机械原理课程设计牛头刨床原理及其设计

机械原理课程设计说明书

设计题目牛头刨床连杆机构设计

学院机电学院专业机械工程及其自动化班级机械10-1 学号1010430103

学生姓名程玉强

指导教师郑晓雯

完成日期2010 年7 月 5 日

中国矿业大学（北京）

目录

1.牛头刨床简介

1.1牛头刨床功能简介及工作原理 1.2相关设计参数及设计条件

1.3设计任务

2.牛头刨床执行机构设计

2.1设计方案的比较选择

2.2机构的运动分析

3.设计小结

4.参考文献

1.牛头刨床简介

1.1牛头刨床功能简介及工作原理

中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的。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，生产

率较低。

普通牛头刨床是一

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，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，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。

1.2相关设计参数及设计条件

导杆机构运动分析转速n2(r/min) 48 机架l O2O4(mm) 575 工作行程H(mm) 600 行程速比系数K 1.46

为提高工作效率，连杆机构要求具有急回特性，满足运动要求。

1.3设计任务

a.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。

b.根据给定的数据确定机构的运动尺寸。

c.应用解析法对导杆机构进行运动分析。

2.牛头刨床执行机构设计

2.1设计方案的比较选择

根据原始数据和工艺要求，设计方案如下：

方案一：

连杆机构中的运动副一般均为低副，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且一般是集合封闭，对保证工作的可靠性有利。连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律，故连杆机构可满足一些特定的工作需要，但易产生较大的误差积累，使机械效率降低，并且连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般的平衡方法加以消除，不宜用于高速运动。

方案二：

图2.2凸轮机构

凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，

就可以使推杆的到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单

紧凑。缺点是凸轮轮廓与推杆之间为点.线接触，易磨损，凸轮机

构制造困难。

方案三：

机构自由度为F=3n-（2Pl+Ph）=3×5-(2×7+0)=1，工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓，摆动导杆机构具有急回特性，能承受较大的载荷，传动平稳，冲击震动较小，结构简单，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易，成本较低。

综合以上方案，方案三最优。 2.2机构的运动分析 运动简图如下：

机构的尺寸设计： 行程速比系数K=1.46 极位夹角 ︒=+-⨯

︒=66.331

1

180k k θ 机架距离 mm l 2756= 575'6=l 导杆长度 mm l 6003= 曲柄长度 1251=l 连杆长度 1504=l 机构运动分析：

要求计算导杆3 的方位角，角速度及角加速度3ε和刨头5

上点E 的位移

，速度

和加速度

。

该牛头刨床为一个六杆机构。先建立一直角坐标系如图，并标出各杆矢及各杆矢的方位角。其中共有四个未知量、、、。为求解需建立两个封闭矢量方程，为此需利用两个封闭图ABCA 及CDEGC 。

（1）求导杆3 的角位移，角速度和角加速度，由封闭形

ABCA 可得

写成复数形式为

3

1

3126θθπ

i i i

e s e l e l =+

（a ） 展开得

解上述两式可得

因式中分子分母均为正，故知在第一象限。

式（a ）对时间t 求导，注意为变量，有

3

3133311θθθωωi i i e dt

ds ie s ie l +

= （b ） 展开后可得

再将式（b ）对时间t 求导，则有

333313323223

33321

12θθθθθωωεωi i i i i ie dt ds

e dt

s d e

s ie s e l ++-=- （c ）

展开后可求得

3

33132113/]2)sin([s dt

ds l ωθθωε--=

（2）求刨头上点E 的位移

，速度

和加速度

。由封闭形CDEGC

可得

写成复数形式为

E i

i i s e

l e

l e l +=+2

'

6

434

3

π

θθ

（d ） 展开得

解之得

由机构简图知

在第二象限，而

式（d ）对时间t 求导可得

dt

ds ie l ie l E

i i =

+434433θθωω （e ） 解之得