课程设计指导书(自编)

机械原理课程设计

指导书

安培文杨胜平韩贤武羊健编写

重庆科技学院

2009年5月

牛头刨床/插床主传动机构的设计与分析

本指导书按照学生将要进行的机械原理课程设计的设计过程编写。学生阅读本指导书，并按要求进行课题的设计，可达到设计的基本要求。有更高要求的学生，可在指导教师的指导下，查阅其它资料，完成更多更复杂的设计工作。

机械原理课程设计涉及两个方面的目的：其一是使学生加深对机械原理课程所学内容的理解与掌握；其二是训练学生针对工程实际问题的设计能力。为达到上述目的，任务书中提出的设计要求和指导教师对学生的要求都有可能“脱离工程实际的要求而更接近机械原理课程内容训练的要求”。个别学生可在指导教师认可的条件下，展示其思维的才华，创造性地提出并实施其新颖的设计方案，但对大多数学生来说设计要求是具有强制性的。其一是内容的强制性：课程设计中强制性规定了牛头刨床和插床主传动机构的型式；其二是完成任务所用方法的强制性：设计内容及要求中强制规定了既涉及图解法的内容又涉及编写程序的任务，而图解法甚至解析法编写程序在实际工程设计中都有可能不采用。其三是时间的强制性：学生必须在一周内完成课程设计，而工程实际的设计问题则有可能有更长的时间。

一、接受任务

接受任务书，仔细阅读任务书和课程设计指导书。

二、主传动机构选型

牛头刨床简介

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。

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（执行构件之二）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。

插床简介

插床是用于加工中小

尺寸垂直方向的平面或直

槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。

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——插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即插刀具有急回现象；安装工件的工作台（执行构件

牛头刨床主传动机构

插床主传动机构

之二）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。

本次课程设计只进行牛头刨床和插床主传动机构的设计，并满足刨刀或插刀的切削运动含有速度平稳要求和行程速比系数K值要求。理论上，将转动变为往复移动的机构，都能满足上述运动要求，但金属切削加工设备的工作负载较大，故应排除凸轮机构这种选择。由于时间限制，本次课程设计强制给出牛头刨床和插床主传动机构简图如图所示。但主张学生间广泛讨论、辩论，提出支持选择或反对选择的理由。在辩论中要顾及到设计任务书中规定的工作平稳性要求和K值要求。

三、主传动机构尺度综合

主传动机构的型确定之后，即可对其进行尺度综合，以满足任务书中规定的设计条件与要求。

设计任务书中的设计条件与要求中规定刨刀取最常用行程H为400mm～550mm时其行程速比系数K以控制为1.4～1.5，插刀取最常用行程H为100mm～150mm时其行程速比系数K以控制为1.8-2.0这是尺度综合的依据。

对上述选定主传动机构，一些设计给定参数需由学生自已确定。具体设计步骤可按如下进行。

（1）确定K值和H值

设计条件给出了在一定范围变化K值和H值。这个K与H对应关系并非必须严格遵守不得有误差，它只是说明具有这种关系的机构在理论上及实践中都曾有良好的性能。因此建议按照上述给出的范围选择K值和H值，进行牛头刨床和插床主传动机构的尺度综合。

（2）按选定的行程速比系数求出极位夹角及导杆的摆角。（参考附录3中导杆机构设计举例或其他机械原理教材中关于导杆机构设计）。

（3）按选定的工作行程确定导杆的长度。

（4）确定机架AC长度

机架长度取得过小，显然作用于曲柄销处的力将较大，但若取得太大又受到机床空间的限制或构件间产生相互干涉。因此机架长度应按牛头刨床和插床外形参考尺寸和不产生干涉所允许的最大限度来选取，牛头刨床建议值l AC = 450~500mm，插床建议值l AC = 120~150mm。该值的大小影响曲柄的长度进而影响曲柄销B处的转动副约束反力和移动副约束反力。其最佳值至少是在多种取值中比较而得到的。但时间所限，学生可采用建议值。

（5）确定刨头或插头运动道路的位置

刨头和插头导路位置的确定应使刨头和插头在整个行程中有较小的压力角，以保证良好的传力性能。

（6）确定DE杆长l DE长度

在导路位置选定后，连杆DE的长度取得越大，显然可以减小压力角，但又会增加整个机床（特别是刨头和插头的长度）尺寸。因此DE杆的长度在能保证许用的压力角和机构允许的前提下尽可能取小一些。建议牛头刨床取l DE/l CD=0.2～0.3，插床l DE/l CD=0.8～1。

本阶段的设计完成后应得出的结果：

（1）主传动机构各杆的尺寸及其有关数据，提供给下一阶段设计绘制机构运动简图和计算应用。（2）本阶段设计完成的时间约需1天。

四、曲柄角速度的确定

曲柄角速度速以“刨刀工作行程最大切削速度为V max=1.6m/s”，“插刀工作行程最大切削速度为V max=0.2m/s”这一设计要求为依据确定。刀具工作行程最大切削速度近似出现在曲柄与机架AC共线的位置。

五、主传动机构运动分析

1．解析法要求学生在计算机上计算出对应曲柄转角θ= 0︒~360︒范围内（一般以10︒为间隔）主传动机构的运动参数，输出滑块（刀具）的运动参数（即位移、速度和加速度）。

2．图解法除上机电算外，学生还必须用相对运动图解法求解出主传动机构某个位置（具体位置由指导教师指定）的运动参数，以校核解析法的输出结果的正确性。相对运动图解法请参阅教材。

具体步骤如下：

（1）正确划分基本杆组。

（2）编写运动分析主程序。主程序格式参照指导书例题。注意正确确定基本杆组的装配模式系数。（3）上机调试程序。输出滑块（刀具）的运动参数（即位移、速度和加速度）。

（4）用相对运动图解法在规定的图纸上完成运动分析，作主传动机构的速度图和加速度图，每人只作一个位置供检查、校对和调试程序用，为此最好在上机进行运动分析之前就画出此图。

本阶段的设计完成后应得出的结果：

运动分析图纸一张，该图纸中应包括有机构运动简图、速度图和加速度图。

主传动机构运动分析电算程序及其打印结果。

本阶段完成的时间约需3天，其中编写运动分析程序一天，作图一天和上机一天，但作图应在上机计算之前作出（只作出用以检查和对电算结果的速度图、加速度图，其余的可在电算后或其他时间做出）。

六、编写设计说明书

设计说明书应反映设计思想，总结和说明设计过程，以作为审核设计的依据。设计说明书必须包括以下内容和要求。

1．设计题目、设计任务和要求；

2．主传动机构的综合、运动分析(图解法与解析法)，应列出选取的参数、计算公式、代入的数据和计算结果，并对设计结果做出必要的分析与评定；

3．设计的心得体会和收获；

4．列出所用参考资料并在说明书正文中注明引用处；

5．设计说明书统一用A4纸抄写，或按相同格式打印，抄写的字迹不得潦草并注意纸面整洁。在说明书中应画出必要的简图，设计说明书应有封面及标题（题目名称）、年级、专业、班级、姓名和学号。

课程设计全部完成后将说明书、图纸、计算机程序及打印结果等全部设计资料整理成册装在文件袋内交指导教师，以便评定成绩。