牛头刨床机构设计方案

牛头刨床机构设计方案一、机械原理课程设计的目的与任务1、课程设计的目的机械原理课程设计是继机械原理课程之后独立的设计课程。

其目的是进一步加深学生对所学知识的理解。

使学生对于机构分析与综合的基本理论、基本方法有一个系统的完整的概念，培养学生综合运用所学知识独立解决机构设计问题的能力和使用计算机解决工程技术问题的能力。

同时培养学生的创新精神。

2、课程设计题目牛头刨床机构设计或其他自选题目3、课程设计的任务课程设计的任务是根据要求拟定和论证机器的主体机构的设计方案，并对选定方案进行运动分析，确定飞轮转动惯量，对齿轮机构进行设计计算，最后完成设计图纸，设计说明书（A4纸）（如果在计算过程中借助计算机计算，则需要打印源程序和计算结果、图表结果）。

设计说明书统一按《北京林业大学本科毕业论文》（教务处网站下载专区里有下载）的格式要求撰写。

课程设计包括，主体机构设计，齿轮机构设计两个部分。

主体机构由学生自定设计方案，齿轮机构采用统一设计方案。

4、课程设计的准备和注意事项在课程设计前要阅读指导书，复习有关课程内容，拟定主体机构的设计方案前要查阅有关资料，观看录像片，了解各种机构及其使用场合。

图1 切削力图2 牛头刨床机构二、主体机构设计主体机构是指实现刨刀往复运动（主运动）的传动机构，设计方案由学生在作方案比较和论证的基础上自选。

1、主体运动的运动要求和动力要求（1）刨刀工作行程要求速度比较平稳，空回行程时刨刀快速退回，机构行程速比系数在1.2左右。

（2）刨刀行程H=300mm或H=150mm。

曲柄转速、切削力、许用传动角等见表1。

（3）切削力P大小及变化规律如图1所示，在切削行程的两端留出一点空程。

2、设计要求在满足运动要求和动力要求的条件下，每组拟出1个设计方案（可自己设计，也可从3的建议中选取），对选定的方案用图解法作一个一般位置的运动分析，包括机构运动简图，速度，加速度图（要保留作图痕迹）。

3、主体机构设计方案选择A、摆动导杆机构与摇杆滑块机构组合B、转动导杆机构与对心曲柄滑块机构组合C、偏置曲柄滑块机构D、曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构组合E、双曲柄机构与对心曲柄滑块机构组合F、摆动导杆机构与齿轮齿条机构组合G、摆动从动件凸轮机构与摇杆滑块机构组合4、利用解析法计算刨刀的位移s，速度v，加速度a的数学模型，并绘出刨刀的位移线图，速度线图和加速度线图（可借助计算机编程实现）。

5、飞轮转动惯量的确定在对主体机构作运动分析的基础上，在满足运转不均匀系数δ=0.15的条件下，用简化计算方法确定飞轮的转动惯量。

选取主体机构的曲柄为等效构件，作用在曲柄上的驱动力矩M d为常量，生产阻力为切削力P，飞轮安装在曲柄轴上，要求计算等效构件10－12个等分位置及切削起始点和终点的等效阻力矩，并在图纸上绘制等效阻力矩Mr（φ）和等效驱动力矩M d（φ）线图（φ为曲柄的角位置），再绘制等效力矩作功线图，从而求得最大盈亏功，用简化计算方法确定飞轮转动惯量J F 。

