牛头刨床机械设计

牛头刨床机械设计文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

太原理工大学阳泉学院机械原理课程设计说明书

设计题目：牛头刨床设计

班级： 13级机制专升本

姓名：原朝

学号：

指导教师：张立仁

2014年 1 月 10 日

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实践环节。是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。其基本目的在于：

（１）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。

（２）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。

（３）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。

（４）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查

阅技术资料的能力。

（5）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题能力和创新能力。

机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、飞轮机构凸轮机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮；或对各机构进行运动分析。

目录

一、工作原理

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图，电动机经皮带和齿轮传动，经过减速机构减速从而带动曲柄2。刨床工作时，由导杆4经过连杆5带动刨刀6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作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

二、设计要求

电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃点与铰链点的垂直距离为50，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计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。

三、设计数据

其设计数据如表1所示。

本组选择第三组数据

四、设计内容

1.机构的运动尺寸

已知摆动导杆机构的行程速比系数K为，根据公式K=﹙π＋θ﹚／﹙π－θ﹚，可求出极位夹角θ=30°，由极位夹角可知导杆的摆角为30°。

图1

由机架长度和摆角可求出曲柄的长度，曲柄的长度=430mm×sin15°=111mm。

由于BC平行且等于B

1C

1

，可得四边形BCC

1

B

1

是平行四边形，根据平

行四边形法则，得出BB

1=CC

1

=H=400mm，导杆O

4

B=200mm／sin15°=。

连杆与导杆之比l BC/ l O4B =，连杆的长度=×=278mm。

导杆机构的最大压力角要求应为最小值，取图中所示位置的压力角为45°，可求得C点到O4点的垂直距离为885mm。

2.机构的运动分析

图2

导杆的速度、加速度分析

解题时应从构件2开始，构件2和构件3的运动关系符合两构件重合点的关系，适当选择重合点是解题的关键。因为构件2上各点的速度、加速度均已知，重合点的选择取决于构件3，在构件3上应选择速度

方向和加速度方向已知的点作为重合点。本题中重合点应选择A 点，因构件3上A 点的速度方向垂直于O 4B,向心加速度方向由A 指向O4，且速度分析后大小可求，切向加速度方向垂直于O4B ，满足上述要求。 解 首先按长度比例尺绘出机构运动简图，如图2所示。 （1）速度分析

V A3=L O2A ·ω m ／s=／s V A4 = V A3 + V A4A3 方向：⊥O 4B ⊥O 2A ∥O 4B

大小： √

式中，仅V A4和V A4A3大小未知，可以求解。选择速度比例尺

μv =（m/s ）/mm

任选速度极点P ，过P 作PC 1代表V A3，然后过C 1点作平行于O 4B 的方向线C 1C 2，再过P 点作PC 2垂直于O 4A ，交C 1C 2于C 2点，则PC 2代表V A4，C 1C 2代表V A4A3，V A4和V A4A3的大小分别为

V A4=μv ·PA4=9× m/s =s ω4= V A4／l O4A =s

(2) 加速度分析

加速度的分析步骤与速度分析的步骤基本相同。

a A4 = a A4n + a A4τ = a A3 + a A4A3K + a A4A3r

方向： A →O4 ⊥O 4B A →O2 ⊥O 4B ∥O 4B 大小: l O2A ω42 √ 2ω4V A4A3

式中，a A4A3K 的方向是将V A4A3 的方向沿ω4

的方向转90°，于O 4B 指向右下方。选择加速度比例尺

μa = （m ／s 2

)/mm

任选加速度极点p ，pA3的长度代表A3的加速度,长度为30mm, 、再作

a A4A3K 长度8mm 方向⊥O 4B ，再作a A4A3r 方向∥O 4B 。再过p 点作a A4n 长度为方向∥O 4B ，再作a A4τ方向 ⊥O 4B ，a A4τ与a A4A3r 交点即为A4点。

a A4=μa ·PA4=×27=／s 2 a A4τ=μa ·a A4τ=×25= ／s 2

α4= a A4τ／l O4A =／s 2

刨头的速度、加速度分析 （1）速度分析

V B = l O4B ·ω4=× m ／s =／s

V C = V B + V CB

方向：水平 ⊥O 4B ⊥BC

大小： l O4B ·ω4

式中，仅V C 和V CB 大小未知，可以求解。选择速度比例尺

μv = (m/s)/mm V C =μv ·pC= ×23= m ／s

W 5= V CB /L CB =4×=／s

(2)加速度分析

ɑCB n = l CB ·ω52=／s 2 ɑB =ɑA ·(l O4B ／l O4A ) = m ／s 2

ɑC = ɑB + ɑCB n + ɑCB τ