牛头刨床的运动和动力分析

二、牛头刨床的运动、动力分析[H,L1]=solve('H=300','L1=(270*H)/(2*550)',' H','L1')H =300L1 =810/11>> [N1,W1]=solve('N1=23',' W1=(N1*2*PI)/60','N1','W1')N1 =23W1 =23/30*PI一、任务根据牛头刨床的机构简图及必要的数据，进行机构的运动学和动力学分析，并给出刨头的位移、速度、加速度和曲柄平衡力矩的曲线。

二、已知条件1、机构运动简图2、机构尺寸mm a 270=， mm b 520=， mm l 5503=， mm l 1004=3、刨头行程和曲柄转速行程mm H 420=， 转速min /891r n =4、刨头的切削阻力工作行程始终为1000N ，空程为0N 。

三、 表达式推导如图所示以A 点为坐标原点，平行刨头运动方向为x 轴，建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。

由机构的结构分析有：过D 和D '做刨头所在导轨的垂线DG 和D 'G '，从图形中的角度关系易证明GE= G 'E '，所以有EE '=DD '及EE '=θsin 23l =H al l =132，因而我们可以得到312l aHl =1、推导出刨头()1ϕE E x x =，()1ϕE E v v =，()1ϕE E a a =的数学表达式。

（1） 位置分析由矢量封闭三角形ABC 可得封闭矢量方程为CB AB l l a=+即： 312ii i AB ae l e Se πϕϕ+= （1）应用欧拉公式θθθsin cos i e i +=，将（1）的虚部和实部分离得： 31sin sin ϕϕS l a AB =+ （2）31cos cos ϕϕS l AB = （3） 由上面两式求解可得： 当0cos 1=ϕ即21πϕ=或231πϕ=时，由（3）得 0cos 3=ϕ 及 23πϕ=当0cos 1≠ϕ时：113cos sin tan ϕϕϕAB AB l l a +=（4）此时按照机构结构简图及反正切的定义范围易得： 当0tan 3<ϕ时： 113c o s s i n a r c t a n ϕϕπϕAB AB l l a ++=当0tan 3>ϕ时： 113c o s s i n a r c t a nϕϕϕAB AB l l a +=由矢量封闭图形CFED 可得封闭矢量方程为D E CD FE CF l l l l+=+即： 43432ϕϕπi i iE e l e l be x +=+ （5）应用欧拉公式将（4）的虚部和实部分离得：4433cos cos ϕϕl l x E += （6） 4433sin sin ϕϕl l b += （7）由式（7）可得 4334sin sin l l b ϕϕ-=此时按照机构结构简图及反正弦函数的定义范围易得： 4334sin arcsinl l b ϕπϕ--= （8） 由这两个式子可以消去4ϕ，得到由1ϕ确定的E x 的公式：()()23323324sin cos ϕϕl b l x l E -+-= （9） 显然式（9）作为计算式时难以确定E x 的符号，因此在编程时我选择式（6）作为计算式。

机械能变化曲线：
飞轮设计：
Ｖ
A4
＝
A2 A4 A2
速度图解法：
V1A+V12=V 2A VF+VFB=V 2B V2B=βV 2A Β为常数比
加速度图解分析： a4An+a4Ar+a24Ar+ak24A =a2A 大小 方向
a4b+aF4Br=aF a4A=βV 4B
进给凸轮机构设计
主体机构设计
牛头刨床主体机构
主体结构设计
设计要求
（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1.4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，每人选取其中一组数据。 （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。具体数据如下：
主体机构
电机转速n(r/mi n)
切削力P(N)
75
许用传动角[γ]
H=150mm
4500N
45°
刨刀行程：H=150 速比系数：K=1.4
主体机构（方案一）
方案一： 摆动导杆机构与摇杆滑块机构组合机构
机构简图：
计算机构的自由度 F=3×5－2×7=1
主体机构（方案一）
机构尺寸的计算：
在满足压力角条件确定基圆半径，摆杆中心间的中心距。
• 推程许用压力角为[α]= 38°； • 回程许用压力角为[α’]= 65°； • 试凑法：对照摆杆长度为L，赋值基圆半径， 中心距a=90,r0=50;经试验符合要求
滚子半径rf：rf<ρ mi n －3（mm）及rf<0.8ρ mi n（mm） 方法1用图解法确定凸轮理论廓线上某点A的曲率半径R： 以A点位圆心,任选较小的半径r 作圆交于廓线上，在圆A 两边分别以理论廓线上的B、C为圆心，以同样的半径r 画圆，三个小圆分别交于E、F、H、M四个点处。过E、 F H、M O点 O点近似为凸轮廓线上A OA。并且曲率中心肯定在曲线过A 点的法线上。可以通 过法线与直线EF或HM的交点求曲率中心。