6、画图图纸上应包括机构运动简图，速度和加速度运动分析图，机构运动分析的位置，速度，加速度线图，等效阻力矩、驱动力矩线图，等效阻力矩作功及等效驱动力矩作功图。

三、齿轮机构设计1、设计要求齿轮传动机构统一采用图1所示的设计方案，其参数按主体机构中刨刀的行程选取。

电机输入转动，经皮带轮d1、d2及齿轮，Z1，Z2 及Z3，Z4，驱动主体机构的曲柄转动。

电机转速，皮带轮直径以及齿轮的模数见表2。

齿轮1、2采用标准齿轮，齿轮3、4由于受力较大，拟采用正传动。

啮合角建议在22°- 25°之间选取。

2、设计方法、过程根据电机转速和曲柄转速以及皮带轮直径，算出两级齿轮传动的总传动比，再按传动比先小后大的原则分配两级传动比的大小。

选择齿数时，为避免根切，一般应满足小齿轮的齿数大于17。

计算时按教材中有关变为齿轮传动的设计步骤（P108）求出xΣ=x3+x4, y, Δy。

按小齿轮变位系数大，大齿轮变位系数小，或为零的原则分配变位系数x3 ，x4，最后给出所有四个齿轮的尺寸并校核ε＞1。

注意当大齿轮的变位系数选择为零时，仍然需要齿顶消减，因此与标准齿轮不同，称为零变位齿轮。

四、编写设计说明书建议用边设计边整理，最后汇集成册的方法。

内容包括：1、设计题目2、主体机构设计方案的拟定，各方案的机构运动简图，以及方案的分析和论证。

3、所有设计分析计算的基本过程，参数选择，和计算结果，项目较多时应列表。

4、按要求绘制各种线图及机构运动草图、简图等。

5、本次课程设计的小结——包括收获及建议，最重要的是提出所做方案尚须完善之所在。

牛头刨床机构设计说明书一、课程设计的目的和任务1、课程设计的目的机械原理课程设计是继机械原理课程之后独立的设计课程。

其目的是进一步加深学生对所学知识的理解。

是学生对于机构分析与综合的基本理论、基本方法有一个系统的完整的概念，培养学生综合运用所学知识独立解决机构设计问题的能力和使用计算机解决工程技术问题的能力。

同时培养学生的创新精神。

2、课程设计的任务根据要求拟定和论证机器的主体机构的设计方案，并对选定方案进行运动根系，确定飞轮转动惯量，对齿轮机构进行设计计算，最后完成设计图纸，设计说明书（A4纸）。

二、课程设计的方法和基本要求1、设计方法根据主体机构可以选择的几种方案设计出能实现主体机构刨刀往复运动（主运动）的传动机构。

2、基本要求在满足运动要求和动力要求的条件下，每组拟出1个设计方案，对选定的方案用图解法作一个一般位置的运动分析，包括机构运动简图，速度，加速度图。

三、已知条件设计方案 曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构组合曲柄转速 n(r/min) 行程（150mm ）60切削力 P （N ）许用传动角γ400045四、选取设计方案1、机构运动简图图3极限位置示意图 比例尺为1：5且形成速度变化系数)180/()180(θθ-+=ooK 可得o 16=θ，即图中角21AC C 在△AC 1C 2中 设L1=a,L2=b,AC1=x,e 通过几何关系得=80mmθcos ))((2)()(222a b a b a b a b H +--++-= x a b =-θcos )2(2)2(222a x x a x x H +-++=通过解析法求偏置曲柄滑块的杆长L1,L2和偏距e由于刨刀工作行程要求速度比较平稳，空回行程时刨刀快速退回，机构行程速比系数在1.2左右。

图4 按连架杆对应位置设计曲柄滑块机构选择坐标系Oxy 如图所示。

按连杆定长的原则可建立以下关系式：222)()(b y y x x B c B C =-+- (1)2sin )1(cos 222θθx H x a -+-=ax b +=其中B 点的坐标值：)sin(),cos(i o B i o B a y a x ϕϕϕϕ+=+= C 点的坐标值：e y s s x C i o C -=+=,将B 、C 点的坐标值代入式（1），并选取0,0==o o s ϕ，即可得到待求参数和给定运动参数的关系式：2222)(sin 2cos 2i i i i s b e a ae as =-+--ϕϕ （2） 令222321,2,2b e a R ae R a R -+=== （3） 并代入式（2）中，可得2321sin cos i i i i s R R s R =--ϕϕ （4） 式（4）有三个待求参数e b a ,,,应按给定三组对应位置),(i i s ϕ建立三个方程，为此若给定三组对应位置),(i i s ϕ)3,2,1(=i 代入式（4）可得以下方程组233323312232222121312111sin cos sin cos sin cos s R R s R s R R s R s R R s R =--=--=--ϕϕϕϕϕϕ （5）由以上方程组可解出,3,2,1R R R 进一步由式（3）解出e b a ,,三个尺寸参数。

