牛頭刨床課程設(shè)計(jì)說明書和CAD圖機(jī)械帶CAD圖
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機(jī)械原理
課程設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目:牛頭刨床的設(shè)計(jì)
機(jī)構(gòu)位置編號:1,7
方案號:Ⅱ
班 級:25040801
姓 名:程良
學(xué) 號:13
2011年 1 月 13 日
目錄
一 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析
u 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖
u 機(jī)構(gòu)在位置1的速度及加速度分析
u 機(jī)構(gòu)在位置7的速度及加速度分析
u 刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖
二 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析
u 在位置1 7處各運(yùn)動(dòng)副反作用力
u 在位置1 7處曲柄上所需的平衡力矩
三 飛輪設(shè)計(jì)
u 安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF的 確定
四 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
u 凸輪基本尺寸的確定
u 凸輪實(shí)際廓線的畫出
五 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
u 齒輪副Z1-Z2的變位系數(shù)的確定
u 齒輪傳動(dòng)的嚙合圖的繪制 一 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析
(1) 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖
`
(2)機(jī)構(gòu)在位置1的速度及加速度分析
I. 速度分析
A點(diǎn)的速度分析圖
有:VA4 = VA3 + VA4A3
ω2=2πn/60=2π×64÷60=6.702 rad/s
VA3= LO2A * ω2=0.603 m/s
由圖可知:VA4 = 0, VA4A3 = 0.603 m/s
由于V A4/ V B4 =l o4A/l o4B 所以V B4 =0
有 VC6 = VB 4+ VC6B4
分析可知:VC6B4 = 0, VC = 0
II加速度分析
有aA4 = aA3 + aA4A3
aτA4 + a n A4 = a n A3 +ar A4A3 + a KA3
其中a n A4= V2A4/ LO4A= 0
aA3 = V2A3/ LO2A =0.6032 / (90*10-3)
=4.043m2/s
a KA3 =ω4×VA4A3=2*ω4* VA4A3=0
ar A4A3= V2A4A3/ LO4B=0
由圖分析:a τA4 = a n A3 = 4.043m2/s
aτB4/ aτA4 = LO4B/LO4A 所以aτB4=6.896m2/s
anB4/ anA4 = LO4B/LO4A 所以anB4=0 m2/s
aC6= aB+ aC6B4= aτB+ a n B +aτC6B 4+ a n C6B4
由速度分析可知:anC6B4=0
所以aC6= aτB+ anB +aτC6B4+ anC6B4
由圖分析:aτC6B4=1.800 m2/s
aC6=6.200m2/s
(3)機(jī)構(gòu)在位置7的速度及加速度分析
I.速度分析
機(jī)構(gòu)在位置7的速度多邊形
有:VA4 = VA3 + VA4A3
ω2=2πn/60=6.702rad/s
VA3= LO2A * ω2=0.603 m/s
由圖可知:VA4 = 0.282m/s ,VA4A3 = 0.536m/s
可得
有:VB4/VA4=LO4B/LO4A 所以 VB4=0.429m/s.
又有 VC6 = VB4+ VC6B4
由圖分析:VC6B4 = 0.092m/s, VC6 = 0.42m/s
II.加速度分析
有aA4 = aA3 + aA4A3
aτA4 + a n A4 = anA3 + aτA3+ ar A4A3 + a KA3
其中a n A4= V2A4/ LO4A= 0.209 m2/s
anA3 = V2A3/ LO2A =0.6032 / (90*10-3)
=4.04m2/s
aτA3 =0
a KA3 =ω4×VA4A3=2*ω4* VA4A3=0.793m2/s
由圖分析:ar A4A3=2.700m2/s
aτA4 = 2.700m2/s
aC6= aB+ aC6B4= aτB+ a n B +aτC6B4 + a n C6B4
其中aτB4/ aτA4 = LO4B/LO4A 所以aτB4=4.110m2/s
anB4/ anA4 = LO4B/LO4A 所以anB4=0.318 m2/s
anC6B4= V2C6B4/ LCB=0.049m2/s
由圖分析:aτC6B4=1.700m2/s
aC6=4.100m2/s
(4)刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖
