机械原理牛头刨床课程设计说明书

本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对 导杆机构进行运动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮转惯 量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。 二、设计正文： 1、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，即要有急会运 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。
图1-2
则由图1─2知，
a A4t=n1· a4´·μa =27.70305525×0.1 =2.770305525m/s2方向n1→ a4´
a
r A4A3
=
ka4´·μa=16.96343176×0.1
=1.696343176m/s2方向k→
a4´
α4=a
t A4
/
lO4A·µl
=
2.770305525/0.38342033151rad/s2
a A3=ω22×lO2A·µl =6.6986666672×90×0.001=4.03849216039m/s2
aA4A3k=2ω4υA4A3=2×0.74344003×0.5305755578=0.78890221721m/s2
方向a3´→k
取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形 图
3）曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力 约为7000N，其变化规律如图所示。 2、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。
υA4 = υA3 + υA4A3 大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图。 图1-3
则由图1-3知，
υA4=pa4·μv=48.64352445×0.01 m/s =0.4864352445 m/s 方向p→a4 υA4A3=a3a4·μv=35.6153178×0.01m/s=0. 356153178m/s 方向a3→a4 ω4=υA4/ lO4A·µl =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s 其转向为顺时针方向。
L04B L04B
4、设计内容 1）导杆机构的运动分析
已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路xx位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。
要求：做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形 以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸 上。
曲柄位置图的作法为取1和8’为工作形成起点和终点对应的曲柄位 置，1和7’为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…12等，是由位 置1起顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置。 机构位置2和6的运动简图
取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.
列加速度矢量方程,得
aA4
=
a
n A4
+
a
t A4
=
a
A3
+
a
k A4A3
+
a
r A4A3
大小 ? √ ?
√
√?
方向
?
A→O4 ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右）∥O4B
aA4n=ω42×lO4A·µl=0.743440032×0.38342033151=0.21191759747m/s2
2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，
加速度图）
取曲柄位置“6”进行速度分析。
取构件3和4的重合点A进行速度分析。 有ω2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其转向为顺时针方向。 υA3=υA2=ω2×lO2A·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s 方向:A→O2 列速度矢量方程，得
1、选择表Ⅰ中方案Ⅱ。 2、曲柄位置“2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图， 加速度图） 取曲柄位置“2”进行速度分析。 取构件3和4的重合点A进行速度分析。 有ω2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其转向为顺时针方向。 υA3=υA2=ω2×lO2A·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s 方向:A→O2 列速度矢量方程，得
3、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。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
作切削。此时要求速度较低且均匀，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
方向p´→n
a A3=ω22×lO2A·µl =6.6986666672×90×0.001=-4.03849216039m/s2方向p´→a3
´
aA4A3k=2ω4υA4A3·µv=2×1.1625689103×0. 356153178=0.82810522395m/ s2
方向a3´→k 取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形
速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机
容量。
2）设计数据
设计数据设计数据
设计 导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
内容
符号 n2 L0204 L02A L04B LBC L04S4 XS6 YS6 G4 G6 P
单位 r/min
mm
N
YP JS4 mm kgm
Ⅰ 60 方
图
图1-4
则由图1─4知，
a A4t=n1· a4´·μa =15.64929517×0.1 =1.564929517m/s2方向n→a4´
a
r A4A3
=
ka4´·μa=26.98876937×0.1
=2.698876937m/s2方向k→a4´
α4=a A4t/lO4A·µl=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985238rad/s2
a B5 = p´aB5´·μa = 42.02884844×0.1 m/s2 = 4.202884844m/s2 aCB5t= nC´·μa =6.41473606×0.1 m/s2 =0.641473606m/s2方向n→c´ aC= p´C´·μa = 40.99471642×0.1 m/s2 = 4.099471642 m/s2方向p´→C´
案 Ⅱ 64
380 110 540 0.25 0.5 240 50 200 700 7000 80 1.1 L04B L04B
350 90 580 0.3 0.5 200 50 220 800 9000 80 1.2
L04B L04B Ⅲ 72 430 110 810 0.36 0.5 180 40 220 620 8000 100 1.2
υB =ω4·lO4B·µl =1.1625689103×0.58=0.674289967865m/s方向p→b 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC = υB + υCB 大小 ? √ ?
方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 其速度多边形如图1-1所示，有
υC=pc·μv=66.46579386×0.01 m/s =0. 6646579386m/s方向p→c υCB=bc·μv=10.27504851×0.01 m/s =0. 1027504851m/s方向b→c 取曲柄位置“6”进行加速度分析.
υB5=υB4=ω4·lO4B·µl =0.74344003×580=0.4311952229m/s方向p→b5 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC = υB5 + υCB5 大小 ? √ ?
方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 其速度多边形如图1-1所示，有
υC=pc·μv=41.69703748×0.01 m/s =0.4169703748m/s方向p→c υCB5=b5c·μv=9.7766008×0.01 m/s =0.0997766008m/s方向b5→c 取曲柄位置“2”进行加速度分析.
目录
一、课程设计的目的与要求 二、设计正文 1.设计题目 2.牛头刨床机构简介 3.机构简介与设计数据 4. 设计内容
附图1： 导杆机构的运动分析与动态静力分析
一、课程设计的目的和任务 1、目的
机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技 术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目 的是以机械原理课程的学习为基础，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。 2、任务
=7.2252441965rad/s2
其转向为顺时针方向。
a A4 = p´a4´·μa = 27.78399138×0.1 m/s2 =2.778399138m/ s2方向p´→ a4´ a A4A3=a3´·a4´·μa=18.70814496×0.1=1.870814496 m/s2 方向a3´→a4´ 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
υA4 = υA3 + υA4A3 大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图。
图1-1
则由图1-1知，
υA4=pa4·μv=28.50500264×0.01 m/s =0. 2850500264 m/s 方向p→a4 υA4A3=a3a4·μv=53.05755578×0.01m/s=0.5305755578m/s 方向a3→a4 ω4=υA4/ lO4A·µl =0. 2850500264/0.38342033151 =0.74344003rad/s 其转向为顺时针方向。
高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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。刨头
在工作行程中，受到很大的切削阻力，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
aC= aB5 n + aB5τ + aCB5n+ aCB5τ 大小 ? √ √ √ ?
方向 ∥xx B→A ⊥AB C→B ⊥BC aB5n=ω42lO4B·µl=0.743440032×580×0.001=0.32056778535m/s2方向p´→n´ aB5τ=aA4t·lO4B/lO4A=2.770305525×580/383.42033151=4.19064163387m/s2 方向n´→aB5´ aCB5n=υCB52/lBC·µl=0.09977660082/0.174=0.054932139771m/s2方向aB5´→n 其加速度多边形如图1─2所示，有
取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.
列加速度矢量方程,得
aA4
=
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n A4
+
a
t A4
=
a
A3
+
a
k A4A3
+
a
r A4A3
大小 ? √ ?
√
√?
方向
? A→O4 ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左）∥O4B
aA4n=ω42×lO4A·µl=1.16256891032×0.41841411745=0.56551449203m/s2