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  安徽理工大学机械原理课程设计 目 录 一、设计题目2 1、牛头刨床的机构运动简图2 2、工作原理2 二、原始数据3 三、机构的设计与分析4 1、齿轮机构的设计4 2、凸轮机构的设计10 3、导杆机构的设计16 四、设计过程中用到的方法和原理26 1、设计过程中用到的方法26 2、设计过程中用到的原理26 五、参考文献27 六、小结28 一、设 计 题 目 牛头刨床传动机构 1、牛头刨床的机构运动简图 2、工作原理 牛头刨床是对工件进行平面切削加工的一种通用机床,其传动部分由电动机经带传动和齿轮传动z0z1、z1、z2,带动曲柄2作等角速回转。刨床工作时,由导杆机构2、3、4、5、6带动刨刀作往复运动,刨头右行时,刨刀进行切削,称为工作行程;刨头左行时,刨刀不进行切削,称为空回行程,刨刀每切削完一次,利用空回行程的时间,固结在曲柄O2轴上的凸轮7通过四杆机构8、9、10与棘轮11和棘爪12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。 二、原 始 数 据 设计数据分别见表1、表2、表3. 表1 齿轮机构设计数据 设计内容 齿轮机构设计 符号 n01 d01 d02 z0 z1 z1’ m01 m1’2 n2 单位 r/min mm mm mm mm r/min 方案Ⅰ 1440 100 300 20 40 10 3.5 8 60 方案Ⅱ 1440 100 300 16 40 13 4 10 64 方案Ⅲ 1440 100 300 19 50 15 3.5 8 72 表2 凸轮机构设计数据 设计内容 凸轮机构设计 符号 LO2O4 LO4D φ [α] δ02 δ0 δ01 δ0/ r0 rr 摆杆运动规律 单位 mm mm ° ° ° ° ° ° mm mm 方案Ⅰ 150 130 18 45 205 75 10 70 85 15 等加速等减速 方案Ⅱ 165 150 15 45 210 70 10 70 95 20 余弦加速度 方案Ⅲ 160 140 18 45 215 75 0 70 90 18 正弦加速度 方案Ⅳ 155 135 20 45 205 70 10 75 90 20 五次多项式 表3 导杆机构设计数据 设计内容 导杆机构尺度综合和运动分析 符号 K n2 LO2A H LBC 单位 r/min mm 方案Ⅰ 1.46 60 110 320 0.25LO3B 方案Ⅱ 1.39 64 90 290 0.3LO3B 方案Ⅲ 1.42 72 115 410 0.36LO3B 表4 机构位置分配表 位置号 位置组号 学生号 A B C D 1 1 3 6 8/ 10 2 5 8 10 7/ 1/ 4 7 8 10 1 5 7/ 9 12 2 1/ 4 7 8 11 1 3 6 8/ 11 2 5 7/ 9 11 1/ 3 6 8/ 11 3 2 5 7/ 9 12 1/ 4 7 9 12 1 3 6 8/ 12 2 4 7 8 10 三、机构的设计与分析 1、齿轮机构的设计 已知条件 设计内容 齿 轮 机 构 设 计 符号 单位 方案Ⅱ 1440 100 300 16 40 13 4 10 64 设计内容与步骤 (1)计算齿轮的齿数 由 (11) 得 (2)选择传动类型 ① 按满足不根切、重迭系数、齿顶圆齿厚、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 (12)故采用正传动。 ② 按满足不根切、重迭系数、齿顶圆齿厚、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 (13)故采用负传动。 (3)验算不根切最小变位系数 ① (14) 不会发生根切 (15) 不会发生根切 ② (16) 不会发生根切 (17) 不会发生根切 (4)计算中心距变动系数(y)和齿顶高降低系数(△y) ①由无侧隙啮合方程 (18) 得 由表得,,则插值 (19) 得 标准中心距为 (110) 实际中心距为 (111) 中心距变动系数为 (112) 齿顶高降低系数为 (113) ② 由无侧隙啮合方程 (114) 得 由表得,,则插值 (115) 得 标准中心距为 (116) 实际中心距为 (117) 中心距变动系数为 (118) 齿顶高降低系数为 (119) (5)计算齿轮的几何尺寸 ① 小齿轮(mm) 大齿轮(mm) 表3-1 ② 小齿轮(mm) 大齿轮(mm) 表3-2 (6)检验齿顶圆齿厚和重迭系数 ① 由渐开线齿廓压力角的定义得 齿顶圆压力角 (120) (121) 小齿轮的齿顶圆齿厚 (122) 大齿轮的齿顶圆齿厚 (123) 重迭系数 (124) 所以,校核满足条件。 ② 由渐开线齿廓压力角的定义得 齿顶圆压力角 (125) (126) 小齿轮的齿顶圆齿厚 (127) 大齿轮的齿顶圆齿厚 (128) 重迭系数 (129) 所以,校核满足条件 。 (7)按比例绘出单、双齿对啮合区 ① 选取比例尺 图中粗实线部分为双齿对啮 合区,其余为单齿对啮合区。 