1、 機械原理課程設計學生姓名：xxx指導教師：xxx學 院：xxx專業班級：xxx學 號xxx2018年1月前言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。是培養學生機械運動方案設計、創新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的一門課程。其基本目的在于：（）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

2、算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術資料的能力。（5）培養學生綜合運用所學知識，理論聯系實際，獨立思考與分析問題能力和創新能力。機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構（連桿機構、飛輪機構凸輪機構）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、飛輪等。目錄1、 課程設計任務書3 (1)工作原理及工藝動作過程 3(2)原始數據及設計要求 4 2、 設計（計算）說明書5（1）畫機構的運動簡圖 5（2）機構運動分析7對位置120°點進行速度分析和加速度分析7（3）對位置120°點進行動態靜力分析113、擺動滾子從動件盤形凸輪機構的設計144

3、、齒輪的設計175、參考文獻 186、心得體會197、附件19一、課程設計任務書1. 工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。刨床工作時, 如圖(1-1）所示，由導桿機構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；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。切削阻力如圖(b）所示。O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖（1-1）2原始數據及設計要求設計內容導

4、桿機構的運動分析符號n2單位r/minmm方案II64350905800.30.520050已知 曲柄每分鐘轉數n2，各構件尺寸及重心位置，且刨頭導路x-x位于導桿端點B所作圓弧高的平分線上。要求 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。以上內容與后面動態靜力分析一起畫在1號圖紙上。二、設計說明書(詳情見A2圖紙) 1畫機構的運動簡圖1、以O4為原點定出坐標系，根據尺寸分別定出O2點，B點，C點。確定機構運動時的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為：取1和8為工作行程起點和終點所對應的曲柄位置，1和7為切削起點和終點所對應的曲柄位置，其余2、312等，是由位置1起

5、，順2方向將曲柄圓作12等分的位置（如下圖）。取第方案的120°位置（如下圖）。、機構運動分析（1）曲柄位置“120°”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“120°”進行速度分析。因構件2和3在A處的轉動副相連，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.702rad/sA3=A2=2·lO2A=6.702×0.09m/s=0.603m/s（O2A）取構件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4

6、B O2A O4B取速度極點P，速度比例尺µv=0.02(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-2圖1-2取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 C=B+CB大小 ? ?方向 XX(向左) O4B BC取速度極點P，速度比例尺v=0.02(m/s)/mm, 作速度多邊形如圖1-2。Pb=P a4·O4B/ O4A=14.5 mm則由圖1-2知， C=PC·v=0.28m/s 加速度分析：取曲柄位置“120°”進行加速度分析。因構件2和3在A點處的轉動副相連，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.702rad/s, =22·l

7、O2A=6.7022×0.09 m/s2=4.04 m/s2 取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3v大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿導路）取加速度極點為P,加速度比例尺µa=0.10（m/s2）/mm,=42lO4A=0.5082×0.3148 m/s2=0.08 m/s2aA4A3K=24A4 A3=0.59 m/s2aA3n=4.04 m/s2作加速度多邊形如圖1-3所示,則由比例得aA4=4.48m

8、/s2aB=8.25m/s24=aA4÷lO4A×1000=14.23rad/s2（逆）圖3則由圖1-3知, 取5構件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac= aB+ acBn+ a cB大小 ? ?方向導軌 CB BC由其加速度多邊形如圖13所示,有ac =p c·a =8.13m/s2機構運動分析數據項目位置V6 6 S444圖解線圖解析圖解解析圖解大小/方向大小/方向120°0.288.134.130.508/逆14.23/逆單位 米 / 秒米/秒2米/秒21/ 秒1 / 秒2、機構動態靜力分析取“120°”點為研究對象，F14=-（G4/

9、g）×aS4 =-（220/9.8）×4.13=-92.714NM14=4JS4=14.23×1.2=17.076N·mLh4=M14÷F14=184mm取5、6基本桿組進行運動靜力分析，作示力體如圖14所示。圖14已知G6=800N，又ac= 8.13m/s2,可以計算F16=-（G6/g）×ac =-（800/9.8）×8.13=-663.673N 又F=FR16+ F16+ G6+ FR56=0大小 ? ？方向 xx xx xx BC作為多邊行如圖1-5所示，µN=100N/mm。圖1-5由圖1-7力多邊形可

10、得： FR16 =768.279N FR56 =664.431N取構件3、4基本桿組為示力體(如圖1-6所示)MO4=0FR54×lh1+F14×(lh2+lh4)+G4×lh3-FR34×lO2A=0FR34=(664.4*567.35+92.714*(289.95+184)+220*71.80)÷314.80=1387.23N F=0 FR54+G4+F14+FR34+FR14=0 FR14=594.33N 圖1-6作力的多邊形如圖1-7所示，µN=100N/mm。 圖1-7 對曲柄2進行運動靜力分析，作曲柄平衡力矩如圖1-8所示

