lián)解（1）（2）（3）（4）得：=arctan

18、 0,/23/2,2=+ arctan /2,3/2=arcsin 0,/23/2,2=- arcsin /2,3/2C點(diǎn)的位移：= lcos+ lcos C點(diǎn)的速度：= C點(diǎn)加速度： =第5章 靜力分析5.1 曲柄圖5-1（曲柄受力圖） 5.2導(dǎo)桿 圖5-2（導(dǎo)桿受力圖）=0, F+F-Fsin=0 ； =0, F+F+ Fcos-mg=0；=0, - Flsin+ Flcos-1/2 mg lcos+ Fs=0 5.3滑塊 圖5-3（滑塊受力圖） =0, Fsin-F=0 =0, - Fcos-F=05.4連桿圖5-4（連桿受力圖） =0, -F-F=0； =0, F-F=0； M=0，

19、Flcos+ Flsin=0綜上所述聯(lián)立方程求得F=- FF=- FtanF=- FtanF=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）/ sF=- F+（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF= mg- Ftan-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）cos/ sF=-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF=（Flsin- Ftan lcos+1/2 mg lcos）cos/ s= F= FT=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）lcos(-)/ s 第6章 分析結(jié)果6.1刨頭的位移曲線 圖6-1（位移曲線）6.2刨頭的速度曲線 圖6-2（速度曲線）6.3刨頭的加速度曲線 圖6-3（加速度曲線）6.4平衡力矩的變化曲線 圖6-4（平衡力矩曲線）6.5根據(jù)反轉(zhuǎn)法畫(huà)凸輪和滾子 圖6-5（凸輪理論輪廓） 圖6-6（凸輪實(shí)際輪廓）結(jié)論 在本設(shè)計(jì)中，我經(jīng)過(guò)多種方案的設(shè)計(jì)，定性的選擇了一種比較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)已知數(shù)據(jù)求得了機(jī)構(gòu)的極位夾角和桿長(zhǎng)，還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的凸輪，最后，經(jīng)過(guò)解析法和運(yùn)動(dòng)仿真得出了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖，速度線圖和加速度線圖，經(jīng)分析，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，能夠達(dá)到牛頭刨床