牛头刨床传动机构设计
牛头刨床机构设计
牛头刨床机构设计首先，牛头刨床的床身设计应保证其稳定性和刚性。
床身通常由铸铁或钢铁制成，具有足够的重量来抵抗刨削过程中产生的振动和应变。
床身应具有良好的刚性和抗弯曲能力，以确保刨削过程中表面的平整度和一致的厚度。
刨床梁是将刨刀与床身连接的组件，它承受刨床梁和刀具的负荷，并将刨削力传递到床身上。
刨床梁的设计应尽可能减小刨削过程中的振动和变形。
常见的刨床梁设计是C型结构，具有较好的刚性和稳定性。
刀轴是刨床的动力传输部分，用于传递切削力和旋转力矩给刀具。
刀轴通常由钢材制成，具有足够的强度和刚性来承受刨削过程中的负荷。
刀轴的设计应考虑到刀具的尺寸和重量，并采用适当的轴承和传动系统来确保平稳的运行。
刨刀是刨床的切削工具，用于将木材表面切削成平滑的表面。
刨刀的设计取决于刨削木材的要求和应用。
常见的刨刀设计有直刀和斜刀两种。
直刀适用于粗加工，斜刀适用于细加工。
刨刀的材料应具有良好的耐磨性和强度，以确保长时间的使用寿命和高效的刨削效果。
除了上述主要部件，牛头刨床的设计还应考虑到以下因素：1.安全性：刨床应设有安全装置，如紧急停机按钮、防护罩等，以确保操作者的安全。
2.收集和清理木屑：刨床应设有适当的木屑收集和清理系统，以保持工作区的清洁和整洁。
3.调节和控制系统：刨床应设有可调节的刨削深度和刨削速度的控制系统，以满足不同加工要求。
4.维护和保养：刨床应设计为易于维护和保养的结构，包括易于更换刀具、轴承和传动系统等。
总之，牛头刨床机构设计需要考虑到床身稳定性和刚性、刨床梁的刚性和稳定性、刀轴的强度和刚性、刀具的设计和材料选择等因素。
此外，安全性、木屑收集和清理系统、调节和控制系统、维护和保养等也是重要的考虑因素。
通过合理的设计和优质的制造，牛头刨床可以提供高效、稳定和安全的刨削过程，满足不同木材加工的需求。
机械原理课程设计牛头刨床主传动机构设计
课程设计说明书题目牛头刨床主传动机构设计课程名称机械原理课程设计二级学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级 2014级学生姓名 xxx学号 xxx设计地点 D105指导教师 xxx设计起止时间：2016年6月20日至2016年6月26日目录一、牛头刨床的工作原理 (1)二、设计任务与要求 (2)（一）设计任务 (2)（二）设计要求 (2)三、连杆机构对比 (3)（一）方案a (3)（二）方案b (3)（三）方案c (3)四、连杆机构设计 (4)（一）导杆机构尺寸 (4)（二）机构简图 (4)五、连杆机构的运动分析 (5)（一）速度分析 (5)（二）加速度分析 (7)六、凸轮机构设计 (10)七、结论与心得 (12)八、参考文献 (12)牛头刨床主传动机构设计一、牛头刨床的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为其参考示意图。
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。
在刨刀空回行程时电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）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。
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 牛头刨床机构简图及阻力线图二、设计任务与要求（一）设计任务1、导杆机构的运动分析。
分析出刨头6的位移、速度、加速度运动曲线，并绘制上述各曲线图。
要求将过程详细地写在说明书中。
、2、凸轮机构设计。
根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro 机架l O2O9和滚子半径r r），画出凸轮实际廓线并将运算结果写在说明书中。
3、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。
机械原理课程设计——牛头刨床.
