牛头刨床机构设计

西安科技大学高新学院课程设计报告

学院机电信息学院

课程机械原理课程设计

专业机械设计制造及其自动化

班级机单1101班

姓名刘亚娟

学号 **********

指导教师程安宁

日期2013年7月19日

任务书

牛头刨床机构设计

牛头刨床是平面切削加工机

床，如图1。电动机经皮带和齿

轮驱动曲柄2和固结在其上的凸

轮8带动刨头6和刨刀7作往复

运动。切削，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，刨头左行时为空回

行程，要求有急回作用以图1牛头刨床结构及阻力线图提高生产率。回程时，

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进给，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程H中，受到很大的

切削阻力，前后各有一段0.05H的空刀

距离，工作阻力F为常数；而空回行程

中则没有切削阻力。如图2，因此刨头图2牛头刨床工作阻力线图

在整个运动循环中，受力变化是

程时很大的，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。

一．牛头刨床执行机构

牛头刨床的执行机构由导杆机构

和凸轮机构组成，完成刨刀的往图3牛头刨床执行机构

复运动和间歇移动。如图3

刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀切削。

刨刀空回行程时，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，其运动循环如图4。

图4 运动循环图二．执行机构方案选择

牛头刨床主机构的形态学矩阵

功能元局部解

标记

目

标

1 2 3 4 5 6 7

A

急

回加工

摆

动导杆

机构+

摇杆滑

块机构

凸

轮机构

+摇杆

滑块机

构

偏

置曲柄

滑块机

构

导

杆机构

+对心

曲柄滑

块机构

曲

柄摇杆

机构+

摇杆滑

块机构

双

曲柄机

构+曲

柄滑块

机构

摆

动导杆

机构+

齿轮齿

条机构

B

工

作台间

歇移动

曲

柄摇杆

机构+

棘齿条

机构

曲

柄摇杆

机构+

棘轮机

构+齿

轮齿条

不

完全齿

轮机构

+齿轮

齿条

槽

轮机构

+齿轮

齿条

凸

轮间歇

运动+

齿轮齿

条

方案一：

有两个四杆机构组成。使b＞a，构件1,2,3,6，便构成摆杆导杆机构，基本参数b/a=λ。构件

3,4,5,6，构成摇杆滑块机构。该方案结构简单，加工方便，能承受较大载荷，且具有急回特性，其形成速比系数k=（180+θ）/（180-θ），其中θ=2arcsi n

（1/λ）。只要正确选择合适的摇杆CD长度，即可满足行程H的要求。导杆机构有较大的转动角，传动性能良好；机构横向与纵向运动尺寸都不太大，比较合理。工作行程中，刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合要求。

方案二：

由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。虽然该方案中

凸轮机构可使从动件获得任意的运动规律，但是凸轮

制造复杂、表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较

大。方案采用了高副接触，只能承受较小载荷，且表面

磨损较快，磨损后凸轮的廓线形状即发生变化。由于滑

块具有急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。滑块

的行程H比较大，调节比较困难，必然使凸轮机构的压

力角过大；而为了减小压力角，必须增大基圆半径，导

致凸轮和整个机构十分庞大。为保持凸轮和从动件始终接触，需用力封闭或几何封闭，结构复杂。

方案三：

为表中A3方案，为偏置曲柄滑块机构，机构的基本

尺寸a，b，e。该方案结构较第一种方案简单，也具有急

回特性，由于θ=arcos[e/（a+b）]-arccos[e/（b-a）]，增大

a和e或者减小b均使增大K。但是，增大e或减小b会

使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，

且会使最小传动角γmin减小，传动性能变差。

方案四:

为表中A6方案，有两个四杆机构组成。构件1、2、3、4组成

双曲柄机构，构件3、4、5、6构成曲柄滑块机构。该方案具有急

回作用，由于β1=arctan(c/d)，而2β1=180-θ,因此K=(180-β1)/β1，

可见增大c或者减小d都能使K减小，而a与b的尺寸与K无

关。机构的横向与纵向尺寸均较大，且A与D传动轴均应悬臂

安装，否则机构运动时，轴与曲柄将发生干涉。作往复运动的滑

块6以及做平面复杂运动的连杆EF和BC动平衡困难。