机械原理课程设计牛头刨床原理及其设计.docx
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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）
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lO2O4（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
机架距离
导杆长度
曲柄长度
连杆长度
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
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
（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
（b）
展开后可得
再将式（b）对时间t求导，则有
（c）
展开后可求得
（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
（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
（e）
解之得
式（e）对时间t求导可得
（f）
根据上述分析可知，任何形式的矢量方程可以求解两个未知，可将含有两个未知数的矢量方程化为一元代数方程,至于机构的速度、加速度矢量方程，可以根据机构的矢量封闭方程式取一阶、二阶导数来求解。
由计算机的E点位移图线如下：
相关参量由计算机计算如下表：
度（º）
m
rad/s
m/s
rad/s2
m/s2
0
10
20
┆
360
65.55610
67.46688
69.71252
┆
65.55610
168.93820
172.02730
175.32660
┆
168.93810
0.10107
0.08138
0.05854
┆
0.10107
0.17123
0.20927
0.23859
┆
0.17123
0.28879
0032391
0.33202
┆
0.20368
0
-0.1227
-0.0383
┆
-0.1018
0.24770
0.19076
0.14715
┆
0.24770
0.29266
0.11719
-0.0185
┆
0.29267
-0.16422
-0.13443
-0.11113
┆
-0.16422
3.设计小结
通过这次机械原理课程设计，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。
掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程。
当然，第一次短时间内做设计肯定有很多的不足，希望在今后的学习中，能够日益臻于成熟，专业知识日益深厚。
4.参考文献
1）《机械原理》李璨张宪民主编高等教育出版社
2）《机械原理课程设计》曲继方主编，机械工业出版社
3）《机构分析与设计》华大年等主编，纺织工业出版社
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