一：课程设计题目、内容及其目的课题：牛头刨床内容1．对机构进行运动分析已知：曲柄每分钟转数错误!未找到引用源。
,各构件尺寸及质心位置。
作机构1~2个位置的速度多边形和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。
2．对机构进行动态静力分析已知：各构件的重量G（曲柄1、滑块2、和连杆5的重量都可以忽略不计），导杆3的转动惯量错误!未找到引用源。
及切削力错误!未找到引用源。
变化规律如下图。
确定构件一个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
3、用UG进行模拟运动仿真校核机构运动分析和动态静力分析的结果4、电动机功率的确定与型号的选择5、齿轮减速机构设计目的：1：学会机械运动见图设计的步骤和方法；2：巩固所学的理论知识，掌握机构分析与综合的基本方法；3：培养学生使用技术资料，计算作图及分析与综合能力；4：培养学生进行机械创新的能力。
二：牛头刨床简介和机构的要求1：牛头刨床简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1。
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1。
刨床工作时，由导杆3 经过连杆4 带动刨刀5 作往复运动。
刨头左行时，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，刨头右行时，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，通过棘轮带动螺旋机构（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0.05H 的空刀距离），而空回行程中只有摩擦阻力。
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。
2：机构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，刨削速度尽可能为匀速运动，以及很好的动力特性。
机械原理课程设计——牛头刨床
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。
任务1-牛头刨床传动机构运动简图测绘 PPT
不影响机构输出运动的自由度，称为局部自由度。
处理：排除。
例
F ＝ 3n － 2PL － PH 3 3 1
× ＝＝32 －2 －
F＝3n－2PL－PH ＝3 －2 2 －2 1
＝1
√
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
3)、虚约束
不产生实际约束效果的重复约束。
处理：排除。
2
2
1
3
1
5
3
4
F＝3n－2PL－PH ＝3 －3 2 4－ 0 ＝1
4
F＝3n－2PL－PH ＝3 －4 2 －6 0 ＝0
×
F＝3n－2PL－PH
√ ＝3 3－2 －4 0
＝1
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
虚约束常发生在下列情况
1、两构件在同一轴线上形成多个转动副。（两轴承支承一根轴） 2、两构件在同一导路或平行导路上形成多个移动副。 3、同一构件和两个转动副去连接两构件上距离始终不变的两 动点。
4. 请陈述机构(运动链)具有确定相对运动的条件
5. 自由度计算中应注哪几种特殊情况？
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
【教师讲授、分析引导】 自由度计算时对复合铰链、局部自由度、虚约束等几种特殊情 况的处理
1）复合铰链 k个构件(k3)在同一处构成共轴线的转动副。
（已知滑枕导轨与摆杆转动中心距离为800mm，大斜齿轮转 动中心与摆杆转动中心距离为400mm））
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
【导杆机构参考图】
牛头刨床机械原理课程设计5点和7‘点
牛头刨床机械原理课程设计5点和7‘点1. 引言牛头刨床是一种常用的机床，用于木材的刨削加工，广泛应用于家具制造、装饰材料加工等领域。
本文将围绕牛头刨床的机械原理进行课程设计，主要研究和探究牛头刨床在工作过程中的5点和7‘点，以进一步加深学生对机械原理的理解。
2. 机械原理在开始研究牛头刨床的5点和7‘点之前，我们先来了解一下牛头刨床的基本机械原理。
牛头刨床主要由床身、工作台、主轴、进给装置和刀具等组成。
通过主轴的旋转，刀具对工件进行削减，不断进给工件以获得所需的加工结果。
3. 5点3.1 传动机构5点是指牛头刨床的传动机构。
传动机构是牛头刨床中非常关键的部分，其作用是将电机输出的转速和转矩传递给主轴。
常见的传动机构有带轮传动、链传动、齿轮传动等。
不同的传动机构可以实现不同的转速和转矩变换，以适应不同的加工需求。
3.2 主轴主轴是牛头刨床中的主要工作部件，其直接安装刀具，并负责将刀具旋转起来。
主轴通常通过传动装置连接到电机，由电机提供动力。
