机械原理课程设计+牛头刨床.docx
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机械原理课程设计+牛头刨床
河南理工大学
机械原理
课程设计说明书
设计题目：
牛头刨床
学院、系：
机械工程学院
专业：
学生姓名：
班级：
学号
指导教师姓名：
职称
职称
最终评定成绩
设计日期：
2012年06月20日
目录
1.设计题目…………………………….……………………3
2.牛头刨床机构简介……………………………….………3
3.机构简介与设计数据…………………………………….…..4
4.设计内容…………….………………………….………….5
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。
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。
3、机构简介与设计数据
3.1.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
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。
3.2设计数据
设计数据设计数据
导杆机构的运动分析
导杆机构的动静态分析
n2
lo2o4
lo2A
lo4B
lBC
lo4s4
xs6
ys6
G4
G6
P
yp
Js4
r/min
mm
N
mm
kgm2
Ⅲ
72
430
110
810
0.36lo4B
0.5lo4B
180
40
220
620
8000
100
1.2
4、设计内容
4.1.导杆机构的运动分析（见图例1）
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x-x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18为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1和18为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…30等，是由位置1起顺2方向将曲柄圆周作30等分的位置。
采用解析法进行分析因为p点的位移和c点相同因此在这里主要分析c点的运动情况
步骤：
1.建立坐标系如图所示:
2、列出位移方程式
A点位曲柄端点b点为摇杆端点
红色点化线表示c点的位移线函数为
y=[（24√3）/11]X
（1）
Xa=810+87.5432-240√3-110sin（wt）
Ya=110+278.1488-110cos（wt）
tanφ=（Ya-278.1488）/（810+87.5432-Xa）
φ=arctan（Ya-278.1488）/（810+87.5432-Xa）
Yb=810sinφ+278.1488
Xb=810+87.5432-810cosφ
（Xb-X）2+（Yb-Y）2=（810X0.36）2
（2）
由方程
（1）和
（2）联立可得
（Xb-X）2+（Yb-[（24√3）/11]X）2=（810X0.36）2Xb>X
（Xb-[（11√3）/72]Y）2+（Yb-Y）2=（810X0.36）2Yb>Y
以上为c点的位移方程
因此求c点的一阶导为c点的速度方程
c点的二阶导为c点的加速度方程
由于方程繁琐在这里不予写出
3、编写程序进行计算
采用c语言进行编程程序如下：
C点x轴的位移、速度、加速度
X…………………表示位置
dx…………………表示速度位置
d2x…………………表示加速度位置
#include
#include
#include
voidmain（）
{
doubles,w,h,ds,d2s,z,dz,d2z,xb,yb,dxb,dyb,d2xb,d2yb,x1,x2,a,b,c,dx1,dx2,d2x1,d2x2;
constdoublepi=3.1415926535897932384626433832795;
doublexa,ya,dxa,dya,d2xa,d2ya;
floato,n,r=110;
printf（"输入数字n:
"）;
scanf（"%f",&n）;
o=12*n;
xa=810+87.5432-240*1.732-r*sin（o*pi/180）;
ya=r+278.1488-r*cos（o*pi/180）;
w=7.536;
dxa=-r*w*cos（o*pi/180）;
d2xa=r*w*w*sin（o*pi/180）;
dya=w*r*sin（o*pi/180）;
d2ya=w*w*r*cos（o*pi/180）;
s=（ya-278.1488）/（810+87.5432-xa）;
h=（810+87.5432-xa）;
ds=（dya*h+dxa*（ya-278.1488））/（h*h）;
d2s=（（d2ya*h+d2xa*（ya-278.1488））*h*h+2*h*dxa*（dya*h+dxa*（ya-278.1488）））/（h*h*h*h）;
z=atan（s）;
dz=ds/（1+s*s）;
d2z=（d2s*（1+s*s）-2*s*ds*ds）/（（1+s*s）*（1+s*s））;
xb=810+87.5434-810*cos（z）;
yb=810*sin（z）+278.1488;
dxb=810*sin（z）*dz;
d2xb=810*cos（z）*dz*dz+810*sin（z）*d2z;
dyb=810*cos（z）*dz;