由計(jì)算得刨頭C在各個(gè)位置對應(yīng)位移 速度 加速度,將其依次連接,構(gòu)成圓滑的曲線,即得刨頭C的運(yùn)動(dòng)線圖。
刨頭線圖如下:
二 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析
(1) 在位置1處各運(yùn)動(dòng)副反作用力 桿組Ι受力分析圖
由于在一位置時(shí)桿組Ι不受生產(chǎn)阻力P的作用,力分析圖如下:
由此時(shí)aC=6.599 m2/s,
∴Fs=m×aC=80×6.599=527.928N
G6=800N
由此得來力多邊形
力多邊形如圖:
由上得Fn=827.9N, F45=528.7N
桿組Ⅱ受力分析圖
5桿為二力桿,故受力相反。
有F54=528.7N,
aB4=((anB4)2+(aτB4)2)1/2=(0+6.8962)1/2=6.896 m2/s
∴aS= aB4×0.5=3.448 m2/s
FS=-m* aS=-22*3.448=75.86N
∵角加速度α= aτB4/L O4B=6.896÷0.58=11.89rad/s2
慣性力偶M=-Jα=-14.268N*m
由對點(diǎn)O4求矩得F 24=384.47N
故力多邊形為:
由力多邊形得
FO4=268.1N
桿組Ⅲ的受力分析
(2) 在位置7處各運(yùn)動(dòng)副反作用力
由于在一位置時(shí)桿組Ι不受生產(chǎn)阻力P的作用
桿組Ι受力分析圖
由此時(shí)aC=4.138m2/s,
∴Fs=m×aC=80×4.138=331N
G6=800N P=9000N
由此得來力多邊形
由上得Fn=1068.5N, F45=8973.2N
桿組Ⅱ受力分析圖
5桿為二力桿,故受力相反。
有F54= F45 =8973.2N,
aB4=((anB4)2+(aτB4)2)1/2=(0.3182+4.112)1/2=4.12 m2/s
∴aS= aB4×0.5=2.06 m2/s
FS=-m* aS=-22*2.06=45.32N
∵角加速度α= aτB4/L O4B=4.11÷0.58=7.086rad/s2
慣性力偶M=-Jα=8.5034N*m
由對點(diǎn)O4求矩得F 24=4866.4N
故力多邊形為:
由力多邊形得
FO4=4031.3N
桿組Ⅲ的受力分析
F42=F24= 4866.4 N
(3)曲柄上所需的平衡力矩
在位置1處
由于力與桿件方向相同,所以力偶M=0
在位置7處
F42= F24=4866.4 N 力偶M= F24*sin15* L4=113.35 N*m
三 飛輪設(shè)計(jì)
安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF
位置
1
2
3
4
5
6
平衡力矩
0
300
480
525
457.5
367.5
7
8
9
10
11
12
1
247.5
10
37.5
56.25
-52.5
-75
0
由圖可得最大盈虧功【W(wǎng)】=3589 J
JF=900[W]δ*n2π2= 11.985kg*m2
四 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1求擺動(dòng)從東件凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
由擺桿9做等加速等減速運(yùn)動(dòng),及角角加速度ε與角度δ的關(guān)系可得:
設(shè):δ在0—35度時(shí): ε=a;
δ在35—70 度時(shí): ε=-a;
δ在70—80度時(shí): ε=0
δ在80—115度時(shí): ε=-a
δ在115—150度時(shí): ε=a
那么:
δ在0—35度時(shí): dψ=aδ
δ在35—70 度時(shí): dψ=70a-aδ
δ在70—80度時(shí): dψ=0
δ在80—115度時(shí): dψ=-aδ+80a
δ在115—150度時(shí): dψ=aδ-150a
得:δ在0—35度時(shí): ψ=aδ22
δ在35—70 度時(shí): ψ=-aδ22+70aδ-1225a
δ在70—80度時(shí): ψ=1225a
δ在80—150度時(shí): δ—ψ 圖像與δ在0—70度時(shí)的圖像關(guān)于δ=75對稱。
由以上計(jì)算可得 ψmax=1225a=15o a=0.0122
由公式得出如下數(shù)據(jù)關(guān)系
由以上數(shù)據(jù)畫出從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)線圖|
2求凸輪基圓半徑
通過作圖法求出基圓半徑r0=60mm,再做出凸輪的理論和實(shí)際廓線。
五 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1 Z2齒輪齒數(shù)的確定
由齒輪的傳動(dòng)情況可得:
n’0d05=n0d03 得 n0=n’0d05d03 = 1440*100300 =480(rad/s)
z’0m031'n3=z’1m031'n1 得n1=z’0m031'n3z’1m031' = 16*480*440*4 =192(rad/s)
z1m12n1=z2m12 得 z2= z1m12n1m12n2 = 13*6*1926*64 =39
2 齒輪副z1-z2的變位系數(shù)的確定