主轴的材料和结构对刨削工作的质量和效率有很大影响，需要选择合适的材料和加工工艺进行设计和制造。
3.3 进给装置进给装置是牛头刨床中控制工件进给的部分。
进给装置的设计和工作性能直接影响到加工效果的好坏。
进给装置通常由电机、传动装置和导轨等组成，能够实现工件的稳定进给，确保刨削过程中的加工精度和表面质量。
3.4 刀具刀具是牛头刨床中用于切削工件的重要组成部分。
合理选择刀具的材料、结构和刃口形状，能够有效提高加工效率和刨削质量。
常见的刀具有硬质合金刀具、高速钢刀具等，根据具体的加工需求选择合适的刀具。
3.5 刨削工艺刨削工艺是指牛头刨床在实际加工中的切削参数和工作流程。
合理的刨削工艺可以提高刨削效率和加工精度，减少过剩材料的产生，提高工作效率。
刨削工艺需要根据具体的工件材料、形状和加工要求进行调整和优化。
4. 7‘点4.1 控制系统7‘点是指牛头刨床的控制系统。
控制系统是牛头刨床中的核心部分，通过电气元件和传感器等实现对牛头刨床的控制和监测。
机械原理课程设计牛头刨床
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。
任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘ppt课件
拓展学习 【小组活动】
讨论：机构具有确定的相对运动的条件
【教师指导】
由前述可知，只有主动件才能独立运动，从动件是不能独立运动 的。通常每个主动件只有一个独立运动，因此机构具有确定的相 对运动的条件是：机构自由度F>0，且F等于主动件的数目。
主动件的数目不等于机构自由度数，会产生什么结果呢？ (参见右图。)
图a)为主动件数小于机构自由度的例子。由于主动件只有一 个，而机构自由度F=3×4-2×5=2，所以，当只给定主动件的位 置角时，从动件2、3、4的位置不能确定(有多解)。因此，当主动 件匀速转动时，从动件2、3、4将随机乱动。
图b)为主动件数大于机构自由度的情形。显然，除非将构件 2拉断，否则不可能同时满足主动件1、3的给定运动。
4、原动件与输出构件之间采用多组完全相同的运动链。
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
例
复
2
5
3局
1
4
7
8
虚
6
8
F＝3n－2PL－PH ＝3 7－2 9 －1 ＝2
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
【小组讨论】 1、计算牛头刨床带传动机构的自由度
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
三、平面机构的自由度
自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需 独立坐标数）。
一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。
y
y
x
x
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
牛头刨床设计方案
本设计方案综合考虑了牛头刨床的性能、安全、效率和操作便捷性，旨在为客户提供一款高品质的金属切削设备。我们将严格按照国家法律法规和行业标准执行，确保设备的可靠性和先进性，满足客户的生产需求。通过提供全面的售后服务，保障设备的长期稳定运行，为客户创造更大的价值。
-刀架：采用高精度直线导轨，配备精密滚珠丝杠，确保刀架运动平稳，减少摩擦和磨损。
-工作台：根据加工需求设计合理的尺寸和承载能力，工作台表面进行特殊处理，提高耐磨性。
2.传动系统设计
-选用高精度齿轮副，进行精确的齿轮修形和磨齿，以降低传动噪音和提高传动效率。
-主轴采用精密轴承支撑，保证高速旋转时的稳定性。
6.设备重量：根据客户需求确定
五、售后服务
1.提供完善的设备安装、调试、培训服务。
2.设备质保期内，提供免费维修和保养服务。
3.设备质保期外，提供有偿维修和保养服务，配件价格优惠。
4.设立售后服务热线，及时解答客户问题，提供技术支持。
本方案旨在为客户提供一款安全、可靠、高效的牛头刨床设备，以满足客户生产需求。在方案实施过程中，我们将严格遵守国家法律法规和行业标准，确保设备质量，为客户提供优质服务。
（4）液压系统：采用先进可靠的液压系统，实现刀架快速进给、工位切换等功能，提高设备自动化程度。
2.电气设计
（1）采用先进可靠的电气控制系统，确保设备运行安全、稳定。
（2）配置触摸屏操作界面，实现设备参数设定、故障诊断等功能，操作便捷。
（3）配备紧急停止按钮，确保在紧急情况下能迅速切断设备电源，保障操作者安全。
3.提高操作便捷性，降低操作者劳动强度。
4.节省能源，降低设备运行成本。
5.提高设备维修性和售后服务质量。
三、设计方案
牛头刨床机构运动分析