d2yb=-810*sin（z）*dz*dz+810*cos（z）*d2z;
a=15.28099174;
b=-（2*xb+2*yb*3.779019944）;
c=xb*xb+yb*yb-85030.56;
x1=（-b+sqrt（b*b-4*a*c））/（2*a）;
x2=（-b-sqrt（b*b-4*a*c））/（2*a）;
dx1=（2*xb*dxb-2*dxb*x1+2*yb*dyb-2*3.779019944*dyb*x1）/（2*3.779019944*yb-2*3.779019944*3.779019944*x1+2*xb-2*x1）;
dx2=（2*xb*dxb-2*dxb*x2+2*yb*dyb-2*3.779019944*dyb*x2）/（2*3.779019944*yb-2*3.779019944*3.779019944*x2+2*xb-2*x2）;
d2x1=（2*dxb*dxb+2*xb*d2xb+（2+2*3.779019944*3.779019944）*dx1*dx1-2*d2xb*x1-4*dxb*dx1+2*dyb*dyb+2*yb*d2yb-4*3.779019944*dx1*dyb-2*3.779019944*x1*d2yb）/（2*yb*3.779019944-2*3.779019944*3.779019944*x1+2*xb-2*x1）;
d2x2=（2*dxb*dxb+2*xb*d2xb+（2+2*3.779019944*3.779019944）*dx2*dx2-2*d2xb*x2-4*dxb*dx2+2*dyb*dyb+2*yb*d2yb-4*3.779019944*dx2*dyb-2*3.779019944*x2*d2yb）/（2*yb*3.779019944-2*3.779019944*3.779019944*x2+2*xb-2*x2）;
printf（"dx1=%f,dx2=%f,x1=%f,x2=%f,xb=%f,d2x1=%f,d2x2=%f,d2z=%f",dx1,dx2,x1,x2,xb,d2x1,d2x2,d2z）;
}
C点y轴的位移、速度、加速度
Y…………………表示位置
dy…………………表示速度位置
d2y…………………表示加速度位置
#include
#include
#include
voidmain（）
{
doublew,s,h,ds,d2s,z,dz,d2z,xb,yb,dxb,d2xb,dyb,d2yb,y1,y2,a,b,c,dy1,dy2,d2y1,d2y2;
constdoublepi=3.1415926535897932384626433832795;
doublexa,ya,dxa,dya,d2xa,d2ya;
floato,n,r=110;
printf（"输入数字n:
"）;
scanf（"%f",&n）;
o=12*n;
xa=810+87.5432-240*1.732-r*sin（o*pi/180）;
ya=r+278.1488-r*cos（o*pi/180）;
w=7.536;
dxa=-r*w*cos（o*pi/180）;
d2xa=r*w*w*sin（o*pi/180）;
dya=w*r*sin（o*pi/180）;
d2ya=w*w*r*cos（o*pi/180）;
s=（ya-278.1488）/（810+87.5432-xa）;
h=（810+87.5432-xa）;
ds=（dya*（810+87.5432-xa）+dxa*（ya-278.1488））/（（810+87.5432-xa）*（810+87.5432-xa））;
d2s=（（d2ya*h+d2xa*（ya-278.1488））*h*h+2*h*dxa*（dya*h+dxa*（ya-278.1488）））/（h*h*h*h）;
z=atan（s）;
dz=ds/（1+s*s）;
d2z=（d2s*（1+s*s）-2*s*ds*ds）/（（1+s*s）*（1+s*s））;
xb=810+87.5432-810*cos（z）;
yb=810*sin（z）+278.1488;
dxb=810*sin（z）*dz;
d2xb=810*cos（z）*dz*dz+810*sin（z）*d2z;
dyb=810*cos（z）*dz;
d2yb=-810*sin（z）*dz*dz+810*cos（z）*d2z;
a=1.070023148;
b=-（2*yb+2*xb*（11*1.732/72））;
c=xb*xb+yb*yb-85030.56;
y1=（-b+sqrt（b*b-4*a*c））/（2*a）;
y2=（-b-sqrt（b*b-4*a*c））/（2*a）;
dy1=（2*yb*dyb-2*dyb*y1+2*xb*dxb-2*y1*dxb*0.2646188734）/（2*xb*0.2646188734-2*y1*0.2646188734*0.2646188734+2*yb-2*y1）;
dy2=（2*yb*dyb-2*dyb*y2+2*xb*dxb-2*y2*dxb*0.2646188734）/（2*xb*0.2646188734-2*y2*0.2646188734*0.2646188734+2*yb-2*y2）;
d2y1=（2*dxb*dxb+2*xb*d2xb+2*0.2646188734*0.2646188734*dy1*dy1-2*d2xb*0.2646188734*y1-2*xb*0.2646188734*dy1-2*dxb*0.2646188734*dy1+2*dyb*dyb+2*yb*d2yb+2*dy1*dy1-2*dy1*dyb-2*d2yb*y1-2*dyb*dy1）/（2*yb-2*y1+2*xb*0.2646188734-2*0.2646188734*0.2646188734*y1）;
