四川理工机械原理课程设计.docx

1、机械原理课程设计说明书前言机械原理是机械类专业的一门必修课程，它是研究机械共性问题的主干技术基础课。它的任务是使学生掌握机构分析、机构综合和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力以及开发创新的能力。机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较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。其目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本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与设计有一较完整的概念，具备计算，制图和使用技术资料的能力。在此基础上，初步掌握计算程序的编制，并能使用计算机来

2、解决工程技术问题。机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念较清晰，直观；解析法精度高。目录一 设计题目 3 二 设计任务 4 三 相关参数以及计算公式 5 四 设计分析 10五 零件的设计 115.1凸轮的设计 135.2斜齿轮的设计 18六 心得与体会 19 七 参考资料 21 八. 附录 22一、 设计题目：齿轮凸轮机构1. 设计与画出该机构的运动简图，说明运动关系。2. 设计凸轮，设计对心直动滚子盘形凸轮。3. 设计齿轮，设计一圆柱斜齿轮。21机构运动简图运动关系：小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮带动大齿轮转动，凸轮与大齿轮一起转动。凸轮与转子接触，转子和滑块用连杆连

3、接。凸轮推动滚子左右移动使得滑块左右移动。二、 设计任务：（一）凸轮的设计1. 画从动件的位移线图2. 作图法画出凸轮轮廓及工作图3. 计算法（坐标）画出凸轮的轮廓已知：凸轮的基圆半径r0=40mm，滚子半径rT=10mm，从动件运动规律为简谐运动。推程运动角=150，远休止角s=30，回程角=120，近休止角s=60 。凸轮顺时针回转，升程h=20mm。（二）齿轮的设计1. 画齿轮的工作图已知参数：齿数z=121，法面模数mn=2，法向压力角n=20，全齿高h=4.5，法向齿顶高系数han=1，分度圆上螺旋角=124048，螺旋方向：右旋。 三、 相关参数以及计算公式（一） 余弦加速度运动规

4、律（又称简谐运动规律）1. 推程时的运动方程 2. 回程时的运动方程S=h1+cos(/0) /2v=hsin0/(20)a=2h2cos0/(202)简谐运动（余弦加速度运动）图像解析法设计凸轮结构：理论轮廓线对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论轮廓线x=r+ssin y=r+scos 实际轮廓线 x,=xr1cos y,=yr1sin其中Sin=dx/d/dx/d2+dy/d2cos=dy/d/dx/d2+dy/d2dx/d=ds/dsin1+r+scos1dy/d=ds/dcos1r+ssin1斜齿圆柱齿轮的端面齿形在理论上是渐开线,所以可以引用直齿圆柱齿轮的几何计算公式,但均要以相

5、应的端面参数代入计算斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸的计算公式名称符号计算公式螺旋角一般取820度基圆柱螺旋角法面模数mn按标准模数系列表(GB/T 1357-87)取标准值端面模数mtmt=mn/cos法面压力角取为标准值(=20度)端面压力角法面齿距端面齿距法面基圆齿距法面齿顶高系数1端面齿顶高系数法面顶隙系数0.25端面顶隙系数分度圆直径d基圆直径db最少齿数zmin端面变位系数xt齿顶高ha齿根高hf齿顶圆直径da齿根圆直径df法面齿厚sn端面齿厚st当量齿数zv注:1.应计算到小数后第四位，其余长度尺寸应计算到小数后三位。 2.螺旋角的计算应精确到 四、 设计分析1.（1）直动推杆盘形凸

6、轮机构在设计凸轮的轮廓时，需先取适当的比例尺1，根据已知的基圆半径r0和偏距e 作出基圆和偏距圆，然后才能运用上述反转法进行作图。其作图方法及步骤：1) 确定推杆在反转运动中占据的各个位置；2）计算推杆在反转运动中的预期位移；3) 确定推杆在复合运动中依次占据的位置；4) 将推杆尖点各位置点连成一光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线。对于偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构，推杆在反转运动中占据的各个位置为过基圆上各分点所作偏距圆的切线；而对于对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构，可以认为是 e = 0 时的偏置凸轮机构，则需过基圆上各分点作过凸轮回转中心的径向线即可，其他设计方法基本相同。（2）计算法设计凸轮结构 按