目录一、概述1.1、课程设计的目的——————————————— 21.2、工作原理—————————————————— 21.3、设计要求—————————————————— 31.4、设计数据—————————————————— 41.5、创新设计内容及工作量———————————— 4二、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析2.1、方案分析—————————————————— 52.2、主传动机构尺寸的综合与确定————————— 52.2、杆组拆分—————————————————— 62.4、绘制刀头位移曲线图————————————— 7三、牛头刨床主传动机构的运动分析及程序3.1、解析法进行运动分析————————————— 83.2、程序编写过程（计算机C语言程序）—————— 103.3、计算数据结果——————————————— 123.4、位移、速度和加速度运动曲线图与分析————— 13四、小结心得体会——————————————————— 18五、参考文献参考文献——————————————————— 19一、概述1.1、课程设计的目的目的：机械课程创新设计是培养学生机械系统方案设计能力的技术基础课程，他是机制专业课程学习过程中的一个重要实践环节。
其目的是以机制专业课程的学习为基础，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专业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。
1.2、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为其参考示意图。
电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）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。
牛头刨床主传动机构运动方案分析
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。
机械原理课程设计-牛头刨床(完整图纸)
机械原理课程设计说明书系部名称: 机电系专业班级: 04机制三班姓名：学号: **********目录概述 (3)设计项目...............................1．设计题目 (4)2．机构简介 (4)3．设计数据 (4)设计内容...............................1．导杆机构的设计 (5)2.凸轮机构的设计 (12)3.齿轮机构的设计 (17)设计体会 (20)参考文献 (21)附图·····························概述一、机构机械原理课程设计的目的：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。
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。
二、机械原理课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）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、齿轮；或对各机构进行运动分析。
要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。
三、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。
图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。
机械原理牛头刨床课程设计
机械原理课程设计牛头刨床一、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，有倒杆机构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0.05H的空刀距离，见图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1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图2、设计数据，见表1。
表1 设计数据二．设计内容1．导杆机构的运动分析已知 曲柄每分钟转数2n ，各机构尺寸及重心位置，且刨头导路x-x 位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上（见图2）。
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 图2 曲柄位置图 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（参考图例1）。
曲柄位置图的作法为（图2）取1和为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，和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，顺方向将曲柄圆周作12等分的位置。
