牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

《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。

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、课程设计题目二、牛头刨床简介三、导杆机构的运动分析四、导杆机构动态静力分析五、用解析法做导杆机构的运动分析六、Matlab编程并绘图七、凸轮机构的设计八、齿轮机构的设计九、参考文献一、题目：牛头刨床的设计二、牛头刨床简介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。

(b)二、设计说明书1．画机构的运动简图1、以O 4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O 2点，B 点，Y图（1-1）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）。

图1-2牛头刨床（方案一）的设计一、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及质心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。

n2=60r/min lo2o4=380mm lo2A=110mm lo4B=540mmlBC=0.25lo4B lo4s4=0.5lo4B xs6=240mm ys6=50mm要求：设计导杆机构，计算机构的行程速比系数k，作机构的运动简图；作机构位置2和6’两个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，作滑块的运动线图。

取μ=0.004m/mm，作机构运动简图如下图1-3所示极位夹角θ=33.7°行程速比系数K=1.46θ=2arcsin(lo2A/lo2o4) 图1-3=2arcsin(110/380)=33.7°K=(180°+θ)/(180°-θ)=1.46（1）当曲柄位于位置2时lo4A=μlo4A=0.004×105=0.420m VA4=0.33m/sV A3=V A2=ω2lo2A=π×60/30×0.11=0.69m/s VA4A3=0.62m/s a ．速度分析 Vs4=0.21m/s4A V = 3A V + 34A A V Vc=0.4m/s方向：4BO ⊥ A O 2⊥ //B O 4 5ω=0.74rad/s 大小： ？ √ ？ 4ω=0.79rad/s 作速度多边形，取速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm4A V =μv ⨯4pa =0.01×33=0.33m/s4ω=AO A l V 44=0.33/0.420=0.79rad/s34A A V =μv 43a a l =0.01×62=0.62m/sV 5B = V 4B =4ω⨯B O l 4=0.43m/s由速度影像原理确定点bC V = B V + CB V方向： //'XX B O 4⊥ BC ⊥ 大小： ？ √ ？C V =μv ⨯pc l =0.01×40=0.4m/sCB V =μv ⨯bc l =0.01×10=0.1m/s5ω=bcl CBl u V =0.74rad/s Vs4=μvPs4=0.01×21=0.21m/sb.加速度分析4A a = n A a 4 + t A a 4 = 3A a + kA A a 34 + 34r A A a =0.26m/s ²方向：? A →4O B O 4⊥ A →2O B O 4⊥ //B O 4 =0.98 m/s ²大小：? √ ？ √ √ ?=2.84 m/s ²由于3A a =22ωA O l 2=4.34m/s ², aA3=4.34 m/s ²KA A a 34=24ω34AA V =0.98m/s ² aA4=2.85 m/s ² n A a 4=24ωA O l 4=0.26m/s ² β4=6.76 m/s ² 作加速度多边形，选取加速度比例尺为a μ=0.05(m/s ²)/mm as4=1.83 m/s ²aB=3.67 m/s ²t A a 4=a μ''a n l =2.84m/s ²，rA A a 34=a μ''a k l =0.05×33=1.65m/s ² aC=3.7 m/s ² 4A a =24ωB O l 4=2.85m/s ²。

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：学号：学生：指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处年月日《机械原理课程设计》评阅书摘要叙述本设计的主要内容，特点，文字精练。

小四，宋体。

一篇完整的设计说明书(论文)，通常由题名(标题)，摘要，目次页(目录)，引言(前言)，正文，结论，致谢(谢辞)，参考文献和附录等几部分组成。

页面设置：上---2.5厘米，下---2.5厘米，左---3.0厘米，右---2.0厘米，页眉---1.5厘米，页脚---1.5厘米。

页眉：是“《机械原理课程设计》说明书”，位于中间，用小五号宋体。

目录一级标题用加黑四号宋体二级标题用小四宋体摘要 (III)1设计任务 (1)2导杆机构的基本尺寸确定 (2)3导杆机构的运动分析 (3)4导杆机构的动态静力分析 (4)4.1运动副反作用力分析 (4)4.2曲柄平衡力矩分析 (4)总结 (5)主要收获与建议 (6)参考文献 (7)（目录自动生成，插入——引用——索引和目录，目录，级别改完2级，然后按一级标题用加黑四号宋体，二级标题用小四宋体调整格式1设计任务2导杆机构的基本尺寸确定3.1 速度分析 3.2 加速度分析下面为图、表、公式排版示例：图3-1 手机充电座（图号与图题文字置一字空格置于图的正下方，5号宋体，图号编码和章序号）表3.1 钢丝绳强度与粘着力（表题和表号空2字，表上方居中，5号宋体）0308τπDd F =(3-1) 0308τπDd F =(3-2) 0308τπDd F =(3-3)(正文中引用的公式、算式或方程式等按章序号用阿拉伯数字编号，如上例。

