机械原理课程设计

计算说明书

设计题目：牛头刨床设计

学校：  xxxxxx  

院（系）：机械工程系

班级：  xxxxx班

姓名：  xxx  

学号： xxxxxxxxxxxxxx  

指导教师： xx  xxx

时间：5月30日至6月12日  共两周

                                  20##年6月12日

目录：

1、    课程设计任务书…………………………………………………2   

(1)工作原理及工艺动作过程…………………………… 2

(2)原始数据及设计要求………………………………………… 3

2、  设计（计算）说明书……………………………………………3

（1）画机构的运动简图 ………………………………………… 3

（2）机构运动分析…………………………………………………6

①对位置11点进行速度分析和加速度分析……………………6

②对位置7’点进行速度分析和加速度分析……………………8

（3）对位置7’点进行动态静力分析………………………………11

3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计……………………………12

4、参考文献 ………………………………………………………… 16

5、心得体会…………………………………………………………16

6、附件…………………………………………………………………17

一、课程设计任务书

1. 工作原理及工艺动作过程

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时, 如图(1-1）所示，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。切削阻力如图(b）所示。

2．原始数据及设计要求

已知  曲柄每分钟转数n₂，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。

要求  作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。

二、设计说明书(详情见A1图纸)

  1．画机构的运动简图

1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：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…12等，是由位置1起，顺ω₂方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。

取第Ⅱ方案的第11位置和第7’位置（如下图）。

２、机构运动分析

（1）曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）

取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故V_A2=V_A3，其大小等于W₂l_O2A，方向垂直于O_{2 A}线，指向与ω₂一致。

                 ω₂=2πn₂/60 rad/s=6.702rad/s

υ_A3=υ_A2=ω_2·l_O2A=6.702_×0.09m/s=0.603m/s（⊥O₂A）

取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得

               　υ_A4=　υ_A3+　　υ_A4A3

大小    ?     √      ?

方向  ⊥O₄B  ⊥O₂A  ∥O₄B

取速度极点P，速度比例尺µ_v=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2

图1-2

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得          

                  υ_C=　　　υ_B+　　　υ_CB

大小    ?     　　√      　　?

方向 ∥XX(向右)   ⊥O₄B  　⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μ_v=0.02(m/s)/mm,  作速度多边行如图1-2。

Pb=P a₄·O₄B/ O₄A=68.2 mm

则由图1-2知， υ_C=PC·μ_v=0.68m/s         

加速度分析：

取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于ω₂²l_O2A,方向由A指向O₂。

ω₂=6.702rad/s, ==ω₂²·l_O2A=6.702²×0.09 m/s²=4.042m/s²

 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：

 a_A4  =  + 　a_A4^τ=　 a_A3ⁿ   +  　a_A4A3^K    +    a_A4A3^v

大小:   ?   ω₄²l_O4A  　?    　√     　2ω₄υ_{A4 A3}        ?

方向：  ?  B→A   ⊥O₄B   A→O₂   ⊥O₄B（向右） ∥O₄B（沿导路）

取加速度极点为P＇,加速度比例尺µ_a=0.05（m/s²）/mm,

=ω₄²l_O4A=0.041 m/s²    a_A4A3^K=2ω₄υ_{A4 A3}=0.417 m/s²

a_A3ⁿ=4.043 m/s²

作加速度多边形如图1-3所示

图１—3

则由图1-3知, 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

a_c= 　a_B+ 　a_cBⁿ₊ 　a _cB^τ

大小  ?    √   √     ?

方向∥导轨 √  C→B   ⊥BC

由其加速度多边形如图1─3所示,有

a_{c =}pc·μ_{a =3.925m/s}²

（2）曲柄位置“7’”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“7’”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“１１”。取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得

υ_A4=　υ_A3+　　υ_A4A3

大小    ?     √      ?

方向  ⊥O₄B  ⊥O₂A  ∥O₄B

取速度极点P，速度比例尺µ_v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。

图１—4

Pb=P a₄·O₄B/ O₄A=39.3 mm

则由图1-4知，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得

υ_C5  =  　υ_B5+　　υ_C5B5

大小     ?        √     　?

