機械原理課程設(shè)計——牛頭刨床說明書

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文檔簡介

1、　　《機械原理》　　課程設(shè)計說明書　　題目：牛頭刨床的設(shè)計與分析　　專業(yè)：車輛工程　　班級： 11-2

2、　　姓名： xxx　　學(xué)號：xxxxxxxxx　　指導(dǎo)教師：xxx　　2013 年5 月　　摘要&

3、lt;/b>　　牛頭刨床設(shè)計的主要內(nèi)容在于齒輪減速傳動機構(gòu)以及主體機構(gòu)的設(shè)計，其基本原理是將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為刨刀的往復(fù)切削運動。兩種運動的轉(zhuǎn)換通過機械原理中的不同機構(gòu)配合使用很容易實現(xiàn)，但如何使刨床處于更好的工作狀態(tài)就需要進行深入的比較分析了。這對于機構(gòu)的選擇以及機構(gòu)的尺寸設(shè)計提出了深層次的要求。　　該設(shè)計用轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)與對心曲柄滑塊機構(gòu)進行組合，

4、通過合理的的桿件尺寸設(shè)計使得牛頭刨床工作處于平順穩(wěn)定的狀態(tài)。設(shè)計過程中運用多種軟件進行刨床的動力學(xué)以及運動學(xué)分析，通過不斷對運動曲線的優(yōu)化比較選擇出最佳方案。本設(shè)計傳動機構(gòu)主要從滿足執(zhí)行構(gòu)件需求的角度出發(fā)，根據(jù)齒輪設(shè)計原理進行合理地傳動比分配，以及相應(yīng)電機功率的選擇。本設(shè)計優(yōu)點在于能夠提供充分的理論依據(jù)來正視設(shè)計的合理性以及可行性，同時在實現(xiàn)在滿足任務(wù)書要求的基礎(chǔ)上能夠?qū)υO(shè)計進行優(yōu)化與整合。&l

5、t;b>　　目錄　　一、機械原理課程設(shè)計的目的與任務(wù)- 1 -　　1、課程設(shè)計的目的- 1 -　　2、課程設(shè)計的任務(wù)- 1 -　　3、課程設(shè)計的準備和注意事項- 1 -　　4、主要參數(shù)- 2 -

6、　　二、主體機構(gòu)設(shè)計：- 2 -　　1、主體運動的運動要求和動力要求- 2 -　　2、設(shè)計要求- 2 -　　3、主體機構(gòu)設(shè)計可在以下幾種方案中選擇- 2 -　　4、主傳動機構(gòu)尺寸的綜合與確定[1]:- 4 -</p

7、>　　5、解析法運動分析及程序- 5 -　　6、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定- 10 -　　三、齒輪機構(gòu)設(shè)計- 13 -　　1、設(shè)計要求：- 13 -　　2、傳動方案設(shè)計- 14 -　　1）計算傳動裝置

8、的總傳動比并分配傳動比：- 14 -　　2）計算傳動裝置各軸的轉(zhuǎn)速：- 14 -　　3）各軸輸入的功率- 15 -　　4）各軸輸入的轉(zhuǎn)矩- 15 -　　3、電機選擇- 16 -　　4、齒輪1、2設(shè)計結(jié)果- 16 -&l

9、t;/p>　　1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)- 16 -　　2）幾何尺寸計算。- 16 -　　5、齒輪3、4設(shè)計結(jié)果- 17 -　　1）齒數(shù)、傳動比以及嚙合角的選擇- 17 -　　2）變位系數(shù)的確定- 17 -</p&g

10、t;　　3）確定齒輪3、4的詳細參數(shù)- 17 -　　4）齒輪軸直接的選擇- 18 -　　四、個人總結(jié)- 18 -　　五、參考文獻：- 19 -　　一、機械原理課程設(shè)計的目的與任務(wù) 　　1、課程設(shè)計的