公式单行居中排版与上下文分开，式号与公式同行居右排版。

公式用公式编辑器编写)4.1 运动副反作用力分析4.2 曲柄平衡力矩分析总结正文小四概括说明本设计的情况和价值，分析其优点、特色、有何创新、性能，达到何等水平、经济性分析、适用性分析。

一、设计任务1牛头刨床刀杆机构的运动综合、运动分析和动态静力分析；2对牛头刨床传动装置中行星轮机构、齿轮机构进行综合。

二、牛头刨床简介及工作原理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。

图1牛头刨床外形图为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。

刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经皮带轮O'和O''和齿轮Z o''、Z1'、Z1、Z2减速带动曲柄2转动。

刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头和刨刀作往复运动。

刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。

刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产力。

三、原始参数四、导杆机构的运动综合设L O3B=L3 L BF=L4 L O3D=L'6 L O2A=L1 L O3O2=L6L O3A=S3 L DE=S E1、导杆的摆角ψ K=1.8180k 51.43180-︒+ψ=⇒ψ=︒︒ψ2、导杆的长度L 33H/2H 600mm L 691.4mm sin /2=⇒==ψ3、连杆的长度L 443L 0.3L 207.4mm =⨯=4、刨头导路中心线xx 至O3点的垂直距离L '6O3E 3L L cos 2622.9mm =⨯ψ=根据已知xx 被认为通过圆弧BB ’的绕度ME 的中点D 知O E'33O3M DM 63L L L L L L 657.2mm 2-=-=-=5、曲柄的长度L 1616L 370mm L L sin /2160.5mm =⇒=⨯ψ=6、切削越程长度0.05H ，如图所示则切削越程长度为0.05H=0.05×600=30mm7、机构运动简图8、计算机构的自由度F=3×5－2×7=1五、用解析法作导杆机构的运动分析如图所示，先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。

2.1矢量图解法：取5号位置为研究对象：x2.1.15-6杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、F i6、R16、R45,其中R45和R16方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力F16均垂直于质心，R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。

选取比例尺μ= (10N)/mm，作力的多边形。

将方程列入表2-1。

U=10N/mm已知P=9000N，G6=800N，又a c=a c5=4.5795229205m/s2,那么我们可以计算F I6=- G6/g×a c=-800/10×4.5795229205=-366.361834N又ΣF=P+ G6 + F I6 + F45 + F RI6=0，方向//x轴↓←B→C ↑大小9000 800 √？？作为多边行如图1-7所示PG 6F I6F 45N图1-7图1-7力多边形可得：F45=8634.49503048NN=950.05283516 N在图1-6中，对c点取距，有ΣM C=-P·y P-G6X S6+ F R16·x-F I6·y S6=0代入数据得x=1.11907557m分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，2.1.2对3-4杆组示力体分析F xu=10N/mm已知：F54=-F45=8634.49503048N，G4=220Na B4=a A4· l O4S4/l O4A=2.2610419m/s2 ,α=α4=7.79669621rad/s2S4由此可得：F I4=-G4/g×a S4 =-220/10×2.2610419N=-49.7429218N M S4=-J S4·a S4=-9.35603545在图1-8中，对O4点取矩得：M O4=M+ F I4×x4 + F23×x23+ F54×x54 + G4×x4 = 0s4代入数据，得M O-9.35603545-49.7429218×0.29+F23×0.41859878959+864=34.49503048×0.57421702805+220×0.0440*******=0故F23=11810.773NF x + F y + G4 + F I4 + F23 + F54 = 0方向：？？√M4o4 √√大小：√√↓√┴OB √44F 54F y由图解得：F x =2991.6124744NF y =1414.4052384N 方向竖直向下。

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。

高等机构学题目: 牛头刨床机构运动分析院系名称：机械与动力学院专业班级：机械工程学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：指导教师：2015年12 月17日目录一问题描述................................................................................................................................ - 1 -二运动分析................................................................................................................................ - 1 -2.1矢量法构建机构独立位置方程 ............................................................................. - 1 -2.2机构速度分析 ............................................................................................................. - 2 -2.3机构加速度分析......................................................................................................... - 2 -2.4机构运动线图绘制.................................................................................................... - 3 -三总结......................................................................................................................................... - 4 -附录一：Matlab程序............................................................................................................... - 4 -牛头刨床机构运动分析一 问题描述如图1-1所示的牛头刨床机构中，800h mm =，1360h mm =，2120h mm =，200AB l mm =，960CD l mm =，160DE l mm =。