方向∥导轨(向右)  ⊥O₄B  ⊥BC

其速度多边形如图1-4所示，有

  υ_C=PC·μ_v=3.75m/s

               

取曲柄位置“7’”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得

a_A4= 　a _A4ⁿ  ₊   a _A4^τ₌a _A3ⁿ   ₊   a _A4A3^k  ₊   a _A4A3^γ

大小  ?  　ω₄²l_O4A      ?       √     2ω₄υ_{A4 A3}         ?

方向  ?    B→A    ⊥O₄B   A→O₂    ⊥O₄B（向右） ∥O₄B（沿导路）取加速度极点为P＇,加速度比例尺μ_a=0.05（m/s²）/mm_,作加速度多边形图1-5

图1-5

则由图1─5知，    =ω₄²l_O4A=0.176 m/s²    a_A4A3^K=2ω₄υ_{A4 A3}=0.718 m/s²

a_A3ⁿ=4.043 m/s²

用加速度影象法求得

a _B =  a _A4 ×l_O4B/l_O4A=4.35m/s²

取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得

a_{C  =} 　a_B+  　a_CBⁿ₊  　a_CB^τ

大小   ?     　√   　√    　?

方向 ∥导轨 　√   C→B  　　⊥BC

其加速度多边形如图1─5所示，有

a_C = p_C·μ_a = 4.3m/s²

 

３、机构动态静力分析

取“7’”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作,组示力体如图1─6所示。

图1—6

已知G₆=800N，又a_c= 4.3m/s²,可以计算

Ｐi6=- （G₆/g）×a_c =-（800/9.8）×4.3=-351N

   又ΣF=P+G₆+Pi6+N₄₅+N₁₆=0，作为多边行如图1-7所示，µ_N=80N/mm。

图1-7

由图1-7力多边形可得： N_45,N₁₆

   分离2，3构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，在图中，由三力汇交定理得：

图1-8

代入数据，  得N23=12720N  

作力的多边形如图1-9所示，µ_N=80N/mm。

图1-9

  对曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图1-10所示，

 

图1-10

三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见A3图纸）

（一）已知条件、要求及设计数据

1、已知：摆杆９为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ，远休止角Φ_s，回程运动角Φ'，如图8所示，摆杆长度l_O9D，最大摆角ψ_max，许用压力角〔α〕（见下表）；凸轮与曲柄共轴。

2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径ｒ_T，画出凸轮实际廓线。

3、设计数据：

（二）设计过程

选取比例尺，作图μl=1mm/mm。

1、取任意一点O₂为圆心，以作r₀=45mm基圆；

2、再以O₂为圆心，以l_O2O9/μl=150mm为半径作转轴圆；

3、在转轴圆上O₂右下方任取一点O₉;

4、以O₉为圆心，以l_OqD/μl=130mm为半径画弧与基圆交于D点。O₉D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6°对推程段等分、11.6°对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用A进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置

画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。

5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择

（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（可记为A点）；以A点位圆心，任选较小的半径r 作圆交于廓线上的B、C点；分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G四个点处，如下图9所示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径    。

图9

（2）凸轮滚子半径的选择（r_T）

凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：?几何因素——应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 1~5mm。对于凸轮的凸曲线处，

对于凸轮的凹轮廓线（这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式：；?力学因素——滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取及。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为r_T=15mm。

得到凸轮实际廓线，如图10所示。

    

                               

   

图10

四、参考文献

1、机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编——六版——北京2006.5

2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版——北京2002.8

3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——北京1986.10

五、心得体会

通过本次课程设计，加深了我对机械原理这门课程的理解，同时我也对机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，培养了我的表达，归纳总结的能力。在设计过程中，我与同学们的交流协作，让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义。一次实践就有一次收获，我很感谢学校能给我们这些机会体验锻炼自己，让我们将来更有信心在社会立足。最后，衷心的感谢老师在整个设计过程中的帮助与指导，是他们，我们才能圆满的成功结束。