11、目的 　　機械原理課程設(shè)計是繼機械原理課程之后獨立的設(shè)計課程。其目的是進一步加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。使學(xué)生對于機構(gòu)分析與綜合的基本理論、基本方法有一個系統(tǒng)的完整的概念，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立解決機構(gòu)設(shè)計問題的能力和使用計算機解決工程技術(shù)問題的能力。同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。 　　2、課程設(shè)計的任務(wù)</p&

12、gt;　　課程設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)要求擬定和論證機器的主體機構(gòu)的設(shè)計方案，并對選定方案進行運動分析，確定飛輪轉(zhuǎn)動慣量，對齒輪機構(gòu)進行設(shè)計計算，最后完成設(shè)計圖紙，設(shè)計說明書（A4紙）（如果在計算過程中借助計算機計算，則需要打印源程序和計算結(jié)果、圖表結(jié)果）。設(shè)計說明書統(tǒng)一按規(guī)定格式要求撰寫。 　　課程設(shè)計包括，主體機構(gòu)設(shè)計，齒輪機構(gòu)設(shè)計兩個部分。<p&

13、gt;　　3、課程設(shè)計的準備和注意事項 　　在課程設(shè)計前要閱讀指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)有關(guān)課程內(nèi)容，擬定主體機構(gòu)的設(shè)計方案前要查閱有關(guān)資料，觀看錄像片，了解各種機構(gòu)及其使用場合。　　（1）根據(jù)牛頭刨床的機構(gòu)簡圖及必要的數(shù)據(jù)，進行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析和運動動　　力學(xué)分析；</p&

14、gt;　　（2）為了提高生產(chǎn)效率，要求刨刀的往復(fù)切削運動具有急回特性（切削時刨刀的移動速　　度低于空行程速度）；　?。?）刨刀切削運動速度平穩(wěn)；　?。?）要求機構(gòu)具有良好的傳力特性（在整個行程中推動牛頭刨床應(yīng)有較小的壓力角）　　4、

15、主要參數(shù)　　切削力P=4000N，傳動角γ=60 °，曲柄轉(zhuǎn)速n=60r/min,導(dǎo)程H=150mm　　二、主體機構(gòu)設(shè)計：　　1、主體運動的運動要求和動力要求 　?。?）刨刀工作行程要求速度比較平穩(wěn)，空回

16、行程時刨刀快速退回，機構(gòu)行程速比系數(shù)在1.4左右。 　?。?）刨刀行程H=150mm。曲柄轉(zhuǎn)速、切削力、許用傳動角等見主要參數(shù)。　?。?）切削力P大小及變化規(guī)律如圖1所示，在切削行程的兩端留出一點空程。 　　圖1 切削力<b&g

17、t;　　2、設(shè)計要求 　　在滿足運動要求和動力要求的條件下，對選定的方案用圖解法作一個一般位置的運動分析，包括機構(gòu)運動簡圖，速度，加速度圖（要保留作圖痕跡）。　　3、主體機構(gòu)設(shè)計可在以下幾種方案中選擇 　　A、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)組合 　　B、轉(zhuǎn)

18、動導(dǎo)桿機構(gòu)與對心曲柄滑塊機構(gòu)組合 　　C、偏置曲柄滑塊機構(gòu) 　　D、曲柄搖桿機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)組合 　　E、雙曲柄機構(gòu)與對心曲柄滑塊機構(gòu)組合 　　F、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)組合 　　G、擺動從動件凸輪機構(gòu)與搖桿滑塊機構(gòu)組合&l

19、t;/p>　　比較運動方案【3】　　以B方案設(shè)計　　機構(gòu)運動簡圖如下圖（圖上角度只是一種情況的展示）具體圖紙見附錄一：　　圖2

20、　4、主傳動機構(gòu)尺寸的綜合與確定[1]:　　由　　可得θ=30　　自定義條件：桿長AC=0.020m,得AB=0.773m　　因此可以取CB=0.110m

21、;　　選取傳動角為60，所以壓力角為30.　　因此對稱曲柄滑塊機構(gòu)中　　取桿長CD=0.075m　　5、解析法運動分析及程序　?、沤馕龇ǖ玫降姆匠淌剑?lt;/p>　　設(shè) <

