机械原理课程设计牛头刨床导杆机构

牛头刨床设计一、工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。

图1为其参考示意。

电动机经过减速传动装置（带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构），完成刨刀的往复运动和间歇移动。

刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。

在切削行程H中，前、后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。

在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。

图1 牛头刨床二、设计要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃点E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转速偏差为土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。

三、设计数据表1 设计数据四、设计内容及工作量（1）根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。

（2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸。

要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。

（3）导杆机构的运动分析。

将导杆机构放在直角坐标系下，建立数学模型。

（4）凸轮机构设计。

根据给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径r o、机架l o2o9和滚子半径r r）和实际轮廓，并将运算结果写在说明书中（可选）。

（5）编写设计计算说明书。

《机械原理》课程设计计算说明书设计题目牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析学院(部) 机械工程学院专业班级机械0 5 - 5 班学生姓名金星学号15 号指导教师(签字)7 月16 日至7 月20 日共1周2007年7月19日第一章机械原理课程设计的目的和任务1．课程设计的目的：机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的理论知识、培养学生独立解决机械设计中的实际问题的能力，使学生对于机构的综合以及运动学和动力学分析有一个较完整的概念；并进一步提高学生的计算、绘图和计算机辅助设计的能力。

2．课程设计的任务：1)导杆机构运动分析作机构运动分析简图，并作机构两位置的速度，加速度多边形图以及刨头的运动曲线2）导杆机构的动态机构分析按给定的位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。

第二章机械原理课程设计的方法：我们这次课程设计用了两种设计的方法。

1.图解法根据“《机械原理》课程设计指导书”中的题目和数据：按指导教师指定的题号，查出有关参数设计出牛头刨床的各杆尺寸。

在 1 号图纸中心偏上一些按指导教师指定的三个位置按比例画机构位置图（包括左右极限位置），并将给定的三个位置中的一个一般位置画成机构简图。

在同组同学中收集数据在 1 号图纸左上侧绘制刀头位移曲线图。

用图解法进行机构的运动分析。

在上述 1 号图纸左下侧作速度和加速度多边形。

在同组同学中收集数据作刀头的速度和加速度曲线图。

用图解法进行机构的动态静力分析。

在 1 号图纸右侧画示力体和力多边形，绘制平衡力矩曲线。

特殊位置不作2.解析法指导教师讲授用解析法上机进行设计的有关内容，如 1.齿轮设计、凸轮设计、杆机构设计、运动分析、动态静力分析等.按要求编程上机：完善用解析法进行的齿轮机构、凸轮机构、杆机构设计、运动分析、动态静力分析程序的编写，并用此结果与图解法的结果进行比较，分析误差，进行修正。

为达到简便易懂的去学习课程设计，我们主要使用图解法去解决问题，通过这次设计，我们了解了图解法，并能利用图解法去解决问题。

目录牛头刨床机构的分析与综合 .................................................................................................. 1设计题目及原始数据...............................................................................................................1.1 题目：牛头刨床机构的分析与综合 ..............................................................................1.2 原始数据..........................................................................................................................1.3 名称符号的意义 .............................................................................................................. 2机构运动简图........................................................................................................................... 3导杆机构的尺寸综合 ...............................................................................................................3.1已知数据...........................................................................................................................3.2设计步骤........................................................................................................................... 4导杆机构的运动分析 ...............................................................................................................4.1已知数据...........................................................................................................................4.2设计步骤...........................................................................................................................4.2.1 位置划分 ......................................................................................................................4.2.2 1’,6,9位置的运动分析.....................................................................................4.2.3 运动分析结果汇总表 ................................................................................................ 5导杆机构动态静力分析 ...........................................................................................................5.1已知数据 ...........................................................................................................................5.2 设计步骤 .........................................................................................................................5.2.1惯性力及力矩结果汇总表...........................................................................................5.2.2求齿轮的重量..............................................................................................................5.2.3 1’,6,9位置动态静力分析....................................................................................5.2.4 动力分析结果汇总表 ................................................................................................ 6齿轮机构设计计算 ...................................................................................................................6.1 已知数据 ........................................................................................................................6.2 设计步骤 ........................................................................................................................6.2.1 确定变位系数 .............................................................................................................6.2.2 计算齿轮几何尺寸 .....................................................................................................牛头刨床机构的分析与综合1设计题目及原始数据1.1 题目：牛头刨床机构的分析与综合1.2 原始数据1.3 名称符号的意义第1页第2页c F刨头所受切削阻力p Y切削阻力 FC 至 O2 的垂直距离 2n曲柄 2，齿轮 5 及凸轮 7 的转速 m齿轮 4、5 的模数 4Z ,5Z分别为齿轮 4、5 的齿数2机构运动简图第3页3导杆机构的尺寸综合3.1已知数据 3.2设计步骤1.导杆机构的极位夹角θ与导杆的最大摆角ψ：2.求导杆长O3L B ：3.求曲柄长2O A L ：4.求连杆长BF L ：5.求刨头导路 x —x 至 3O 点的距离 3O M L ；从受力情况（有较大的传动角）出发，x —x 常取为通过12B B 的扰度DE 的中点M 。

牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析第一章机械原理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。

起目的在于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，具备计算，和使用科技资料的能力。

在次基础上，初步掌握电算程序的编制，并能使用电子计算机来解决工程技术问题。

2课程设计的任务：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，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各个机构进行运动设计。

要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编制计算程序和编写说明书等。

第二章、机械原理课程设计的方法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。

图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。

第三章、机械原理课程设计的基本要求1．作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程；2．作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。

第四章机械原理课程设计的已知条件1、机构简介图1表1 设计数据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1所示。

电动机经过皮带和齿轮传动，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，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。

为此刨床采用有急回运动的导杆机构。

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1中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

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

目录一、课程设计任务书21.工作原理及工艺动作过程22．原始数据及设计要求4二、设计说明书51．画机构的运动简图52.对位置4点进展速度分析和加速度分析63．对位置9点进展速度分析和加速度分析9速度分析图：104.对位置9点进展动态静力分析12心得体会16谢辞17参考文献18一、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，刨刀进展切削，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，而空回行程中那么没有切削阻力。

切削阻力如图(b〕所示。

Y图〔1-1〕(b)2．原始数据及设计要求曲柄每分钟转数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〔如下列图〕。

图1-2取第I 方案的第4位置和第9位置〔如下列图1-3〕。

图 1-32. 对位置4点进展速度分析和加速度分析〔a 〕 速度分析 取速度比例尺l μ=mm s m001.0对A 点：4A V = 3A V + 34A A V方向：4BO ⊥A O 2⊥ //B O 4大小： ？ √ ？4A V =l μ⨯4pa =sm mm mmsm673239.0239.673001.0=⨯ 4ω=AO A l V 44=sr mmsm38431.1486334.0673239.0= 34A A V =l μ43a a l =sm mm mmsm156326.0326.156001.0=⨯ V 5B = V 4B =4ω⨯B O l 4=s m 747530.0对于C 点：C V = B V + CB V 方向： //'XX B O 4⊥BC ⊥大小： ？ √ ？C V =l μ⨯pc l =mm sm001.0sm mm 749708.0708.749=⨯ CB V =l μ⨯bc l =mmsm001.0sm mm 0490895.00895.49=⨯ 5ω=bcl CBl u V =s r 363626.0 速度分析图：图 1-4(b)加速度分析 选取加速度比例尺为a μ=mm s m2001.0对于A 点：4A a = n A a 4 + t A a 4 = 3A a + k A A a 34 + 34rA A a 方向：A →4OB O 4⊥ A →2O B O 4⊥//B O 4 大小： √ ？ √√ ? 由于3A a =22ωA O l 2=234263.4smKA A a 34=24ω34A A V =2432808.0s mnA a 4=24ωA O l 4=2931975.0s m ，根据加速度图1-5可得：t A a 4=a μ''a n l =2549416.0sm， r A A a 34=a μ''a k l =2298112.3sm 。

机械原理课程设计编程说明书设计题目: 牛头刨床的设计及运动分析（1）指导老师: 席本强, 郝志勇设计者: 迟宇学号: **********班级: 液压09-1班2011年6月30号辽宁工程技术大学机械原理课程设计任务书五、要求:1）作机构的运动简图（A4或A3图纸）。

2）用C语言编写主程序调用子程序, 对机构进行运动分析, 并打印出程序及计算结果。

3）画出导轨4的角位移, 角速度, 角加速度的曲线。

4）编写设计计算说明书。

指导教师:开始日期: 2010年6月26日完成日期: 2010年6月30日目录1.设计要求及参数 (1)2.数学模型 (2)3.程序框图 (4)4.程序清单及运行结果 (5)5.设计总结 (14)6.参考文献 (14)一、设计要求及参数已知: 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所作圆弧的平分线上, 数据见下表要求:（1）作机构的运动简图（2）用C语言编写主程序调用子程序, 对机构进行运动分析, 动态显示, 并打印程序及运算结果。