7、照上面相应的公示求解出相关数据，在进行描点，作图。用平滑的曲线连接图上各点就得到了相应的凸轮的形状。2. 设计斜齿轮按照以上公式计算出斜齿轮的相关几何数据，然后作出相应的几何图形。由于斜齿轮存在着螺旋角，故当一对斜齿轮啮合传动时，其轮齿是先由一端进入啮合逐渐过渡到轮齿的另一端而最终退出啮合，其齿面上的接触线先是由短变长，再由长变短。因此斜齿轮的轮齿在交替啮合时所受的载荷是逐渐加上的，再逐渐卸掉的，所以传动比比较稳定，冲击，振动和噪声较小，故适宜于高速，重载传动。五、零件的设计凸轮是一个具有曲线轮廓火凹槽的构件。凸轮通常为主动件作等速转动，但也有作往复摆动或移动的;被凸轮直接推动的构件称为推杆（

8、又常称其为从动件，follower）。若凸轮为从动件，则称之为反凸轮机构（inverse cam mechanism）。凸轮机构的最大优点是只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构。1按凸轮的形状分(1)盘形凸轮 它是凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件。(2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。（3）圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮。 2 . 按从动件的型式

9、分（l）尖顶从动件 尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触。因而能实现任意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，所以只宜用于受力不大的低速凸轮机构。（2）滚子从动件 为了克服尖顶从动件的缺点，在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为滚动磨擦，耐磨损，可以承受较大载荷，所以是从动件中最常用的一种型式。（3）平底从动件 这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面。显然，它不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是：当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高，且接触面间易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。以上三种从动件都可

10、以相对机架作往复直线移动或作往复摆动。为了使凸轮与从动件始终保持接触，可以利用重力、弹簧力或依靠凸轮上的凹槽来实现。当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。圆柱凸轮的廓

11、线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。实际设计中可用几何法和解析法进行设计。5.1作图法设计凸轮方法一（1）将滚子中心B假想为尖端从动件的尖端，按照上述尖端从动件凸轮轮廓曲线的设计方法作出曲线h，这条曲线是反转过程中滚子中心的运动轨迹，称之为凸轮的理论廓线。（2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rr 为半径,作一系列滚子圆，然后作这族滚子圆的内包络线h, 它就是凸轮的实际廓线。很显然，该实际廓线是上述理论廓线的等距曲线（法向等距，其距离为滚子半径）。若同时作出这族滚子圆的内、外包络线 h和h 则形成槽凸轮的轮廓曲线。 由上

12、述作图过程可知，在滚子从动件盘形凸轮机构的设计中,rb指的是理论廓线的基圆半径。需要指出的是，在滚子从动件的情况下，从动件的滚子与凸轮实际廓线的接触点是变化的。注：作图法设计凸轮的主要方法是反转法。即直动杆与滚子绕着凸轮以凸轮实际运动方向的反方向运动至各处。滚子圆心所扫过的路径即为其理论廓线。再在其理论廓线上，以理论廓线为圆心，滚子半径为半径画出许多小圆。与这些小圆相切的较小的弧线，即是我们所要设计的凸轮的实际廓线。方法二我们也可以先作出其推杆的运动规律图线，即其位移与转角的关系图。在通过其位移线图分别作出其在基圆上的各个角度的位移，并用光滑的曲线连接所得的各个点，即获得凸轮工作时的理论廓线。

13、同样的方法在其理论廓线上，以理论廓线为圆心，滚子半径为半径画出许多小圆。与这些小圆相切的较小的弧线，即是我们所要设计的凸轮的实际廓线。作图法的图解计算法：根据之前的计算法公式分别计算出相关数据。再建立坐标系描出相应的点，用平滑的曲线连接各点，即可获得所需的凸轮。因为工作廓线与理论廓线在法线方向的距离应等于滚子半径，故当已知理论廓线上任意一点时，只要沿理论廓线在该点的法线方向取距离为滚子半径，即得工作廓线上的相应点。 注意：计算时可以利用计算机等工具，可以利用EXCEL电子表格，C语言等工具。利用电子表格计算时可以利用其软件绘制出相应的图形。利用C语言编程计算出的凸轮，绘制图形时，注意编程的准确