22、;p>　　(1)　　(2)　　由上(1)(2)兩式得：　　對于對心曲柄滑塊【2】：（設(shè)）　　解得　　對時間進行

23、一次及二次求導(dǎo)，可得滑塊的速度及加速度：　　若連桿DE的的角速度為和角加速度，可得　?、聘鶕?jù)解析法設(shè)計的C語言程序　　#include<stdio.h>　　#include<math.h>　　#define

24、 PI 3.1415926　　int main(void)　　{　　double a=0.07727,b=0.1,d=0.020,f=120*PI/60;　　/*a=AB,b=CD,d=AC,f= ω 1 */

25、　　double B,F,L;　　/*B= θ 3, F = ω 3， L= а 3 ， */　　double M, K ; 　　/*M=θ2 ,K=θ4*/　　double U,V,W,Z; 　　/*U=s

26、c位置,V=滑塊速度，W=滑塊加速度,Z=連桿2的角速度*/ 　　double x=0;　　printf(" 轉(zhuǎn)角1 θ2 θ3 位置滑塊速度滑塊加速度 CB桿的角速度ω3 CB桿的加速度\n");　　while(x<6.3)</p

27、>　　{　　if(x>205/360*PI)　　B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x))); 　　else 　　B=PI+atan((d+a*

28、sin(x))/(a*cos(x)));/* 求 θ 3*/　　M=PI-x,K=asin(-0.075/0.150*sin(M)); /*求第二步的兩個角*/ 　　Z=-(0.075/0.150)*(cos(M)/cos(K))*F; 　　if(B<0)</p&

29、gt;　　B=PI+B;　　F=(a*f*(a+d*sin(x)))/(d*d+a*a+2*d*a*sin(x)); /* 求 ω 3*/　　L=((d*d-a*a)*d*a*f*f*cos(x))/((d*d+a*a+2*d*a*sin(x))*(d*d+a*a+<

30、;p>　　2*d*a*sin(x))); /* 求 а 3*/　　if(x<PI)　　U=0.075*cos(M)+sqrt(0.150*0.150-0.075*0.075*sin(M)*sin(M));/*求位置*/ 　　else</b&

31、gt;　　U=0.075*cos(M)+sqrt(0.150*0.150-0.075*0.075*sin(M)*sin(M)); /*求位置*/ 　　V=-0.075*F*(sin(M)-cos(M)*tan(K));/*求滑塊速度*/ 　　W=-0.075*F*F*(cos(M)+sin(M)*tan(K))

32、-0.150*Z*Z*(cos(K)+sin(K)*tan(K));/*求滑塊加速度*/ 　　printf("%3.0f %.1f %3.2f %3.3f %3.3f %3.1f %3.2f %3.2f \n",x*180/PI,M*180/PI,(B*180)/PI,U,V,W,F,L);

33、　　x=x+PI*10/180;/*轉(zhuǎn)動構(gòu)件參數(shù)*/ 　　}　　system("pause");　　}　?、怯蒀語言得到數(shù)據(jù)，整理后的表格如下：<

34、p>　　由表格中的數(shù)據(jù)得到CB桿角度與AB桿的角度如圖3，得到的CB桿的角速度、角加速度——CB桿的角度如圖4，得到的滑塊的速度，加速度——CB桿的角度如圖5.　　圖3　　圖4　　圖5</

35、p>　　6、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定　?、奴@得等效阻力矩的C語言程序、表格，得到的等效阻力矩、等效動力矩——轉(zhuǎn)角弧度　　根據(jù)等功率條件，計算等效阻力矩：　　C語言程序：　　#include<stdio.h&

36、gt;　　#define PI 3.1415926　　int main(void)　　{　　double a=0.07727,b=0.100,d=0.020,f=120*PI/60;　　/*a

37、=AB,b=CD,d=AC,f= ω 1 */　　double B,F,L;　　/*B= θ 3, F = ω 3， L= а 3 ， */　　double M, K ; 　　/*M=θ2 ,K=θ4*/　　double U,