牛头刨床原理
牛头刨床是一种用于木材加工的机械设备，它主要用于对木材进行刨削和修整，使得木材表面更加光滑平整。

牛头刨床的工作原理主要包括送料系统、刨削系统和送料系统。

下面将详细介绍牛头刨床的工作原理。

1.送料系统。

牛头刨床的送料系统主要由送料辊和送料链条组成。

当木材被送入牛头刨床时，送料辊会将木材固定在机器的工作台上，防止木材在刨削过程中移动。

同时，送料链条会将木材沿着工作台送入刨削系统，确保木材能够顺利进行刨削操作。

2.刨削系统。

刨削系统是牛头刨床的核心部件，它主要由刨刀和刨床主轴组成。

当木材被送
入刨削系统后，刨床主轴会带动刨刀旋转，刨刀与木材表面接触，对木材进行刨削。

刨刀的旋转速度和刨床主轴的进给速度会影响刨削的效果，通常需要根据木材的硬度和刨削的要求进行调节。

3.送料系统。

刨削后的木材会被送料链条送出牛头刨床，完成整个刨削过程。

在刨削过程中，送料系统需要确保木材能够顺利送出，同时也需要对木材进行支撑，防止出现倾斜和晃动的情况，保证刨削后的木材表面平整。

总结。

牛头刨床通过送料系统将木材固定和送入刨削系统，刨削系统对木材进行刨削
操作，最后通过送料系统将刨削后的木材送出。

这就是牛头刨床的工作原理。

牛头刨床在木材加工中起着重要作用，能够有效提高木材的加工效率和加工质量，广泛应用于家具制造、建筑装饰等行业。

希望本文对牛头刨床的工作原理有所帮助，感谢阅读！。

一、概述1．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. 2．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；4.飞轮设计；5.凸轮机构设计。

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。

.3．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.机构简介与设计数据1，机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。

电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。

刨床工作时，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，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。

为此刨床采用有急回作用的导杆机构。

刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，见图4-1，b）而空回行程中则没有切削阻力。

对7号位置受力 分析
对于滑块中心D 点分析
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对摇杆进行分析
十二、飞轮转动惯量的计算
计算阻力距 确定等效力矩 确定最大盈亏功 估算飞轮转动惯量
Wmax 900 Wmax JF 2 2 2 213.7kg m2 (1 [ ]) π n1 [ ]
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九、主机构尺度综合及运动特性评定
机构位置划分图
以 7号和 14 号位置 作运动分析
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十、电动机功率与型号的确定
电动机的选择 传动比分配与 减速机构设计 工作台进给方案
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确定电动机功率
总传动比 采用展开式二级圆柱齿轮减速器
工作台横向进给运动 工作台垂直进给运动
十一、主机构受力分析
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三、三维模型示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三维模型示意图
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四、设计内容
课题：牛头刨床
1．对导杆机构进行运动分析 设 计 内 容 2．对导杆机构进行动态静力分析
3. 用UG模拟仿真运动校核机构运动分析和动态静 力分析结果
4. 确定电动机功率与型号 5. 减速装置的设计
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五、机构方案的初步确定
方案一
方案三
方案二
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五、机构方案的初步确定
功能要求
方 案 对 比
可动性
传递性能 动力性能 制造工艺及经济性
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六、对方案二的性能分析
（1）机械功能分析
杆1、2、3、6为曲柄摇杆，曲柄1为原动件，作 周期往复运动，使滑块同时周期往复运动，带动导 杆摆动，从而使得滑块4上下往复运动带动刨刀在 水平轨道上来回运动。 其中，刨刀向左为工作行程，速度平稳，运动行 程大；向右为工作回程，速度快，具有快速返回的 特性。