2．导杆机构的动态静力分析已知 各机构的重量G （曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可以忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量及切削力P 的变化规律（图1b ）。
表2 机构位置分配表要求按表4-2所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。
牛头刨床机构简介与设计数据（1）
1 牛头刨床机构简介与设计数据牛头刨床机构简介与设计数据1．1机构简介机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图1(a)所示。
电动机经过减速装置(图中只画出齿轮z 1、z 2)使曲柄2转动，再通过导杆机构2—3—4—5—6带动刨头6和刨刀作往复切削运动。
工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时，刨刀要快速退回，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有急回作用。
即要有急回作用。
即要有急回作用。
切削阶段刨刀应近似匀速运动，切削阶段刨刀应近似匀速运动，切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。
刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O 2上的凸轮驱动摆动从动件O 7D 和其他有关机构(图中未画出)来完成的。
为了减小机器的速度波动，在曲柄轴O 2上安装一调速飞轮。
切削阻力如图1(b)所示。
所示。
图1 牛头刨床机构简图及阻力线图牛头刨床机构简图及阻力线图1．2设计数据设计数据设计数据见表1。
表1 设计数据设计数据1．3 设计内容设计内容1．导杆机构的设计及运动分析．导杆机构的设计及运动分析已知：曲柄每分钟转数n 2，各构件尺寸及质心位置，且刨头导路J —J 位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上，如图2所示。
所示。
图2 曲柄位置图曲柄位置图要求：设计导杆机构，作机构1～2个位置的速度多边形和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上。
号图纸上。
2．导杆机构的动态静力分析．导杆机构的动态静力分析已知：各构件的重量G(曲柄2、滑决3和连杆5的重量都可忽略不计)，导杆4绕质心轴的转动惯量J S ，及切削力F r 的变化规律如图1(b)所示。
所示。
要求：确定机构1～2个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
作图部分画在运动分析的图纸上。
在运动分析的图纸上。
3．飞轮设计．飞轮设计已知：机器运转的速度不均匀系数δ，轴O 2的转速n 2，由动态静力分析所得的平衡力矩M b ；驱动力矩M 。
牛头刨床的典型机构及其调整
牛头刨床的典型机构及其调整图1 B6065牛头刨床的主传动系统1、2—滑动齿轮组 3、4—齿轮 5—偏心滑块 6—摆杆 7—下支点 8—滑枕9—丝杠 10—丝杠螺母 11—手柄 12—轴 13、14—锥齿轮B6065牛头刨床的传动系统如图1所示，其典型机构及其调整概述如下。
（1）变速机构如图1的变速机构由1、2两组滑动齿轮组成，轴Ⅲ有3×2=6种转速，使滑枕变速。
（2）摆杆机构摆杆机构中齿轮3带动齿轮4转动，滑块5在摆杆6的槽内滑动并带动摆杆6绕下支点7转动，于是带动滑枕8作往复直线运动。
（3）行程位置调整机构松开手柄11，转动轴12，通过13、14锥齿轮转动丝杠9，由于固定在摆杆6上的丝杠螺母10 不动，丝杠9带动滑枕8改变起始位置。
（4）滑枕行程长度调整机构滑枕行程长度调整机构见图2。
调整时，转动轴1，通过锥齿轮5、6，带动小丝杠2转动使偏心滑块7移动，曲柄销3带动偏心滑块7改变偏心位置，从而改变滑枕的行程长度。
图2 滑枕行程长度的调整1—轴（带方榫） 2—小丝杠 3—曲柄销 4—曲柄齿轮 5、6—锥齿轮 7—偏心滑块图3 滑枕往复运动速度的变化（5）滑枕往复直线运动速度的变化滑枕往复运动速度在各点上都不一样，见图3。
其工作行程转角为α，空行程为β，α＞β，因此回程时间较工作行程短，即慢进快回。
（6）横向进给机构及进给量的调整横向进给机构及进给量的调整如图4所示。
齿轮2与图1中的齿轮4是一体的，齿轮2带动齿轮1转动，连杆3摆动棘爪4，拨动棘轮5使丝杆6转一个角度，实现横向进给。
反向时，由于棘爪后面是斜的，爪内弹簧被压缩，棘爪从棘轮顶滑过，因此工作台横向自动进给是间歇的。
图4 B6065牛头刨床运动及调整1、2—齿轮 3—连杆 4—棘爪 5—棘轮 6—丝杆 7—棘轮护盖工作台横向进给量的大小取决于滑枕每往复一次时棘爪所能拨动的棘轮齿数。
因此调整横向进给量，实际是调整棘轮护盖7的位置。
牛头刨床主传动机构运动简图
牛头刨床主传动机构运动简图一、绘制牛头刨床主传动机构运动简图注意事项1.用中心线绘制出机构的两极限位置和曲柄的运动轨迹；2.对机架、原动件、构件编号、运动副进行标示；3.标注曲柄的位置；4.写出比例尺及其单位m/mm；5.在机构运动简图旁写出各构件的长度：l AB；l CD；l DE；l AC；l A到E点运动轨迹的距离；θ或Φ。