38、V,W,Z; 　　/*U=sc位置,V=滑塊速度，W=滑塊加速度,Z=連桿2的角速度*/ 　　double ZJ,P,MED,MER;/*轉(zhuǎn)矩，阻力，動力距，阻力矩*/ 　　P=4000;　　double x=0;

39、　　printf(" 轉(zhuǎn)角位移 MER 弧度\n");　　while(x<6.3)　　{　　B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x))); /* 求 θ 3*/

40、　M=PI-x,K=asin(-75/150*sin(M)); /*求第二步的兩個角*/ 　　Z=-(0.075/0.150)*(cos(M)/cos(K))*F; 　　if(B<0)B=PI+B;　　F=(a*f*(a+d*sin(x)))/(d*d+a*a+2*d*a*sin(x)); /* 求 ω 3

41、*/　　L=((d*d-a*a)*d*a*f*f*cos(x))/((d*d+a*a+2*d*a*sin(x))*(d*d+a*a+　　2*d*a*sin(x))); /* 求 а 3*/　　if(x<PI)　　U=0.075*

42、cos(M)+sqrt(0.150*0.150-0.075*0.075*sin(M)*sin(M));/*求位置*/ 　　else　　U=0.075*cos(M)+sqrt(0.150*0.150-0.075*0.075*sin(M)*sin(M)); /*求位置*/

43、V=-0.075*F*(sin(M)-cos(M)*tan(K));/*求滑塊速度*/ 　　W=-0.075*F*F*(cos(M)+sin(M)*tan(K))-0.150*Z*Z*(cos(K)+sin(K)*tan(K));/*求滑塊加速度*/ 　　MER=P*V/f;/*求動力距*/　　printf(&q

44、uot;%3.0f %3.5f %.1f %.4f\n",x*180/PI,U,MER,x); 　　x=x+PI*10/180;　　/*轉(zhuǎn)動構(gòu)件參數(shù)*/　　}　　system("pause"); &

45、lt;/p>　　}　　在有切削力的范圍內(nèi)得到的數(shù)據(jù)如下表格a：　　表格a　　圖5　?、频刃恿?lt;/b&g

46、t;　　由于等效動力矩為常數(shù)，故為一條水平直線，如圖5所示，得到的函數(shù)式為：　　在一個運動循環(huán)內(nèi)，等效動力矩所做的功等于等效阻力矩，故有：　　解得　　求圖5兩線焦點：<

47、;p>　　⑶最大盈虧功：　?、蕊w輪轉(zhuǎn)動慣量及電動機的平均功率　　三、齒輪機構(gòu)設(shè)計　　1、設(shè)計要求：　　齒輪傳動機構(gòu)統(tǒng)一采用圖1所示的設(shè)計方案，其參數(shù)按主

48、體機構(gòu)中刨刀的行程選取。電機輸入轉(zhuǎn)動，經(jīng)皮帶輪d1、d2及齒輪，Z1，Z2 及Z3，Z4，驅(qū)動主體機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動。電機轉(zhuǎn)速，皮帶輪直徑以及齒輪的模數(shù)見表2（選擇H=150mm的一行）。 　　齒輪1、2采用標準齒輪，齒輪3、4由于受力較大，擬采用正傳動。嚙合角建議在22°-25°之間選取。　　2、傳動方案設(shè)計</

49、b>　　圖一　　1）計算傳動裝置的總傳動比并分配傳動比：　　總傳動比為 =　　設(shè)計結(jié)果　　皮帶輪的傳動比 i

50、0=2.78　　齒輪1、2的傳動比 i1=2.16　　故i2=，可推出帶傳動的傳動比i2=4　　2）計算傳動裝置各軸的轉(zhuǎn)速：　　軸Ⅰ n1==518.4 （r/min）　　軸Ⅱ n2===240（r/min）</p&g

51、t;　　軸Ⅲ n3===60 （r/min）　　3）各軸輸入的功率　　軸Ⅰ P1=P入帶=391.670.96=376(w)　　軸Ⅱ P2=P1齒=391.67×0.96×0.97=364.72(w)&l

