牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

摘要
——牛头刨床运动和动力分析
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1-1a。

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，以提高生常率。

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），使工作台连同工件做一次进给运动，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，图1-1b），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
目录
摘要 (III)
1设计任务 (1)
2 导杆机构的运动分析 (2)
导杆机构的动态静力分析 (4)
3.1运动副反作用力分析 (4)
3.2力矩分析 (6)
4方案比较 (7)
5总结 (10)
6参考文献 (10)
《机械原理课程设计》说明书
1设计任务
机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。

动态静力分析，确定曲柄平衡力矩，并对不同法案进行比较，以确定最优方案。

要求根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。

2 导杆机构的运动分析
2.1 速度分析
取曲柄位置1’对其进行速度分析，因为2和3在以转动副相连，所以V A2=V A3，其大小等于ω2l02A，指向于ω2相同。

取构件3和4的重合点A进行速度分析。

列速度矢量方程，得
υA4 = υA3 + υA4A3
大小 ? √ ?
方向⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）
νA4=0.088m/s
νA3=0.816m/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC5 = υB5 + υC5B5
大小 ? √ ?
方向∥XX ⊥O4B ⊥BC
取速度极点p，选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）
νC5=0.16m/s
νC5B5=0.044m/s
2.2 加速度分析
取曲柄位置“1”进行加速度分析。

因构件2和3在A 点处的转动副相连，
故a n A2=a n A3,其大小等于ω22l O2A,方向由A指向O2。

取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程
a A4 = a A4τ + a A4τ = a A3n + a A4A3K + a A4A3v
大小: ? ω42l O4A ? √ 2ω4υA4A3 ?
方向： ? B→A⊥O4B A→O2⊥O4B（向左）∥O4B（沿导路）取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm,
作加速度多边形（见图b）.
a A4≈a A4τ=6.52m/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
a c5= a B5+ a c5B5n+ a c5B5τ
大小 ? √√ ?
方向∥XX √ C→B ⊥BC
a c5=11.72 m/s2
3导杆机构的动态静力分析
3.1 运动副反作用力分析
取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力，力分析图如下：
然后可以列出等式如：
又ΣF=G6+F I6+F R45+F R16=0，作多边行（见图c），µN=10N/mm。

F p45=750N，F R16=680N
分离3,4构件进行运动静力分析，画出杆组力体图，
14
已知： F R54=-F R45=750N，G4=220N
对A点取矩得：
ΣM A=F R54l AB+M S4-F S4l s4A-G4l S4A+F O4τ·O4A=0（以上各距离都为A点到该力所在直线的垂直距离）
F O4τ=683.5N
又ΣF=F R54+F R23+F S4'+G4+F O4n+F O4τ=0,作力的多边形（见图d），µN=5N/mm。

F R23=1610N，F O4n=40
3.2 曲柄平衡力矩分析
取构件2做受力分析
r12
Fr32
做力矢量图（见图e）取μ=20N/mm
F r32=F r12=1610N
对O2点取距，得平衡力矩为：
M=8.05N/m
4 方案比较
附表2中部分符号含义如下：
max 6y 、min 6y ：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；
1ϕ、2ϕ：分别与max 6y 和min 6y 相对应的曲柄转角()rad ； min 43、γ：一级四杆机构的最小传动角()rad ； min 65、γ：二级四杆机构最小传动角()rad 。

附表3：()
jk
AF
与
()
jk
ACR
计算值表
以方案1为基准方案, ()
jk
ACR
为比较评定因素，其值为各方案的
()
jk
AF
之比（最
小的为最佳方案）。

综合比较，方案2在多种性能上占有优势，故应该选择方案2
总结
通过本次课程设计，对于机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。

此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为我以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而更好的像需要的方向努力。

同时这次设计也告诉我了无论是学习还是工作，都需要严谨二字，一个数据的微笑错误也可能导致最后的巨大差距，我们无论在学习还是工作都需要以一个端正的态度去用心的完成，这样才能真的有所成就。

总之课程设计虽然很快就结束，但其给我的影响是长远的，在以后的学习中我必须更加努力的学习和了解各种机械技能，增强自己的实力，以在以后的竞争中立于不败之地！
参考文献
[1] 《机械原理》第七版，孙桓主编，高等教育出版社。

[2] 《机械原理课程设计指导书》罗红天主编，高等教育出版社。

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