机械原理课程设计

机械原理。课程设计。

2010-2011学年第二学期）

**题目牛头刨床主运动机构的设计

课程名称机械原理。

班级 09 机械设计（5）班

学号 0901105015

姓名黄健斌。

指导老师张春红。

华侨大学厦门工学院。

机械工程系。

2024年 6 月 23 日。

学生姓名：__黄健斌__ 专业班级：__机械5班___指导教师：__张春红__

设计题目：牛头刨床主运动机构设计。

设计任务：1.主运动机构的选型及分析。

2.主运动机构的尺度综合。

计算未知尺寸，定长度尺寸比例尺μl ，画机构工作循环图（绘制在一张3号图纸上）。

3.主运动机构的运动分析。

按学号要求分组，绘制两位置机构运动简图，并用矢量方程**法做这两个位置的运动分析；绘制机构位移线图、速度线图和加速度线图。此部分绘制在一张1号图纸上。

4.主运动机构的力分析。

按学号要求做一个位置的力分析，绘制机构运动简图，用**法求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。此部分绘在一张2号图纸上。

编写设计说明书。

1.简要介绍设计任务并根据设计任务，结合牛头刨床的特点及要求，至少提出3种能实现牛头刨床运动基本要求的机构型式，绘制所选机构的机构简图，阐述所选机构的特点，并进行比较。

2.将设计任务中的设计计算过程书写在说明书上并对设计过程进行总结。

时间安排：设计资料成绩指导教师签名：

目录。一、概述。

一）课程设计的题目4

二）课程设计的任务和目的4

三）课程设计的要求4

二、各运动方案的分析与评价。

一）方案一的运动分析和评价5

二）方案二的运动分析和评价7

三、主传动机构的分析。

一）尺度综合11

二）运动分析12

三）动态静力分析14

四、小结17

五、参考文献17

一、引言。一）课程设计的题目。

此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计。

二）课程设计的任务和目的

1.任务：1）牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；

2）导杆机构进行运动分析；

3）导杆机构进行动态静力分析；

根据要求发挥自己的创新能力，设计3种牛头刨床的主传动机构，使其可以满足牛头刨床的传动需要。

2.目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。

其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。

三）课程设计的要求。

牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。

二、设计方案和分析。

一）方案一。

1、方案一的设计图。

2.方案一的运动分析及评价。

1）运动是否具有确定的运动。

该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中pl=6,ph=1.凸轮和转子、2杆组成运动副中有一个局部自由度，即f'=1。

机构中不存在虚约束。.由以上条件可知：机构的自由度 f=3n-(2pl+ph-p')-f'=1

机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。

2）机构传动功能的实现。

在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。通过连杆3推动滑块4运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。

3）主传动机构的工作性能。

凸轮1 的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1 随着角速度转动时，连杆3也随着杆2 的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。

4）机构的传力性能。

要实现机构的往返运动，必须在凸轮1 和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。

机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。但是在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。杆2回受到弯力，因此对于杆2 的弯曲强度有较高的要求。

同时，转子与凸轮1 的运动副为高副，受到的压强较大。所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。

该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。

5）机构的动力性能分析。

由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的寿命。所以在设计使用的过程中应处理好机械的震动问题，可以增加飞轮减少机械的震动，以免造成不必要的损失和危险。

6）机构的合理性。

此机构使用凸轮和四连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。同时，机构的尺寸要把握好，如杆2太长的话，弯曲变形就会很大，使杆2承受不了载荷而压断，如果太短的话，就不能有效的传递凸轮1 的作用力和速度。同时。

凸轮具有不平衡性，在设计中尽量使凸轮的重量小一些，减小因为凸轮引起的整个机构的不平衡和机器的震动。

7）机构的经济性。

该机构使用的连杆和凸轮都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染；凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。

二）方案二。

1、方案二的设计图。

2、方案二的运动分析和评价。

（1）运动是否具有确定的运动。

该机构由齿条、扇形齿轮3、滑块2和杆1组成，其中杆1为主动件。滑块2以移动副的方式和扇形齿轮3连在一起。机构具有3个活动构件。

机构中的运动副有原动件1的铰接，1和2的转动副以及2和3的移动副。机构中的运动副全都是低副，且pl=4.在该机构中没有高副，也不存在局部自由度和虚约束。

由此可知：

f=3n-(2pl+ph-p')-f'=1

机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。所以，该机构具有确定的运动。

2）机构功能的实现。

根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件1带动的。杆1通过滑块2带动扇形齿轮3的运动。扇形齿轮3和与刨头连接的齿条啮合。从而实现刨刀的往复运动。

3）机构的工作性能。

该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。但是原动件1的长度较小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1的变化速度对于扇形齿轮3的影响不是很大，同时机构是在转速不大的情况下运转的，也就是说，在扇形齿轮作用下的齿条的速度在切削过程中变化不大。趋于匀速运行。

原动件1在滑块2上的速度始终不变，但是随着原动件1的运转，在一个周期里，bc的长度由小到大，再变小。而bc的长度是扇形齿轮3的回转半径，也就是说，在机构的运行过程中，推程的速度趋于稳定，在刨头回程时，由于扇形齿轮受到齿条的反作用力减小。`还有扇形齿轮3的回转半径减小，使扇形齿轮的回程速度远大于推程时的速度。

即可以达到刨床在切削时速度较低，但是在回程时有速度较高的急回运动的要求。在刨头往返运动的过程中，避免加减速度的突变的产生。

4）机构的传递性能。

该机构中除了有扇形齿轮和齿条接触的两个高副外，所有的运动副都是低副，齿轮接触的运动副对于载荷的承受能力较强，所以，该机构对于载荷的承受能力较强，适于加工一定硬度的工件。同时。扇形齿轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。

在整个机构的运转过程中，原动件1是一个曲柄，扇形齿轮3只是在一定的范围内活动，对于杆的活动影响不大，机构的是设计上不存在运转的死角，机构可以正常的往复运行。

5）机构的动力性能分析。

该机构的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮，齿条机构。齿条固结于刨头的下方。扇形齿轮的重量较大，运转时产生的惯量也比较大，会对机构产生一定的冲击，使机构震动，不过在低速运转情况下，影响不会很大。

6）机构的合理性。

该机构的设计简单，尺寸可以根据机器的需要而进行选择，不宜过高或过低。同时，扇形齿轮的重量有助于保持整个机构的平衡。使其重心稳定。

由于该机构的设计较为简单。所以维修方便。，除了齿轮的啮合需要很高的精确度外没有什么需要特别设计的工件，具有较好的合理性。

7）机构的经济性能。

该机构中扇形齿轮与齿条的加工的精度要求很高，在工艺上需要比较麻烦的工艺过程，制作起来不是很容易。此方案经济成本较高。

三、主传动机构的分析。

一）尺度综合。

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