52、t;p>　　軸Ⅲ P3=P2齒=391.67×0.96×0.97×0.97=353.78（w）　　4）各軸輸入的轉(zhuǎn)矩　　設(shè)計結(jié)果： 　　電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩Td

53、 Td=9.55×10=9.55×10×=2.67（N·m）　　軸Ⅰ T1=Td帶i0=6.92（N·m）　　軸Ⅱ T2=T1齒i1=8.27×0.96×2.16

54、=14.35（N·mm）　　軸Ⅲ T3=T2齒i2=17.15×0.97×4=55.43（N·mm）　　將上述計算匯總于下表，以備查用：　　3、電機選擇　　根據(jù)要求取步轉(zhuǎn)速 n=1440 r

55、/min　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)要求P入=0.39167 kw　　4、齒輪1、2設(shè)計結(jié)果　　1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)　　按圖1所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。　　插床為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。</

56、p>　　材料選擇。由表1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）,小齒輪40Cr硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HBS，二者材料大齒45鋼硬度差為40HBS。　　選小齒輪齒數(shù)Z1=25，大齒輪齒數(shù)Z2=2.16×25＝54，取Z2=54。　　2）幾何尺寸計算。<

57、/p>　?。?）計算分度圓直徑　　d1 = Z1× m = 25×2 mm= 48 mm d1 =50mm　　d2 = Z2× m = 54×2 mm= 108mm d2 =108mm&

58、lt;b>　?。?）計算中心距 　　a == mm= 99mm a =99mm　?。?）計算齒頂高及齒頂圓直徑　　（） 　　計算齒根高及齒根圓直徑

59、　　計算頂隙　　5、齒輪3、4設(shè)計結(jié)果　　1）齒數(shù)、傳動比以及嚙合角的選擇　　2）變位系數(shù)的確定　?。?）正確安裝時變位系數(shù)的和　?。?/p>

60、2）齒輪三的最小變位系數(shù)　?。?）變位系數(shù)的分配　　確定齒輪3、4的詳細參數(shù)　　4）齒輪軸直接的選擇　　選擇齒輪軸材料為45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度217-225HBS,取c=115　　四、個人總結(jié)&l

61、t;/p>　　為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了。與此同時我完成了刨床傳動機構(gòu)的設(shè)計。作為一名車輛工程專業(yè)的學(xué)生，我認為這樣的實習(xí)是十分有意義的。通過本次課程設(shè)計我認識到，做到理論結(jié)合實踐從設(shè)計者的角度去考慮問題，努力調(diào)和并滿足機構(gòu)工作的要求并不是一件簡單的事，我們必須要全面的考慮問題。　　這個過程中，雖然忙碌中有些疲憊，但是收獲很大。理論課上我們只是學(xué)習(xí)齒輪、齒輪軸等簡單的選

62、擇與設(shè)計，但是這次課程設(shè)計將其結(jié)合到一起，需要整體考慮，每個數(shù)據(jù)都會和其他有關(guān)聯(lián)，而不再是單獨的設(shè)計。這就需要我們有更全面的知識，比如：機械制圖、機械原理、金屬工藝學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、互換公差等。給我感觸頗深的是為了讓我們的課程設(shè)計更加完善，更加符合工程標準，一次次的翻閱機械設(shè)計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的，其中的每個數(shù)據(jù)都保證有來源而不是憑感覺。另外，小組共同設(shè)計給我們提供了團結(jié)協(xié)作的途徑，讓我們更有利于進行思考與設(shè)計，一

63、個人的力量是有限的，但團隊的力量是無窮的，設(shè)計過程中互相的交流又有利于我們糾正自己的誤區(qū)，有利于互相學(xué)習(xí)。在整個課程設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)我們學(xué)生在經(jīng)驗方面十分缺乏，空有理論知識。在一次次修改與重做過程中，我認識到做科研需要有嚴謹認真的態(tài)度同時要有全局考量的思維方式，這些可能是我們所欠缺的也是我們以后的努力方向。　　五、參考文獻：<

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計

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