二、图解法运动分析注意事项1.速度多边形图和加速度多边形图分别都画在一个图上，并在相应的图旁写出比例尺及其单位，速度多边形图比例尺单位m/s/mm，加速度多边形图比例尺单位m/s2/mm；2.分别写出速度多边形图和加速度多边形图的矢量方程，并分析各矢量的大小和方向，在矢量方程中只写出各矢量的大小和具体方向，分析及计算过程写在设计说明书中。
3.速度多边形图中矢量的起始点和终止点用小写字母p、a、b、c…等表示；加速度多边形图中矢量的起始点和终止点用小写字母p'、a'、b'、c'…等表示。
三、动力分析注意事项1.绘制等效力矩图：在0~360°内绘制出等效阻力矩和等效驱动力矩图，横坐标为曲柄转角，纵坐标为力矩，并写出横坐标和纵坐标比例尺及其单位，横坐标比例尺单位°/mm，纵坐标比例尺单位N·m /mm。
注意在0~φ1和φ2 ~360°之间的等效阻力矩均为零；2.绘制能量指示图：注意应分别写出各盈亏功和ΔW max的大小；3.计算飞轮的转动惯量：写出飞轮转动惯量计算公式中各变量的大小并代入公式中计算出飞轮的转动惯量；注意：动力分析的所有分析与计算过程均写在设计说明书中，图纸上只写出结果。
进给凸轮机构简图一、绘制凸轮机构注意事项1.列表分别计算出推程和回程摆杆至少6个位置转角的大小，远休止和近休止摆杆转角分别为最大摆角和零度。
2.写出比例尺及其单位m/mm；3.摆杆回转中心与凸轮回转中心之间的连线与水平线的夹角为45°（见设计任务书图1）；4.绘制凸轮轮廓线：理论轮廓线为中心线，实际轮廓线以及摆杆和滚子的初始位置均为粗实线，其余辅助线条或圆（圆弧）均为细实线且保留在图纸上，各辅助点用大写字母表示，如：A1、A2、…，B1、B2、…，C1、C2、…等；5.对机架、构件的编号、运动副进行标示；6.标注项目：基圆半径、运动角度、机架中心距、摆杆长度、凸轮的正转和反转方向。
任务1-1-牛头刨床传动机构运动简图测绘PPT课件
【小组活动】
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
1、绘制牛头刨床带传动机构运动简图
（已知小带轮直径：100； 大带轮直径：320；两带轮中心距： 385；V带型号：A1400）
2、绘制牛头刨床导杆传动机构运动简图
（已知滑枕导轨与摆杆转动中心距离为800mm，大斜齿轮转 动中心与摆杆转动中心距离为400mm））
有一个机架 自由度大于零（F>0） 原动件数 =自由度数
拓展学习 【小组活动】
讨论：机构具有确定的相对运动的条件
【教师指导】
由前述可知，只有主动件才能独立运动，从动件是不能独立运动 的。通常每个主动件只有一个独立运动，因此机构具有确定的相 对运动的条件是：机构自由度F>0，且F等于主动件的数目。
主动件的数目不等于机构自由度数，会产生什么结果呢？(参 见右图。)
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
机构运动简图的绘制方法和步骤：
1.找出机架、原动件、从动件、执行件； 2.循着运动传递路线，确定运动副的类型、数量和位置； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺；
μ=构件实际长度（m）/构件图示长度（mm） 5.用简单线条和符号画出机构运动简图。
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
【导杆机构参考图】
该机构的构件总数 N=7, 活动构件数n=6, 5个转动副、3个移动 副， 1个高副。
由此可得机构的自由 度数为： F=3n-2PL-PH
=3×6-2×8-1 =1
项目一 牛头刨床机械传动系统分析 任务1-1 牛头刨床传动机构运动简图测绘
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i
式（6.15）对时间求导得：
b4 2 ei c5iei ac
两边分别乘以 e ，展开后取实部并化简，得：
（6.18）
ac
2）机构运动分析设计程序框图
b4 2 sin( ) cos
（6.19）
开始 读入 a,b,c,d, lO2Cy ,,ω2 及一个运动循环曲柄转过角度 θ
Fr
0.05H H
0.05H
x
（a） 图 6.14 牛头刨床
(b) （ b）
2）设计内容 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，用解析法对导杆机构进行运动分析，建立参数化的数学模型、编程 分析，并选择一组数据，输出刨头位移曲线（S-φ 曲线） 、速度曲线（v-φ 曲线） 、加速度曲 线（a-φ 曲线） ； ③做导杆机构的动态静力分析；完成飞轮设计及运动循环图的绘制。 （2）主运动机构方案设计 1）拟定传动方案 根据牛头刨床的工作原理，拟定以下三 种执行机构方案 方案一：偏置曲柄滑块机构（如图 6.15） 特点：结构最为简单，能承受较大载荷，但
①位置分析 由封闭矢量多边形 OABO 有：
b c = xC
be ce
i i ( )
（6.11）
xc
（6.12） （6.13） （6.14）