目录一、实验目的 (1)二、实验任务 (1)三、实验原理 (1)四、实验设备 (2)五、实验内容 (3)1、牛头刨床机构 (3)2、内燃机机构 (4)3、精压机机构 (4)4、两齿轮-曲柄摇杆机构 (5)5、两齿轮-曲柄摆块机构 (6)6、喷气织机开口机构 (6)7、双滑块机构 (7)8、冲压机构 (8)9、插床机构 (8)10、筛料机构 (9)11、凸轮-连杆组合机构 (9)12、凸轮-五连杆机构 (10)13、行程放大机构 (11)14、冲压机构 (11)15、双摆杆摆角放大机构 (12)六、实验方法与步骤 (12)一、实验目的1、机构创新设计与运动分析实验是综合性实验，在掌握机构组成原理、基本机构的类型、结构、设计知识的基础上，以ＺＢＳ－Ｃ机构创意设计实验台作为操作平台，进行机构创新设计实验；2、培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究。

以期通过实验使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高。

二、实验任务1、选用工程机械中各种平面机构运动简图，在ＺＢＳ－Ｃ机构创新设计实验台搭接、运行，满足机构运动要求。

２、根据设计机构创新方案、画出机构运动简图，在ＺＢＳ－Ｃ机构创新设计实验台搭接、运行，满足机构设计要求。

三、实验原理1、杆组的概念由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度数相等，因此机构由机架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运动副联接而成。

将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链，称为基本杆组，简称杆组。

根据杆组的定义，组成平面机构杆组的条件是：F=3n-2pL-pH=0其中构件数n，高副数PH和低副数PL都必需是整数。

由此可以获得各种类型的杆组。

当n=1,PL=1,PH=1 时即可获得单构件高副杆组，常见的有如下几种：图 3-1 单构件高副杆组因此满足上式的构件数和运动副数的组合为：n=2,4,6……，PL=3，6，9……。

已知：电机的功率W=5.5KW,电机的高速转动（960 转/分）牛头刨床曲柄转速50r/min,工作行程310mm,行程速比系数1.46.连杆与导杆之比LDE/LCD=0.25 曲柄与水平线的夹角120°设计要求：电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。

允许曲柄2转速偏差为±5％。

要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。

执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。

按小批量生产规模设计。

1、确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。

2、选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。

3、传动装置中的传动零件设计计算。

4、绘制传动装置中减速器装配图一张（A0）。

5、绘制减速器箱体、齿轮及轴的零件图各一张（A1）。

6、编写设计计算说明书一份。

完成以上工作后准备机械设计部分的答辩。

牛头刨床机构的分析与综合一、课程设计的目的和任务1、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。

2、任务本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。

并在此基础上确定飞轮转惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。

二、工作原理与结构组成牛头刨床的简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。

刨床进给机构设计学生姓名学号所属学院机械电气化工程学院专业农业机械化及其自动化班级指导老师日期前言牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种，主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。

一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时，摇杆左右摆动，使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动，通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。

牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。

如何实现刨头在切削行程中速度平稳，难以凭经验确定。

而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。

为了确定牛头刨床进给机构的设计是否满足要求，就必须对其进行分析。

牛头刨床是用棘轮机构完成进给运动。

工作台进给量的大小是用棘轮外圈加一档环,在摇杆固定摆角的范围内盖住棘轮上一部分牙齿来进行调整。

由于正反向进给要来回调整棘轮外圈挡环,操作比较麻烦。

为此，可以对进给机构进行改进,不用挡环来回调整,而只要将棘爪调整180度，就能实现正反进给。

牛头刨床主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽及一些成形面。

滑枕带着刨刀作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。

中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。

大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。

滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。

由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。

刨床进给机构实现的功能是除水平进给可自动外，垂直进给、非工作时工作台的水平移动和垂直升降均需手动。

关键词：刨床；进给；工作台；水平移动；垂直升降目录1 牛头刨床简要介绍 (1)1.1 牛头刨床外形图 (1)1.2 牛头刨床解析 (1)1.3 牛头刨床工作原理 (1)1.4 牛头刨床的组成 (2)2 牛头刨床进给机构总体设计 (2)2.1 牛头刨床进给机构方案的确定 (2)2.2 牛头刨床进给机构的组成 (3)2.3 牛头刨床进给机构工作原理 (3)2.4 牛头刨床垂直进给机构方案的确定 (4)3 连杆机构部分设计 (4)3.1 曲柄摇杆机构解析 (4)3.2 曲柄摇杆机构运动分析 (5)3.3 建立数学模型 (5)4 棘轮机构部分的设计 (6)4.1 棘轮机构工作原理 (6)4.2 棘轮机构的特点及应用 (7)4.3 棘轮机构的设计要点 (7)4.4 棘轮机构方案的确定 (8)4.5 棘轮和棘爪的设计 (8)4.6 棘爪架 (10)4.7 棘轮罩 (10)5 螺旋机构（丝杠副）部分的设计 (10)5.1 螺旋机构的选型 (10)5.2 螺旋机构基本参数的确定 (11)6 工作台垂直进给机构部分的设计 (11)6.1 工作台垂直进给机构分析 (11)6.2 工作台垂直进给机构原理 (11)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)1 牛头刨床简要介绍1.1 牛头刨床外形图牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁等组成如图1-1所示。

单自由度机械系统动力学作业题目：图1所示为一牛头刨床。

各构件长度为：1110L mm =，3540L mm =，4135L mm =；尺寸580H mm =，1380H mm =。

导杆3重量3200G N =，质心3S 位于导杆中心，导杆绕3S 的转动惯量23 1.1J kg m =⋅。

滑枕5的重量5700G N =。

其余构件重量均可不计。

电动机型号为Y100L2-4，电动机轴至曲柄1的传动比23.833i =，电动机转子及传动齿轮等折算到曲柄上的转动惯量21133.3J kg m =⋅。

刨床的平均传动效率0.85η=。

空行程时作用在滑枕上的摩擦阻力50f F N =，切削某工件时的切削力和摩擦阻力如图2所示。

1）求空载启动后曲柄的稳态运动规律； 2）求开始刨削工件的加载过程，直至稳态。

图1 牛头刨床 图2 牛头刨床加工某工件时的负载图 解：（1）运动分析可以用解析法列出各杆角速度、各杆质心速度的表达式。

但为简便起见，现调用改自课本附录Ⅰ中的Matlab 子程序来进行计算。

图1中给出了构件和运动副的编号。

先调用子程序crank 分析点②的运动学参数，再调用子程序vosc 进行滑块2—导杆3这一杆组的运动学分析，然后再调用子程序vguide 进行小连杆4—滑枕5这一杆组的运动学分析。

这一段的Matlab 程序如下：crank(1,2,L(1),TH(1),W(1)); vosc(2,3,4,L(3)); vguide(4,5,L(4)); 其中：L(i)、TH(i)、W(i)分别表示第i 个杆的长度、位置角、角速度。

（2）等效转动惯量和等效力矩取曲柄1为等效构件，等效转动惯量为2223335513111()()()S e J J J G v G v g g ωωωω=+++ (a) 式中：g 为重力加速度，3S v 为导杆3质心的速度，5v 为滑枕的速度。

等效驱动力矩可由电动机机械特性导出，设m M 、de M 分别为电动机输出力矩和等效驱动力矩，两者有如下关系：de m M iM = (b)式中i 为电动机轴和曲轴间的传动比。

牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是对于结构型式及尺寸参数已定的具体机构，按主动件的位置、速度和加速度来确定从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。

许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，所以机构的运动分析是机械设计过程中必不可少的重要环节。

以计算机为手段的解析方法，由于解算速度快，精确度高，程序有一定的通用性，已成为机构运动分析的主要方法。

连杆机构作为在机械制造特别是在加工机械制造中主要用作传动的机构型式，同其他型式机构特别是凸轮机构相比具有很多优点。

连杆机构采用低副连接，结构简单，易于加工、安装并能保证精度要求。

连杆机构可以将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件，实现间歇运动，满足给定的运动要求，完成机器的工艺操作。

牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。

工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。

工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的控制。

本文中只分析纵向运动的运动特性。

牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。

刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。

刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。

当刨刀处于返回行程时，刨刀不工作，称为空行程，此时要求刨刀的速度较高以提高生产率。

由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的影响。

1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。

图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。

杆1为原动件，刨刀装在C点上。

假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨刀C点的位移、速度和加速度的变化情况。

设计计算说明书设计题目：牛头刨床机械科学与工程学院机械工程及自动化专业设计者：指导教师：20 年3月10日目录1 设计题目 (3)1.1 工作原理 (3)1.2 设计要求 (3)1.3 设计内容 (3)2 设计计算过程 (3)2.1 传动方案的拟定与分析 (3)2.2 选择电动机 (4)2.3 机械系统运动和动力参数计算 (5)2.4带传动的设计计算 (6)2.5高速级斜齿轮传动的设计计算 (8)2.6低速级斜齿轮传动的设计计算 (11)2.7 三轴的设计计算及校核 (16)2.8 滚动轴承的选择计算 (20)2.9 键联接的选择及验算 (25)2.10 联轴器的选择 (27)2.11 箱体设计 (27)2.12 润滑方式和密封装置的选择 (27)3 设计小结 (28)3.1 课程设计的体会 (28)3.2 设计的优缺点 (28)3.3 设计的改进意见 (28)4 参考文献 (28)图1图2 ）两种方案的比较与选择。

2 选择轴的材料轴的材料选45钢，调质处理。

由《机械设计》表8-1查得，MPa b 640=σ，MPa s 355=σ，MPa 2751=-σ，MPa 1551=-τ，MPa 60][1=-σ。

由表8-3，取1100=A3 输出轴的功率kW P 39.33=、转速m in /99.493r n =，转矩mm N T ⋅=6476203 图3F F F H t H 591912=-=垂直面支反力d F M a a ⨯==1733212211)(M L L F a V =++L L M L F F a r V 2121=+-=F F F V r V 224512=-=（4）计算轴的弯矩，并画弯矩图图4L L L L L F F Q H )(323211+-++=F F F F Q R H H 78812=-+=垂直方向支反力3321)(L F L L F t V =+L L L F F t V 651556527173231+⨯=+=N F F F 1914=-=F F t A 6177tan 11==βF F t A 2579tan 22==β水平面支反力)(3211F L L L F H +++L L L L L F F t H )(213211++-+=F F F F t H t H 2112--=垂直方向支反力)(3211+++-V L L L F L L L F F R V )(13211+++=N F F F H t H 591912=-=垂直面支反力d F M a a ⨯⨯==21817332122211)(L F M L L F r a V =++L L M L F F a r V 2.6515022452121⨯=+-=N F F F V r V 224512=-=合成支反力F F F H V r 68521211=+=F F F H V r 156022222=+=。

三、机构选型、方案分析及方案的确定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。

摘要——牛头刨床运动和动力分析一、机构简介与设计数据1、机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1a。

电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。

刨床工作时，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，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生常率。

为此刨床采用有急回作用的导杆机构。

刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1 – 9 – 10 – 11 与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件做一次进给运动，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，图1-1b），而空回行程中则没有切削阻力。

因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量a b图目录摘要 (III)1设计任务 (1)2 导杆机构的运动分析 (2)导杆机构的动态静力分析 (4)3.1运动副反作用力分析 (4)3.2力矩分析 (6)4方案比较 (7)5总结 (10)6参考文献 (10)《机械原理课程设计》说明书1设计任务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，确定曲柄平衡力矩，并对不同法案进行比较，以确定最优方案。

要求根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。

2 导杆机构的运动分析2.1 速度分析取曲柄位置1’对其进行速度分析，因为2和3在以转动副相连，所以V A2=V A3，其大小等于ω2l02A，指向于ω2相同。

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选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）νA4=0.088m/sνA3=0.816m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得υC5 = υB5 + υC5B5大小 ? √ ?方向∥XX ⊥O4B ⊥BC取速度极点p，选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）νC5=0.16m/sνC5B5=0.044m/s2.2 加速度分析取曲柄位置“1”进行加速度分析。