牛头刨床导杆机构的运动分析1. 引言牛头刨床导杆机构是一种常用于刨削加工的机床设备，具有高精度和高效率的特点。

在刨床导杆机构中，导杆起着重要的作用，它能够提供刨床刀架的平行导向和支撑作用。

导杆机构的运动特性对于刨削加工的精度和效率有着重要的影响。

因此，对于牛头刨床导杆机构的运动分析具有重要意义。

2. 导杆机构的构成牛头刨床导杆机构一般由导杆、导轨、导轨座以及导杆座等部件组成。

导杆是导轨上移动的零件，通过导杆座和刨床刀架相连。

导轨是固定在刨床床身上的导向轨道，导轨座则用于支撑导杆并保证其在导轨上的平稳移动。

3. 运动分析导杆机构的运动分析主要包括导杆的运动规律和导轨座的运动约束等方面。

3.1 导杆的运动规律导杆在刨床加工过程中的运动规律可由导杆机构的几何关系来描述。

假设导杆长度为L，导轨座的前进长度为x，导杆与导轨的接触点为A，刨床刀架的前进位置为y。

根据几何关系可知，导杆的运动规律满足以下方程：x = L - y3.2 导轨座的运动约束为了保证导杆在导轨上的平稳运动，导轨座需要满足一定的运动约束条件。

一般情况下，导轨座的运动约束可由导轨座与导轨的接触点A、导杆与导轨的接触点B以及导杆长度L所构成的闭合平面链进行分析。

根据平面链的运动学原理，可以得到以下方程：L = AB + BC其中，AB代表导轨座的前进长度，BC代表导杆的伸出长度。

根据实际情况，可以确定导轨座的运动范围，并进行相应的设计。

4. 结论通过对牛头刨床导杆机构的运动分析，可以得出以下结论：1.导杆的运动规律可由导杆机构的几何关系来描述，其中导杆的前进位置与导轨座的前进长度满足特定的关系。

2.导轨座的运动约束需要满足导轨座与导轨接触点、导杆与导轨接触点以及导杆长度所构成的闭合平面链的特定关系。

综上所述，牛头刨床导杆机构的运动分析对于提高刨削加工的精度和效率具有重要意义，可以为刨床设计和制造提供理论依据和技术支持。

参考文献：[1] 张三. 牛头刨床导杆机构运动分析研究[J]. 机床与液压, 2010, 12(4): 45-50.。

辽宁科技学院机械原理课程设计设计题目：《牛头刨床的运动分析及静力分析》班级：机电BS051姓名前言在当今这个高新技术的社会中，计算机制图(AUTO-CAD)已经广泛应用到教学领域，然而，在牛头刨床设计这个教学领域中主要以实物、文字、原理为主。

为了使更多的人能够学好并掌握这门学科，在本设计说明中插入了很多图片、文字、原理与CAD制图等，以便于人们的理解和学习。

本说明书是根据高等学校机械制造、机械设计、机电一体化、模具设计与制造、纺织机械的机械工程专业的教材《机械原理课程设计指导书》编写。

全说明共三部分、七章。

第一部分为牛头刨床的基本机构，用最简单明了并且直观的方式阐述了牛头刨床的主要机构及运动情况；第二部分为牛头刨床的工作原理，主要内容包括牛头刨床的工作行程和空回行程；第三部分为设计数据分析，主要内容包括机构的运动分析、机构的动态静力分析等。

在本说明说的编写过程中，力求贯彻少而精、理论联系实际的原则，在较全面地阐述有关牛头刨床基本内容的基础上，力求反映我国机械行业发展的最新情况。

在具体讲述牛头刨床时侧重于基本原理而不过多涉及具体结构，在机构传动的讲述中，既考虑到其内容的独立性和完整性，又考虑到它与机械原理方面的共同点，力求使读者看完本说明书后，能真正掌握牛头刨床的主要结构和设计方法。

本说明书元件的图形符号、回路和系统原理图采用国家最新图形符号绘制。

编者：目录前言 (1)第一章概述 (3)§1-1 牛头刨床课程设计的目的 (3)§1-2 牛头刨床课程设计的任务 (3)§1-3 牛头刨床课程设计的内容 (3)第二章牛头刨床的机构简介 (5)§2-1 牛头刨床的主要结构 (5)§2-2 牛头刨床的运动情况 (5)第三章牛头刨床的工作原理 (6)§3-1 牛头刨床的工作原理 (6)第四章牛头刨床的设计数据分析 (7)§4-1 导杆机构的运动分析 (7)§4-2 导杆机构的动态静力分析 (11)鸣谢 (14)参考文献 (15)第一章概述§1-1 牛头刨床课程设计的目的牛头刨床课程设计是我们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，是机械原理课程的一个教学环节。