化简，实部虚部分别相等，得： b cos c cos xc 则滑块位置为： xc b cos c cos
arcsin(
机械原理课程设计
2、牛头刨床传动机构设计
（1）设计任务 1）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， 如图 6.14 （a） 。 电动机经过减速传动装置 （皮 带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨头的往复运动。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，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。刨刀每切 削完一次，利用空回行程的时间，工作台应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 0.05H 的空刀距离，见 图 6.14（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，受力变化较大， 这就影响了主轴的平衡运转， 故需安装飞轮以减小主轴的速度波动， 以提高切削质量和减小 电动机容量。
① 速度分析
l b sin ) c
（6.15） （6.16） （6.17）
式（6.12）对时间求导得：
b4ei c5ei vc
两边分别乘以 e i ，取实部，得：
b4 sin( ) vc cos b4 sin( ) vc cos
图 6.15 偏置曲柄滑块机构
其存在有较大的缺点，一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而造成机构所需 活动空间较大；二是机构随着行程速比系数 K 的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。 方案二：六杆机构一（如图 6.16）
1
机械原理课程设计
特点： 由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成， 在传力特性和执行件的速度变化方面 比方案 1 有所改进，但在曲柄摇杆机构中，随着行程速比系数 K 的增大，机构的最大压力 角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案 1 更大。 方案三：六杆机构二（如图 6.17） 特点：由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成，克服了方案 2 的缺点，传力特性好， 机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。
图 6.18 六杆机构运动分析
（6.7） （6.8）
两边分别乘以 e i ，化简后取实部，得： v A3 A4 a1 sin( )
2
机械原理课程设计
取虚部，得： 4
a1 sin( ) lO2 A
（6.9） （6.10）
2vA3 A4 a12 sin( ) 对式（6.7）求导并化简，得： 3 lO2 A
机械原理课程设计
3）编程计算 参考第 4 章内容，编写程序，调用导杆机构和曲柄滑块机构子程序，输出相应曲线 和数据。 （4）导杆机构动态静力分析 为便于计算机求解，对该机构受力分析采用矩阵形式表示。该机构共 7 个低副， 1 个 平衡力矩，有 15 个力未知要素待定;而此结构有 5 个活动构件可列出 15 个力平衡方程。
i 得： di ae lo A cos
2
（6.1） （6.2） （6.3） （6.4）
a cos lo2 A cos
d a sin lo2 A sin
式（6.3） （6.4）相除，得：
a sin d （6.5） a cos a cos lo2a （6.6） cos i i 对式（6.2）求导，得： a1ie vA2 A3 s4ie tan
综上，本设计主传动方案选取方案三。 （3）导杆机构的运动分析 1）运动分析 该牛头刨床导杆机构为六杆机构，拆分成两个四杆机构： （1）摆动导杆机构； （2）曲柄 滑块机构。求导杆 4 的角位移，角速度，角加速度，分析摆动导杆机构。如图 6.18 所示建 立坐标，可得： 由封闭矢量方程：
lO2 A l AO1 lO1O2
图 6.16 六杆机构一
图 6.17 六杆机构二
2）方案机构选型
表 6.3 主运动机构方案比较 方案 方案一 机构名称 偏置曲柄滑块机构 回转-平 移变换 满足 满足 满足 承载能力 较大 较大 较大 传力特性 较差 一般 好 机构所占空间 大 更大 小 运动平稳性 一般 一般 较好
方案二 曲柄摇杆-摇杆滑块机构 方案三 摆动导杆-摇杆滑块机构
θ1=5
求导杆 4 的角位移θ4，角速度ω4，角加速度α4；求 B 点的位移 S4，速度 V 求杆 5 的角位移θ5，角速度ω5；求刨头 E 点位移 SE 速度 VE 及加速度 输出 E 点位移 SE 速度 VE 加速度α 画出位移速度加速度随θ1 变化线图
θ1=θ
+5
是
θ1≤
360？ 否 结束
图 6.19 机构运动分析程序框图 3