11、，圖1-8MO2=0 FR32×lh-Mb=0Mb=1387.29×24.30÷1000N·m=33.71N·m機構力分析數據 項目位置圖 解 法解 析 法PI4PI6PI4MI4LhPI4PI6PI4MI4Lh120°92.714663.67392.71417.0760.184單位 N(牛)Nmm(米) NNmm(米)某位置的平衡力矩（單位：N·m）項 目位 置FrFR6FR65FR54FR23FRO2PR04Mb大小 / 方向120°圖解0768.279664.431664.4311387.231387.235

12、94.3333.71/順解析單位 N (牛)N·m（牛米）三、擺動滾子從動件盤形凸輪機構的設計（詳情見A2圖紙）1.由方案二數據得知：擺桿長度lO9D為135mm，最大擺角max為15°，許用壓力角為38°，推程運動角為70°，遠休止角S，回程運動角為70°，近休止角S為210°。擺桿9為等加速等減速規律，所以加速度為常數，所以位移是角度的二次函數。2.運動的劃分：設升程為擺桿擺動15°末端滑塊運動的弧長h=lO9D2·15°360°=35.34mm按照等加速等減速運動規律，擺桿前7.5

13、6;作勻加速運動，后7.5°作勻減速運動，將整個行程分為10段，每段運動時間占總時間的十分之一。分段點1234567891011擺桿角度(°)00.31.22.74.87.510.212.313.814.715推程(mm)00.712.826.3611.3117.6724.0328.9832.5134.6335.34凸輪角度(°)07142128354249566370O2O9iDi(°)17.317.618.52022.124.827.529.631.13232.33.基圓半徑的確定：當凸輪轉過70°時，滾子中心以等加速等減速規律經過的弧長為

14、35.34mm，限定最大壓力角max=38°，所以將凸輪轉角70°對應上半圓周的點與最大壓力角38°對應下半圓周的點以直線相連，交等加速等減速運動標尺于0.7處，于是根據諾模圖，h/r00.7；由于h=35.34mm，所以基圓半徑r050.5mm。圖1 諾模圖4.理論輪廓線的繪制：1) 設凸輪角度為0°時的壓力角為20°，測量出lO9O2=159.50mm2) 以O2為圓心，lO9O2為半徑畫圓，此圓即為擺桿支座O9相對于凸輪中心的運動軌跡3) 以O2為起點作射線，設此射線為y軸，對應凸輪的0°，以順時針方向為正方向，每隔7°

15、;作一條射線，一共十一條射線4) 在每條射線上分別取一個點Di，在O9軌跡圓上取其對應點O9i使兩點距離始終為135mm5) 此兩點連線DiO9i與O9iO2之間夾角O2O9iDi的大小位于上表中第五行，于是可確定Di在各條射線上的徑向位置6) 將各Di連接成平滑曲線即凸輪的理論輪廓線5.滾子半徑的確定：實際輪廓線則根據滾子的大小確定，為了避免擺桿與凸輪發生運動干涉，取滾子半徑為7mm6.實際輪廓線的繪制：1) 以各個D為圓心畫滾子，滾子靠近凸輪一側的包絡線即為升程的實際輪廓線2) 以lD11O2為遠休止圓半徑，遠休止角為10°畫圓弧3) 回程理論輪廓線與升程對稱4) 近休止圓半徑為

16、基圓半徑減去滾子半徑等于43.50mm，近休止角為210°7.壓力角的校核：當凸輪轉過的角度約為35°時達到最大壓力角max30°=38°，所以符合要求。圖2 凸輪實際輪廓線四、齒輪的設計（詳情見A2圖紙）齒數的確定：總傳動比ioo2=1440/64=22.5ioo2=(do”z1z2)/(dozo”z1)22.5=300×40×z2/(100×16×13)得z2=39因為zo”=1617，z1=1317，為了防止根切，對兩對齒輪進行變位，小齒輪正變位，大齒輪負變位，采用等變位。變位系數的運用公式xmin=ha*(

17、zmin-z)/zmin（其中zmin=17）來選擇，以下是表格：名稱符號12O”1'公式模數m6644齒數z13391640壓力角/°20202020變位系數x0.236-0.2360.059-0.059節圓直徑d'/mm7823464160zm齒頂高系數ha*1111頂隙系數c*0.250.250.250.25嚙合角'/°2020齒頂高ha/mm7.424.584.243.76m(ha*+x)齒根高hf/mm6.088.924.765.24m(ha*+c*-x)齒頂圓直徑da/mm92.83243.1772.47167.53d+2ha齒根圓直徑df/mm65.83216.1754.47149.52d-2hf中心距a/mm224156(d1+d2)/2中心距變動系數y0000齒頂高降低系數y0000五、參考文獻1、機械原理/孫恒，陳作模，葛文杰主編8版北京2013.42、理論力學/哈爾濱工業大學理論力學研究室編7版北京2009.73、機械原理課程設計實例與題目/中南大學機電工程學院機械學教研室2004.5 4、劉毅. 機械原理課程設計M. 3版. 武漢：華中科技大學出版社，2017