八、机构运动循环图
机构工艺动作分解
牛头刨床的主运动为： 电动机→变速机构→摇杆机构→滑枕往复运 动； 牛头刨床的进给运动为： 电动机→变速机构→棘轮进给机构→工作台 横向进给运动。
九、主机构尺度综合及运动特性评定 机构位置划分图
以 7号和 14 号位置作运动分析
十、电动机功率与型号的确定
电动机的选择
传动比分配与 减速机构设计
工作台进给方案
确定电动机功率 总传动比
采用展开式二级圆柱齿轮减速器
工作台横向进给运动 工作台垂直进给运动
十一、主机构受力分析 对7号位置受力分析
对于滑块中心D点分析
对摇杆进行分析
十二、飞轮转动惯量的计算
计算阻力距 确定等效力矩 确定最大盈亏功 估算飞轮转动惯量
JF( W 1 2 [m a x ]) π 9 0 20 n 1 2 W [m a x ]2 1 3 .7 kgm 2
机
械
原
理
课
程
设
计
——牛头刨床
一、课程设计目的
学会机械运动见图设计的步骤和方法； 巩固所学的理论知识，掌握机构分析与综合的基本方法； 培养学生使用技术资料、计算作图及分析与综合能力；
培养学生进行机械创新的能力。
二、课题：牛头刨床
机构简介及要求
牛头刨床是一中用于平面加工的机床。刨刀工作时，由导杆机构带动刨刀作往复切削运动。 工作行程时，刨刀要求平稳；空回行程时，刨刀要快速退回，即要有急回作用。切削阶段刨刀
六、对方案二的性能分析
（3）结构的合理性和经济性分析
若机构全以铰链连接杆件，抗破坏能力较差，易发生断折。对于较大载荷时对杆件和 强度要求较高，会浪费机构的有效空间，也不能保证刨削所需的力的运动的准确性。

《机械原理》课程设计说明书题目：牛头刨床的设计与分析专业：车辆工程班级： 11-2姓名： xxx学号：xxxxxxxxx指导教师：xxx2013 年5 月摘要牛头刨床设计的主要内容在于齿轮减速传动机构以及主体机构的设计，其基本原理是将电机的转动转化为刨刀的往复切削运动。

两种运动的转换通过机械原理中的不同机构配合使用很容易实现，但如何使刨床处于更好的工作状态就需要进行深入的比较分析了。

这对于机构的选择以及机构的尺寸设计提出了深层次的要求。

该设计用转动导杆机构与对心曲柄滑块机构进行组合，通过合理的的杆件尺寸设计使得牛头刨床工作处于平顺稳定的状态。

设计过程中运用多种软件进行刨床的动力学以及运动学分析，通过不断对运动曲线的优化比较选择出最佳方案。

本设计传动机构主要从满足执行构件需求的角度出发，根据齿轮设计原理进行合理地传动比分配，以及相应电机功率的选择。

本设计优点在于能够提供充分的理论依据来正视设计的合理性以及可行性，同时在实现在满足任务书要求的基础上能够对设计进行优化与整合。

目录一、机械原理课程设计的目的与任务...................................................................................... - 1 -1、课程设计的目的............................................................................................................ - 1 -2、课程设计的任务............................................................................................................ - 1 -3、课程设计的准备和注意事项........................................................................................ - 1 -4、主要参数........................................................................................................................ - 2 -二、主体机构设计： ................................................................................................................. - 2 -1、主体运动的运动要求和动力要求................................................................................ - 2 -2、设计要求........................................................................................................................ - 2 -3、主体机构设计可在以下几种方案中选择.................................................................... - 2 -4、主传动机构尺寸的综合与确定[1]: ................................................................................ - 4 -5、解析法运动分析及程序................................................................................................ - 5 -6、飞轮转动惯量的确定.................................................................................................. - 10 -三、齿轮机构设计 ................................................................................................................... - 13 -1、设计要求：.................................................................................................................. - 13 -2、传动方案设计.............................................................................................................. - 14 -并分配传动比：............................................ - 14 -1）计算传动装置的总传动比i2）计算传动装置各轴的转速：.............................................................................. - 14 -3）各轴输入的功率.................................................................................................. - 15 -4）各轴输入的转矩.................................................................................................. - 15 -3、电机选择 ............................................................................................................. - 16 -4、齿轮1、2设计结果.................................................................................................... - 16 -1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.......................................................... - 16 -2）几何尺寸计算。