图2 ② 选取比例尺 图中粗实线部分为双齿对啮合区,其余为单齿对啮合区。 图3 2、凸轮机构的设计 已知条件 设计内容 凸 轮 设 计 符号 摆杆运动规律 单位 mm mm mm mm 方案Ⅰ 150 130 18 45 205 75 10 70 85 15 等加速等减速 设计内容与步骤 (1)计算各分点的角位移值 推程运动阶段 摆杆按等加速运动规律上摆() (21) 其中,,取为一个分度值,则 () 0 7.5 15 22.5 30 37.5 () 0 0.36 1.44 3.24 5.76 9 摆杆按等减速运动规律上摆() (22) 其中,, 取为一个分度值,则 () 37.5 45 52.5 60 67.5 75 () 9 12.24 14.76 16.56 17.64 18 回程运动阶段 摆杆按等加速运动规律下摆() (23) 其中,,取为一个分度值,则 () 0 5 10 15 20 25 30 35 () 18 17.816 17.265 16.347 15.061 13.408 11.388 9 摆杆按等减速运动规律下摆() (24) 其中,,取为一个分度值,则 () 35 40 45 50 55 60 65 70 () 9 6.612 4.592 2.939 1.653 0.735 0.184 0 (2)选取,由作出凸轮的基圆,以凸轮轴心为圆心,以为半径作一圆,摆杆的回转轴心在反转过程中依次所占据的位置即在此圆上,如图所示。 (3)用反转法作图绘制凸轮的理论轮廓与实际轮廓,如图所示。 (4)由定性分析可知,最大压力角出现在远休止阶段,如图所示。 从图中量得,而摆动推杆,所以 故压力角满足力学条件,符合设计要求。 (5)用解析法计算凸轮理论轮廓和实际轮廓,计算值与图解法的相应点的值进行比较,并计算误差。 摆杆的初始位置角 (25) 滚子中心处D点的直角坐标为 (26) Ⅰ 计算理论轮廓 推程阶段 ①点4, 从图中量得, 误差 ②点8, 从图中量得, 误差 回程阶段 ③点17, 从图中量得, 误差 ④点23, 从图中量得, 误差 Ⅱ 计算实际轮廓 推程阶段 ①点4,,, 因为凸轮的工作线为内等距线,所以 从图中量得, 误差 ②点8,,, 因为凸轮的工作线为内等距线,所以 从图中量得, 误差 回程阶段 ③点17,,, 因为凸轮的工作线为内等距线,所以 从图中量得, 误差 ④点23,,, 因为凸轮的工作线为内等距线,所以 从图中量得, 误差 3、导杆机构的设计 已知条件 设计内容 导 杆 机 构 尺 度 综 合 和 运 动 分 析 符号 K H 单位 mm 方案Ⅰ 1.46 60 110 320 (1)确定导杆和机架的长度 ①由 (1)得 ②由①得 由对称性可知 (2)确定滑枕导路的位置 根据传力最有利条件可知,在B和B’位置处的传动角应相等,由此可知滑枕导路应位于处。 (3)导杆机构的运动分析 ①画机构运动简图 根据前面求得的六杆机构各杆尺寸, 选取比例尺,在1号图纸上画出机构位置图,并按所分配的5个曲柄位置画出机构的5个相应位置。其中一个位置用粗实线个位置则用虚线画出。作图时,曲柄位置图的作法(图4)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、412等,是由位置1起沿曲柄转向即ω2方向将曲柄圆周作12等分的位置。 ②用图解法求解速度加速度 曲柄的角速度为 Ⅰ 曲柄位于2位置时 第一个点 大小 方向 取.做速度矢量图.由速度影像法得 大小 √ 方向 //DE 继续做速度矢量图 大小 方向 取.做加速度矢量图.由加速度影像法得 大小 √ 方向 √ 继续做加速度矢量图. Ⅱ 曲柄位于5位置时 第二个点 大小 方向 取.做速度矢量图.由速度影像法得 大小 √ 方向 //DE 继续做速度矢量图 大小 方向 取.做加速度矢量图.由加速度影像法得 大小 √ 方向 √ 继续做加速度矢量图. Ⅲ 曲柄位于位置时 第三个点 大小 方向 取.做速度矢量图.由速度影像法得 大小 √ 方向 //DE 继续做速度矢量图 大小 方向 取.做加速度矢量图.由加速度影像法得 大小 √ 方向 √ 继续做加速度矢量图. Ⅳ 曲柄位于8位置时 第四个点 大小 方向 取.做速度矢量图.由速度影像法得 大小 √ 方向 //DE 继续做速度矢量图 大小 方向 取.做加速度矢量图.由加速度影像法得 大小 √ 方向 √ 继续做加速度矢量图. Ⅴ 曲柄位于10位置时 第五个点 大小 方向 取.做速度矢量图.由速度影像法得 大小 √ 方向 //DE 继续做速度矢量图 大小 方向 取.做加速度矢量图.