d2y2=（2*dxb*dxb+2*xb*d2xb+2*0.2646188734*0.2646188734*dy1*dy2-2*d2xb*0.2646188734*y2-2*xb*0.2646188734*dy2-2*dxb*0.2646188734*dy2+2*dyb*dyb+2*yb*d2yb+2*dy2*dy2-2*dy2*dyb-2*d2yb*y2-2*dyb*dy2）/（2*yb-2*y2+2*xb*0.2646188734-2*0.2646188734*0.2646188734*y2）;
printf（"dy1=%f,dy2=%f,yb=%f,d2y1=%f,d2y2=%f,y1=%f,y2=%f,d2z=%f,dz=%f",dy1,dy2,yb,d2y1,d2y2,y1,y2,d2z,dz）;
}
4、得出计算结果
位置
速度
加速度
点位
X
Y
dx
dy
d2x
d2y
1
0.000018
0.00011
0
0
2975.571
11237.189
2
1.086008
4.103998
75.95
287.050
2500.51
9428.298
3
4.106710
15.519320
139.46
527.041
2077.98
7818.573
4
8.735318
33.010963
191.8773
725.108
1700.237
6391.415
5
14.679257
55.473284
234.3716
885.317
1355.134
5104.340
6
21.671371
81.896689
267.4151
1010.567
1033.334
3922.327
7
29.462785
111.340682
291.876
1103.007
729.800
2823.302
8
37.818922
142.918791
308.129
1164.426
442.385
1793.299
9
46.517706
175.791789
316.603
1196.449
169.744
819.519
10
55.348402
209.163305
317.680
1200.517
-90.538
-115.612
11
64.109161
242.272438
311.641
1177.695
-343.316
-1032.420
12
72.605723
274.379402
298.5926
1128.387
-596.644
-1985.733
13
80.640187
304.741999
278.3682
1051.959
-861.862
-3004.218
14
88.007298
332.582663
250.4478
946.4472
-1152.948
-4146.856
15
94.481252
357.048063
213.9041
808.3479
-1484.869
-5465.451
16
99.804833
377.166162
167.4137
632.6598
-1870.473
-6997.052
17
103.679832
391.810003
109.3844
413.366
-2315.126
-8741.441
18
105.763451
399.68412
38.273313
144.6356
-2808.196
-10627.282
19
105.677291
399.358516
-46.808673
-176.8909
-3310.960
-12468.065
20
103.038232
389.385361
-145.11318
-548.3856
-3741.734
-13916.567
21
97.522442
368.540884
-252.85887
-955.5586
-3962.185
-14439.261
22
88.972333
336.229578
-361.59676
-1366.481
-3777.116
-13355.083
23
77.544605
293.043654
-457.09686
-1727.379
-2979.615
-10027.263
24
63.861306
241.333895
-520.66791
-1967.614
-1486.528
-4314.661
25
49.061013
185.403033
-535.29543
-2022.842
471.921
2860.147
26
34.619474
130.827973
-495.2632
-1871.610
2341.463
9544.897
27
21.944588
82.929184
-411.1049
-1553.574
3582.630
13901.621
28
11.984781
45.29078
--303.5644
-1147.176
4034.155
15408.679
29
5.102760
19.283421
-192.3494
-726.892
3897.144
14797.822
30
1.212653
4.582595
-89.5818
-338.5315
3472.094
13148.388
5、绘制位移、速度、加速度曲线图
略
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