14、性与实用性。并注意程序的可移植性。理论轮廓线对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论轮廓线x=r+ssin y=r+scos 实际轮廓线 x,=xr1cos y,=yr1sin 其中 Sin=dx/d/dx/d2+dy/d2 cos=dy/d/dx/d2+dy/d2 dx/d=ds/dsin1+r+scos1 dy/d=ds/dcos1r+ssin1计算出的相关数据见附录。根据数据利用EXCEL电子表格绘制出的图形x小 结1凸轮机构的类型很多，各有其特点。选用时需要根据使用场合，灵活掌握。2从动件常用运动规律有：等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律、摆线运动规律等。盘形凸轮轮廓是按

15、照从动件运动规律来设计的。制定从动件的运动规律时，应使所设计的凸轮机构满足以下要求：从动件的运动符合工作要求；机构受力情况良好，冲击振动小；凸轮轮廓便于加工。3用作图法设计凸轮轮廓，只要掌握尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计方法，就可以举一反三，从而了解滚子或平底时直动从动件盘形凸轮轮廓的设计，至于摆动从动件盘形凸轮轮廓的设计是类似的。4设计凸轮轮廓要解决的问题是正确确定滚子半径、基圆半径、压力角。5滚子半径的选择应考虑运动失真、凸轮结构、滚子结构等因素。6压力角是衡量凸轮机构受力好坏的重要参数，压力角与基圆半径之间的关系是压力角越大基圆半径越小。5.2 斜齿轮的设计 根据公式计算出斜齿轮的相关

16、参数，分别要计算出其分度圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径。确定齿轮的配合公差，重合度。然后绘制出齿轮的工作图。计算出的相关数据：分度圆直径：d=248.05，齿顶圆直径：da=252.05，齿根圆直径：df=243.05。斜齿轮的工作图见附录六、 心得与体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础这次的机械原理课程设计，对我们来说时间紧，任务重。我们在五天之内要设计出齿轮凸

17、轮机构。我们作了一张一号图纸，这是我们以前没有过的。对我们来说这既是机遇也是一次挑战。通过这次的课程设计我们更加体会到团队合作的重要性。这么重的任务，如果没有同学之间的合作将会变得更加难于完成，我们分工计算数据，寻找公式，一起验证公式与数据的正确性。最后确定出我们所认为正确的公式与数据。作为一个班级的班委我的任务就更重了，除了要完成自己的设计任务外，还要帮助同学们解决课程设计总所遇到的困难。例如，我们需要一号图板，我们没有，后来经过询问之前高年级的同学，获得消息。要向学校去借，经过各方面的联系与沟通终于在第二天的中午我们借到了符合要求的图板。通过此次的课程设计让我们对机械原理这门课程有了一个更

18、加深入的了解，特别是对作图法与解析法设计凸轮这方面的内容更加深刻的体会，搞懂了他们的真正的含义。老师对我们的严格要求也是对我们的一次考验，老是这样良苦用心是对我们的高度负责。让有些人没有机会可以投机取巧，让我们真正体验一次完全由自己全部完成任务。在凸轮设计时，我们要根据公式计算出几百个数据，有的人是用计算器一个一个计算出来的，有的人是用计算机EXCEL电子表格计算出来的。各人发挥自己的长处，用自己的方法来完成此次任务。每个人都能体会到自己动手的乐趣，搞懂在此过程中所遇到的问题，不管是问老师还是同学之间的讨论。总之合作是我们解决问题的一个重大法宝。最后，我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪七、 参考资料机械原理第七版 高等教育出版社 主编：葛文杰机械原理课程设计指导书 高等教育出版社 主编：罗洪田百度文库新浪共享21