由加速度影像法得 大小 √ 方向 √ 继续做加速度矢量图. ③作导杆机构运动线 120 150 180 位移(mm) 0 16 19.4 63 125 188 248 299 位置 7’ 8 8’ 9 10 11 12 1 转角(°) 185 210 213.7 240 270 300 330 360 位移(mm) 304 319.6 320 301 224.8 109.6 23.2 0 Ⅱ 速度线 120 150 180 速度(mm/s) 0 388 404 652.8 756 765.6 656 444.8 位置 7’ 8 8’ 9 10 11 12 1 转角(°) 185 210 213.7 240 270 300 330 360 速度(mm/s) 328 72 0 -588 -1252.5 -1296 -652 0 Ⅲ 加速度线 120 150 180 加速度() 6104 4032 3820 2100 675 -540 -1350 -3480 位置 7’ 8 8’ 9 10 11 12 1 转角(°) 185 210 213.7 240 270 300 330 360 加速度() -3800 -6060 -6560 -8600 -6300 5040 8890 6104 三、设计过程中用到的方法和原理 1、设计过程中用到的方法 为了切制齿数 而不发生根切的齿轮,可减小及加大。但减小,将使重合度减小,增大将使功率损耗增加,且要采用非标准刀具。故尽量不采用这些方法,而最好的方法是采用变位修正法。 所谓变位修正法,就是用改变刀具与轮坯的相对位置,使刀具的齿顶线点,来避免根切现象的加工方法。这样加工出来的、、、 及 仍为标准值,而 的齿轮就称为变位齿轮。其刀具的移距 称为径向变位量。其中称为径向变位系数或变位系。当时,称为正变位,所加工的齿轮称为正变位齿轮;当时,称为负变位,所加工的齿轮称为负变位齿轮。 2、设计过程中用到的原理 当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后,就可以进行凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮廓线设计的方法作图法和解析法 无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线,所依据的基本原理都是反转法原理。 在设计凸轮廓线时,可假设凸轮静止不动,而其推杆相对凸轮作反转运动,同时又在其导轨内作预期运动,作出推杆在这种复合运动中的一系列位置,则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。 五、参考文献 【1】 孙桓 陈作模 葛文杰(主编)机械原理(第七版)·高等教育出版社2006·5 【2】 邹慧君(主编)机械原理课程设计手册·高等教育出版社1998·6 【3】张卫国 饶芳主编机械设计基础篇华中·科技大学出版社2006·9 【4】张永安主编 编著徐锦康 王超英编著机械原理课程设计指导·高等教育出版社1995·10 【5】赵明岩著 陈秀宁审大学生机械设计竞赛指导·浙江大学出版社2008·8 【6】王为 汪建晓主编吴昌林主审机械设计·华中科技大学出版社2007·2 【7】廖念钊 古莹菴 莫雨松 李硕根 杨兴骏编著互换性与技术测量·中国计量出版社2007·6 【8】马永林 何元庚 汤茜茜朴编机械原理高等教育出版社1992·4 【9】郭红星 宋敏 庞军主编主审机械设计基础·西安电子科技大学出版社2006·2 【10】宋昭祥主编机械制造基础·机械工业出版1998·10 【11】张定华主编工程力学·高等教育出版社2003 【12】陆金贵主编凸轮制造技术·机械工业出版1996 【13】张策 主编机械原理与机械设计·机械工业出版2004 【14】黄纯颖主编工程设计方法·中国科学技术大学出版社1999 【15】吴宗泽主编高等机械零件·清华大学出版社1998 六、 小 结 经过几天不断的努力,身体有些疲惫,但看到劳动后的硕果,心中又有几分喜悦。总而言之,感触良多,收获颇丰。 通过认真思考和总结,机械设计存在以下一般性问题机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程,不可能有固定不变的程序,设计过程须视具体情况而定,大致可以分为三个主要阶段产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。值得注意的是机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程,我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息,直到完成整个产品设计;设计过程是一个逐步求精和细化的过程,设计初期,我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的,许多细节在一开始不是很清楚,随着设计过程的深入,这些关系才逐渐清楚起来;机械设计过程是一个不断完善的过程,各个设计阶段并非简单的按顺序进行,为了改进设计结果,经常需要在各步骤之间反复、交叉进行,指导获得满意的结果为止。 获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的配合,精细的分工,精诚的合作,不断的拼搏,共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。 在这里,特别要感谢一下刘老师。经过她的精心指导,我们多了几分激情,少了几分麻烦,多了几分灵感,少了几分忧虑。 30

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