（3）画出导轨4的角位移Ψ, 角速度Ψ’, 角加速度Ψ”。

（4）编写设计计算说明书二、数学模型如图四个向量组成封闭四边形, 于是有0321=+-Z Z Z按复数式可以写成a （cos α+isin α）-b(cos β+isin β)+d(cos θ3+isin θ3)=0（1）由于θ3=90º, 上式可化简为a （cos α+isin α）-b(cos β+isin β)+id=0（2）根据（2）式中实部、虚部分别相等得acos α-bcos β=0(3)asin α-bsin β+d=0(4)(3)(4)联立解得 β=arctan acosaasinad + (5)b=2adsina d2a 2++ (6)将（2）对时间求一阶导数得ω2=β’=baω1cos(α-β)(7)υc =b ’=-a ω1sin(α-β)(8)将（2）对时间求二阶导数得ε3=β”=b1[a ε1cos(α-β)- a ω21sin(α-β)-2υc ω2] (9)a c =b ”=-a ε1sin(α-β)-a ω21cos(α-β)+b ω22(10)ac 即滑块沿杆方向的加速度, 通常曲柄可近似看作均角速转动, 则ε1=0。

设计题目：牛头刨床附图1：导杆机构的运动分析与动态静力分析附图2：齿轮机构的设计目录一.设计题目…………………………….……………………. .4二. 牛头刨床机构简介……………………………….………. .4三.机构简介与设计数据……………………………………. .. .5四. 设计内容…………….………………………….…………. .6五. 体会心得 (14)一、设计题目：牛头刨床1.）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。

2.）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。

3.）曲柄转速在64r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为9000N，其变化规律如图所示。

二、牛头刨床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），使工作台连同工件作一次进给运动，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5H的空刀距离，见图4-1，b），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小电动机容量。

三、机构简介与设计数据3.1机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。

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。

目录一、设计题目与原始数据- 1 -二、牛头刨床示意图- 2 -三、导杆机构设计- 2 -四、机构的运动分析- 4 -五、机构动态静力分析- 9 -六、飞轮设计- 13 -七、设计凸轮轮廓曲线- 15 -八、齿轮设计及绘制啮合图- 15 -九、解析法- 16 -1．导杆机构设计-16-2．机构运动分析-17-3．凸轮轮廓曲线设计-19-4.齿轮机构设计-22-十、本设计的思想体会- 22 -参考文献- 22 -附录- 23 -一、设计题目与原始数据1．题目：牛头刨床的综合设计与分析2．原始数据：刨头的行程H=550mm行程速比系数K=1.6机架长L O2O3=400mm 质心与导杆的比值L O3S4/L O3B=0.5 连杆与导杆的比值L BF/L O3B=0.3 刨头重心至F点距离X S6=160mm 导杆的质量m4=15刨头的质量m6=58导杆的转动惯量J S4=0.7切割阻力F C=1300N切割阻力至O2的距离Y P=175mm构件2的转速n2=80许用速度不均匀系数[δ]=1/40齿轮Z1、Z2的模数m12=15小齿轮齿数Z1=18大齿轮齿数Z2=46凸轮机构的最大摆角φmax=16º凸轮的摆杆长L O4C=140mm凸轮的推程运动角δ0=60º凸轮的远休止角δ01=10º凸轮的回程运动角δ0'=60º凸轮机构的机架长L o2o4=150mm 凸轮的基圆半径r o=55mm凸轮的滚子半径r r=15mm二、牛头刨床示意图如图1所示图1三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数K=1.6刨头的行程H=550mm机架长度L O2O3=400mm连杆与导杆的比L BF/L O3B=0.32、各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：ψmax =180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=42°B、求导杆长：L O3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（42°/2）]=776mmC、求曲柄长：L O2A =L O2O3×sin（ψmax/2）=400×sin21°=142mmD、求连杆长：L BF=L O3B×L BF/L O3B=776×0.3=233mmE、求导路中心到O3的距离：L O3M=L O3B-L DE/2=L O3B{1-[1-cos(ψmax/2)]/2}=750mmF、取比例尺：μL=0.005m/mm在1#图纸中央画机构位置图，机构位置图见1#图纸。