有圖可知:
PN1=r sinα=mzsinα/2
PB= ha*-xmsinα
代入不根切的幾何條件式
PB≤PN1得
x≥ ha*- zsin2α2
于是得出不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)為
Xmin= ha*- zsin2α2
當(dāng)α=20。, ha*=1,z=13時(shí),有
x1=0.24, x2=-0.24
3 z1,z2齒輪數(shù)據(jù)的確定
名稱
符號
齒輪1
齒輪2
變位系數(shù)
x
0.24
-0.24
分度圓直徑
d
78
234
嚙合角
α
20
20
齒頂高
ha
7.44
4.56
齒根高
hf
6.06
8.94
齒頂圓直徑
da
92.88
243.12
齒根圓直徑
df
65.88
216.12
中心距
a
156
4 畫出齒輪副z1-z2的嚙合圖
由計(jì)算結(jié)果,利用CAD二次開發(fā)軟件,畫出兩個(gè)齒輪,然后組裝為齒輪嚙合圖,并作標(biāo)注。
課程設(shè)計(jì)感想
機(jī)械設(shè)計(jì)是我們機(jī)械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程。課程設(shè)計(jì)就是要把我們平時(shí)所學(xué)的理論知識用于實(shí)踐,既是對我們所學(xué)知識的檢驗(yàn),也是讓我們更叫熟悉課堂上學(xué)到的東西。
牛頭刨床的課程設(shè)計(jì)幾乎包含了我們本學(xué)期所學(xué)的所有重點(diǎn)內(nèi)容的實(shí)踐知識,從速度,加速度和受力分析,到飛輪的計(jì)算,再到凸輪齒輪的設(shè)計(jì),讓我們在設(shè)計(jì)的過程中對平時(shí)所學(xué)知識的認(rèn)識有所加深。桿件的速度,加速度和受力的分析中,我深刻地體會(huì)到做學(xué)問要一絲不茍,因?yàn)樵诒姸嗟囊蛩刂?,少考慮了一項(xiàng)的話,就會(huì)給整個(gè)設(shè)計(jì)帶來根本性的錯(cuò)誤。另外,作圖的準(zhǔn)確性也直接影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
在凸輪的設(shè)計(jì)過程中,對運(yùn)動(dòng)和受力要求,要能準(zhǔn)確理解其在設(shè)計(jì)過程的哪個(gè)環(huán)節(jié)代表什么意義。首先,準(zhǔn)確的計(jì)算是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),在凸輪中要根據(jù)等加速度和等減速度的要求求出擺角和行程角的關(guān)系。這其中可以利用EXCEL軟件求出很多分點(diǎn)的數(shù)值,對后面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性有很大的幫助。在確定凸輪基圓時(shí),我本想用解析法,即把書上的基圓半徑的公式換成角度關(guān)系,但發(fā)現(xiàn)簡單的替換是不正確的,我通過在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料,發(fā)現(xiàn)有很多關(guān)于快速準(zhǔn)確求出凸輪基圓半徑的論文。但大多數(shù)給出的解析公式都包含凸輪中心到擺桿中心的距離這個(gè)量,而在本課程設(shè)計(jì)中,這是一個(gè)待求量,所以我選擇了作圖法。
在設(shè)計(jì)齒輪時(shí),我先通過設(shè)計(jì)要求求出齒數(shù)和變位數(shù),在求出一些基本量。在畫齒輪圖時(shí),我想起在參加機(jī)械創(chuàng)新大賽時(shí),一個(gè)學(xué)長做過在PROE中的齒輪二次開發(fā)函數(shù),于是經(jīng)過搜索,我發(fā)現(xiàn)經(jīng)過安裝二次開發(fā)的CAXA可以由齒數(shù),模數(shù)和變位數(shù)直接畫出齒輪圖,而且和我計(jì)算的基本量的尺寸一樣。于是我將圖導(dǎo)入CAD再進(jìn)行組合布圖,就很方便的得出了齒輪的嚙合圖。其實(shí)在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)中,主要精力在產(chǎn)品的構(gòu)思和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,至于出圖,應(yīng)該是個(gè)體力活,因此,多掌握一些畫圖軟件和畫圖技巧可以大大減少工作量。
另外,真正的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,團(tuán)隊(duì)的協(xié)作也很有必要,在本課程設(shè)計(jì)中,飛輪設(shè)計(jì)所用到的數(shù)據(jù)就是一組人的計(jì)算結(jié)果,所以,學(xué)會(huì)分工協(xié)作在設(shè)計(jì)中也會(huì)發(fā)揮很大的作用。
總體感覺,課程設(shè)計(jì)對我們工科的學(xué)生來說,對于掌握課本知識和鍛煉動(dòng)手能力是十分有益處的。
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