得出 mm e mm b mm a 80,220,70===五、运动分析1、对偏置曲柄滑块的运动分析图5 解析法作曲柄滑块机构的运动分析其中L1，L2分别为曲柄长度和连杆长度，且长度已连架杆知，Sc 为滑块的位移，其中将偏距e 看成常向量，由此得c s e l l +=+21分别向x 轴和y 轴投影得（1）去连杆转角2ϕ 得()1121122111sin 2)sin (cos ϕϕϕel l e ll Sc +--+= （2）由(1)唯一确定，即11112cos sin arctanϕϕϕl Sc l e --= （3）将式（1）对时间求导一次及二次，可得到滑块的速度及加速度方程2ϕ)tan sin (cos )tan sin (cos )tan cos (sin 22222221121121111ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ+-+-==--== l l c S a l c S Vc c el l Sc l l =+=+2sin 21sin 12cos 21cos 1ϕϕϕϕ求连杆的角速度2ω和角加速度 2ε时，可将（1）式中的第二式对时间求一次及二次，可得2、传动角的计算验证o o 4547>=故最小传动角大于许用传动角，满足机构要求。

21122221221122)tan tan (cos cos ωϕωϕωϕεωϕϕϕω-==-== l l BBmineγAγγminbaCC)(cos 1min bea +=-γ六、运动曲线图1、位移曲线七、飞轮转动惯量的确定1、等效阻力矩变化曲线图由等功率的运算方法可得c r Pv M =1ω 1ωcer v P M ⋅=2、能量变化图φπ/10 3π/10 5π/10 7π/10 9π/10 11π/10 13π/10 15π/10 17π/10 19π/10 er M-400-750-600-300-1002006009505003、ed M 的确定由图用积分工具求得等效驱动力矩259=d M )(Nm 根据图像求出最大盈亏功[]W =970)(J 飞轮的转动惯量为)(7568.1][][900222kgm n W J mf ==πδ八、齿轮机构设计根据电机的转速以及曲柄的转速，计算得到机构的减速比：24min/60min/r 1440===r n n i 曲柄电机皮带：8.29025012===mmmm d d i 皮带1、减速机构传动比计算该减速机构的减速传动比为20，皮带传动相对于齿轮的传动，不能保证准确的传动比，并且摩擦顺势较大，传动效率低，所以相对于皮带传动，齿轮机构完成减速更加好。

为达到最终减速比，应使得传动比有 取齿轮的基本参数为：确定3、4齿轮的变位系数和：mm inv inv z z x x 74.4(tan 2)'2121=-+=+ααα确定中心距变位系数：mm d d a 69210830243=+=+=编号模数齿数分度圆直径（mm ）压力角（度） 齿顶高系数顶隙系数齿轮1 2 25 50 20 1 0.25 齿轮2 2 60 120 20 1 0.25 齿轮3 2 15 30 20 1 0.25 齿轮42541082010.255/1834=i 5/1212=i ︒=25'α 20=αi i i =3412*8.2mm a a 54.71'cos cos '==ααmm ma a y 518.0'=-= 确定齿顶高降低系数：mm y x x y 22.4)(21=-+=∆2、检验齿轮是否符合要求15233==d r 54244==d r 17*233=+=m h r r a 56*244=+=m h r r a99.3320cos arccos 333≈=a a r r α02.2520cos arccos 444≈=a a r r α 62.12)tan (tan )tan (tan 433443=-+-=πααααεαa a Z Z同理69.12)tan (tan )tan (tan 212211=-+-=πααααεαa a Z Z最终解得 >1,所以满足课设所给要求。