六、附件

1、设计图纸共2张（A1  A3各一张）

2、计算说明书电子文档（1份）

                                        指导老师签名：

                                      年   月   日

第二篇：牛头刨床机械原理课程设计说明书 (不带图)

《 机械原理课程设计 》说明书

青岛理工大学琴岛学院

课程设计说明书

课题名称：机械原理课程设计

学 院：机电工程系

专业班级：机械设计制造及其自动化092班 学 号：20090201050

学 生：丁增威

指导老师：尚旭刚

青岛理工大学琴岛学院教务处

20xx年6月30日

I

《 机械原理课程设计 》说明书

《机械原理课程设计》评阅书

II

《 机械原理课程设计 》说明书

摘 要

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，本次课程设计的主要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同设计方案的比较。全班同学在分为三个小组后每人选择一个相互不同的位置，独立绘制运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动曲线图，最后将上述各项内容绘制在一张0号图纸上，并完成课程设计说明书。

本次《机械原理》课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念。

III

《 机械原理课程设计 》说明书

目 录

摘要.....................................................................................................................Ⅲ

一、设计任务.........................................................................................................1

1、设计数据.......................................................................................................1

2、机构运动简图.................................................................................................1

二、导杆机构的运动分析.....................................................................................2

1、速度分析.......................................................................................................2

2、加速度分析...................................................................................................3

三、导杆机构的动态静力分析.............................................................................5

1、运动副反作用力分析......................................................................................5

2、曲柄平衡力矩分析........................................................................................6

四、方案比较.......................................................................................................7

总结......................................................................................................................10

参考文献..............................................................................................................11

IV

《 机械原理课程设计 》说明书

一、设计任务

机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节

机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析、动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计。同时根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。

1、设计数据：

见表1-1

表1-1

2、机构运动简图（见手工图）

1

《 机械原理课程设计 》说明书

二、导杆机构的运动分析

取曲柄位置“6”进行速度分析、加速度分析。

1、速度分析

由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于ω2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。

ω2=2πn2/60

计算得： ω2=6.28rad/s

υA2=ω2·lO2A

计算得： υA3=υA2=6.28×0.11m/s=0.69m/s （⊥O2A）

（1）取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程。 得： υA4=υA3+υA4A3

大小 ? √ ?

方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B

取速度极点P，速度比例尺?v=0.01(m/s)/mm

由图得： ，作速度多边形如图。

υA4=0.58m/s (⊥O4A向左)

因B与A同在导杆4上，由速度影像法

υB4/υA4= lO4B/ lO4A

计算得： υB4=0.59m/s

而： υB5=υB4=0.59m/s

（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。

得： υC = υB + υCB

2

《 机械原理课程设计 》说明书

大小： ? √ ?

方向： 水平 ⊥O4B ⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm ，作速度多边形如图。 由图得：

υC=0.57m/s (水平向左)

υCB=0.115m/s

ω4=υA4/ lO4A=1.1 rad/s

2、加速度分析

因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2

A指向O2。 n = aA3n其大小等于ω22lO2A,方向由

aA2n =ω22·lO2A

已知： ω2=6.28rad/s

计算得： aA3n = aA2n =6.282×0.11 m/s2=4.34m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程。 得：

aA4 =

大小: aA4n + aA4τ = aA3n + aA4A3k + aA4A3r ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?

B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）

2方向: ? 取加速度极点P’,加速度比例尺?a=0.05（m/s

如图所示。

由图知： ）/mm ，作加速度多边形

aA4 =5.1m/s2

由加速度影象法得：

3

《 机械原理课程设计 》说明书

aB4 / aA4= lO4B/ lO4A

计算得：

aB4=8.8m/s2

aB5= aB4=8.8m/s2

取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。 得：

ac = aB + acBn + a cBτ

大小： ? √ √ ? 方向： 水平 √ C→B ⊥BC

取加速度极点P’,加速度比例尺?a=0.05（m/s2）/mm ，如图所示。

得： ac5 =8.55m/s2 (方向水平向右)

