机械原理牛头刨床课程设计.docx
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机械原理牛头刨床课程设计
08机械原理课程设计——牛头刨床
说明书
姓名：
学号：
组号：
2010年7月16
5、数据总汇并绘图…………………………………………………………………………..5
6、完成说明书…………………………………………………………………………...........5
工作原理
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。
电动机经过皮带和齿轮传动，
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。
刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高
生产率。
为此刨床采用有急回运动的导杆机构。
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。
刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的
前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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d
一.设计任务
1、运动方案设计。
2、确定执行机构的运动尺寸。
3、进行导杆机构的运动分析。
4、对导杆机构进行动态静力分析。
5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
二.设计数据
本组选择第六组数据
表1
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
导杆机构运动分析
转速n2（r/min）
48
49
50
52
50
48
47
55
60
机架lO2O4（mm）
380
350
430
360
370
400
390
410
380
工作行程H（mm）
310
300
400
330
380
250
390
310
310
行程速比系数K
1.46
1.40
1.40
1.44
1.53
1.34
1.50
1.37
1.46
连杆与导杆之比
lBC/lO4B
0.25
0.3
0.36
0.33
0.3
0.32
0.33
0.25
0.28
表2
方案
导杆机构的动态静力分析
lO4S4
xS6
yS6
G4
G6
P
yp
JS4
mm
N
mm
kg.m2
1，2，3
0.5lO4B
240
50
200
700
7000
80
1.1
4，5，6
0.5lO4B
200
50
220
800
9000
80
1.2
7，8，9
0.5lO4B
180
40
220
620
8000
100
1.2
三.设计要求
1、运动方案设计
根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。
2、确定执行机构的运动尺寸
根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：
为使整个过程最大压力角最小，刨头导路位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图d）。
3、进行导杆机构的运动分析
根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的1到2个位置（如图2中1，2，3，……，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。
4、对导杆机构进行动态静力分析
根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。
提示：
如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。
5、数据总汇并绘图
最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
6、完成说明书
每人编写设计说明书一份。
写明组号，对应曲柄的角度位置。
四.设计方案选定
如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。
采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。
适当确定刨头的导路位置，可以使图2
压力角
尽量小。
五.机构的运动分析
选择第六组数据求得机构尺寸如下
θ=180°（k-1/k+1）=26.15°
lO2A=lO4O2sin（θ/2）=90.5034mm
lO4B=0.5H/sinθ/2）=552.4652mm
lBC=0.32lO4B=176.7889mm
lO4S4=0.5lO4B=276.326mm
并画曲柄在5位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=150mm，Lo4A=486.5488mm。
设力、加速度、速度的方向向右为正。
曲柄位置“5”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）
1.速度分析
取曲柄位置“5”进行速度分析。
因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60rad/s=5rad/s
υA3=υA2=ω2·lO2A0.453m/s
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
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1-2
图1—2
则由图1-2知：
υA3=lpa4·μv=0.493m/sυA4A3=la2a4·μv=0.0108m/s
ω4=υA4A3/lO4A=0.9015rad/sυB5=ω4lO4B=0.4981m/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υB5=υC5+υB5C5
大小√?
?
方向⊥O4B∥XX⊥BC
作速度多边行如图1-2，则由图1-2知
υC5=lpc·μv=0.4965m/sυC5B5=lBC·μv=0.0161m/sωCB=υC5B5/lBC=0.1475rad/s
2.加速度分析
取曲柄位置“5”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连，
其大小等于ω22lO2A方向由A指向O2。
aA4A3K=2ω4υA4A3=0.1958m/s2aA3n=ω22·lO2A2.2626m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA4=aA4n+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3r
大小:
?
ω42lO4A?
√2ω4υA4A3?
方向：
?
//BA⊥O4B//AO2⊥O4B∥O4B
取加速度极点为π,加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm,
作加速度多边形如图1-3所示.则由图1-3知
aA4τ=lπa4′·µa=0.396m/s2
导杆4的角加速度:
α=aA4τ/lO4B=1.5179rad/s2
aBn=ω42lO4B=0.4499m/s2aB5τ=αlO4B=0.8386m/s2ac5B5n=ωBC2lBC=3.8463mm/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac5=ac5B5n+ac5B5τ+aB5n+aB5τ
大小?
√?
√√
方向∥XX//CB⊥BC//AB⊥AB
其加速度多边形如图1─3所示,有
aC=lπc′·µa=-0.8704m/s2
图１—3
六.机构动态静力分析
取S6点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图1－4所示。
图1—4
已知G6=800N，又ac=ac5=0.8704m/s2,那么我们可以计算
FS6=G6/g×ac=800/10×0.8704=69.632N
又ΣF=P+G6+FS6+F45+FN=0
正交分解得：
F45sin3°+Fs6－P=0
FN+F45sin3°－G6=0
代入数据解得:
F45=8942.626NFN=331.979N
对导杆4受力分析如图1-5所示，加上惯性力，和惯性力矩，用静力平衡分析法解。
Fs4n=ω42lO4S4G4/g=17.96NFs4τ=αlO4S4G4/g=33.54NMi=αJS4=1.82N·m
由静力平衡条件对O4点取矩有：
∑Mo4=0G4lO4S4cos87°+F23lO4A-FS4-Mi-F54cos6°lO4SB=0
代入数据解得：
F23=10102.56N
正交分解：
∑Fy=0Fyo4-Fs4ncos87°+Fs4τsin87°-G4-F23cos87°-F54cos87°=0
∑Fx=0Fxo4+Fs4nsin87°+Fs4τcos87°+F23sin87°-F54sin87°=0
解得：
Fyo4=1232.29NFxo4=1136.33N
对曲柄受力分析如图1—6所示F32和F02大小相等方向相反即F02=F23=10102.56N，因曲柄平M=F32lO2A=-888.18N·m,平衡力矩Mr=-M=888.18N·m（顺时针为正）
图1—5图1-6
七.数据总汇并绘图
统计12人的数据得到如下表
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
νc（m/s）
0
0.29
0.44
0.52
0.5
0.43
0.2
-0.02
-0.23
-0.77
-0.75
-0.3
ac（m/s2）
2.9
2.8
1.12
0.39
-0.84
-2.42
-2.55
-3.5
-3.49
-1.72
2.4
2.4
s（mm）
0
20
50
100
155
195
240
247.5
240
200
80
30
Mr（N·m）
0
430
732
813
888
790
9.4
2.6
18.27
24
-34
-12.69
根据以上数据用软件绘图得如下
速度——位置变化曲线
加速度——位置变化曲线
位移——位置变化曲线
平衡力矩——位置变化曲线
八.参考文献
1.《机械原理》（第七版）吴克坚等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
4.《机械运动方案设计手册》邹慧君主编，上海交通大学出版社
5.《机械传动设计手册》江耕华等主编，煤炭工业出版社
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