目录一、概述 (1)1、设计目的 (1)2、设计任务 (1)3、设计方法 (1)二、牛头刨床机构简介 (2)1、牛头刨床的组成机构 (2)2、牛头刨床的工作原理 (3)三、导杆机构方案设计1、拟定运动方案2、方案机构的选择四、传动导杆机构的运动分析1、位置分析2、速度分析3、加速度分析五、齿轮机构设计1、齿轮的设计要求2、齿轮计算六、课程设计自我评价与心得七、参考文献一、概述1、设计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。

机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。

以及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，进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力2、设计任务本课程设计要求在规定的时间里按题目任务要求完成设计工作，并上交设计说明书一份。

设计说明书内容包括：1.题目介绍。

2.机构方案。

绘制原理图，说明原动件，从动件等的工作原理。

3.设计说明。

自由度计算，主要尺寸计算、选取等。

4.特点。

说明设计的特色，主要优缺点等。

3、设计方法机械原理课程设计的主要方法有图解法、解析法、实验法。

①图解法是利用已知的条件和某些几何关系，通过几何作图求得的结果。

此法概念清晰、形象直观，但是作图繁琐，精度不高。

②解析法是通过建立数学模型，编制框图和程序，借助计算机求出结果。

该方法精度高、速度快、能解决较复杂的问题。

③实验法是通过建立模型、计算机动态演示与仿真、CAD等，使设计的产品得以实现。

二、牛头刨床机构简介1、牛头刨床的组成机构如图1所示：图1图中：1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—床身；5—减速传动装置；6—带动执行机构；7—手柄；8—滑板。

2、牛头刨床工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。

机械工程学院机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床刨刀往复运动机构的分析和设计专业：机械设计制造及其自动化班级：级姓名：学号指导教师：侍红岩年月日目录设计任务设计题目牛头刨床刨刀往复运动机构的分析和设计。

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，整个机构的运转是由原动件带动杆的，通过连杆推动滑块运动；从而实现刨刀的往复运动。

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。

原始数据及设计要求图已知行程比系数原动件曲柄转速，刨刀行程，其它参数为，，，，|3，，尺寸应满足传动角尽可能大；故刨刀移动导路位于点圆弧轨迹弦高一半处；构件重量分别为，，质心位于、处；构件绕质心转动惯量,回程阻力为零，其它忽略不计。

刨刀工作阻力如图所示，回程阻力为零，其它条件忽略不计。

表设计任务（）绘制机构运动简图。

（）作机构运动分析，求出各个运动副中的反力。

（）用图解法作机构动态静分析；并求作用在原动件上的平衡力矩。

系统传动方案设计曲柄滑块机构和摆动导杆机构（）曲柄滑块机构和摆动导杆机构的分析牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的杆机构。

如图所示，采用导杆机构，滑块和导杆之间的传动角始终为，且适当确定构件尺寸，图可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。

适当确定刨头的导路位置，可以使压力角 尽量小。

（）机械功能分析该构件中完成主运动的是由杆、、、组成的四连杆机构，杆带该构件中和其铰接的杆完成刨床的刨削运动。

在由杆、、、所组成的曲柄摇杆机构中，曲柄在原动机的带动下做周期性往复运动，从而连杆带动滑块作周期性往复运动实现切削运动的不断进行。

（）工作性能分析从机构简图中可以看出，该机构得主动件和连杆的长度相差很大，这就是的机构在刨削的过程中刨刀的速度相对较低，刨削质量比较好。

杆和杆在长度上的差别还是的刨刀在空行程的急回中，有较快的急回速度，缩短了机械的运转周期，提高了机械的效率。