4 作加速度多边形

《 机械原理课程设计 》说明书

三、导杆机构的动态静力分析

1、运动副反作用力分析

取“6”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析。

FI6=- G6/g×ac

已知： P =7000N

G6=700N

ac=ac5=8.55m/s2,

计算得： FI6 =598.5N

ΣF=P+G6+FI6+FR16+FR45=0

取极点P”，比例尺?N=10N/mm，作力多边形如图所示。

由图得：

FR45 =610N

FR16 =680N

2、曲柄平衡力矩分析

（1）分离3、4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图所示。

如图，对O4点取矩得：

ΣM O4=FR45·h45+FR23·h23+G·hG+FI4τ·hI4+M=0

已知： FR54=-FR45=610N

h54=0.127m

5

《 机械原理课程设计 》说明书

G4=200N

hI4=17.93/88=0.018m

as4 =1/2* aB=4.4m/s2

所以： FI4=-m·as4=88N

α= a Bτ/lO4B=16.3 rad/ s2

得：

J=1.1kg·m 2

M= Jα=17.93

将数据代入式计算得：

FR23=64.2N

又：

ΣF=FR54+FR32+FI4+G4+F14=0

取极点P”，比例尺?N=40N/mm，作力多边形如图所示。 得 FR14=20*4.4=88N

（2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图所示。

得： FR32=- FR23=-64.2N

Mb=3.4N·m

6

《 机械原理课程设计 》说明书

四、方案比较

附表1

7

《 机械原理课程设计 》说明书

附表2

附表2中部分符号含义如下：

y6max、y6min：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；

?1、?2：分别与y6max和y6min相对应的曲柄转角?rad?； ?3、4min：一级四杆机构的最小传动角?rad?； ?5、6min：二级四杆机构最小传动角?rad?。

8

《 机械原理课程设计 》说明书

附表3：?AF?jk与?ACR?jk计算值表

以方案1为基准方案, ?ACR?jk为比较评定因素，最终得出结论，方案2比其他两个方案更加合适。

9

《 机械原理课程设计 》说明书

总 结

通过本次课程设计，对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。同时在设计的整个过程中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。

另外在设计的过程中叶培养了自己的合作能力，自从第一天开始我们全组同学就积极投入到学习中去，完成各自的数据计算，基本草图的绘制，数据的简单处理，为了不影响全组同学的最后答辩时间每个人都很投入，每天都呆在绘图室里六七个小时，有些同学甚至晚上九点半回宿舍，我认为这种精神非常重要即便是在以后的工作岗位上??。而且大家积极的同他人交流，讨论设计过程遇到的难题，一起去解决，这样就会是一个问题越分析越明朗，直到最后每个人都真正的明白理解，这种学习的方法也是值得借鉴的，在讨论中学习，而且这种由同学自己得到的东西，同学们记得会更加的深刻，另外在讨论学习过程中同学们之间的关系会更加密切，非常有利于增进同学之间的友谊。

在最后课程设计结束后，这不仅使我们将相关的知识掌握的更加牢固，我们更学到了一些技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深内切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，同学们所表现出来的积极向上勤奋好学的精神更值得我们在以后的学习生活中一直保持下去。

更重要的是通过本次课程设计使我明白了自己知识还比较欠缺，需要学习的东西好有很多，以前总认为自己掌握很好的东西，其实差的还很远，尤其是在机械这个大行业里面，学了那么一丁点的东西，根本拿不出手，要想真正的在这个行业中有所建树，付出是你必须的，而且是不遗余力的去努力，沉下心去学习。

最后感谢指导老师对我们的悉心指导以及各位同学的帮助，顺利的完成了本次的课程设计，努力的学习他们的优秀的品质，改正自己的缺点与不足，为以后的工作道路打下坚实的基础。

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《 机械原理课程设计 》说明书

参考文献

1、《机械原理》/孙恒、陈作模、葛文杰主编——第七版

2、《简明理论力学》/程靳主编

3、《机械原理课程设计指导书》

4、《机械原理课程设计任务书》

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