牛头刨床设计毕业设计论文.docx
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牛头刨床设计毕业设计论文
最终评定成绩
设计日期：
2014年1月30日
机械原理
课程设计说明书
设计题目：
牛头刨床
学院、系：
机电学院
专业：
机械设计制造及其自动化
年级：
学生姓名：
学号：
指导教师姓名：
职称教授
目录
目录
1、牛头刨床简介·································1
1.1简介··················································3
1.2特点··················································3
2、运动分析·····································5
3、动态静力分析·································10
4、结束语·······································19
5、参考文献·····································19
1牛头刨床简介
1、1简介
中小型牛头刨床的主运动（见机床）大多采用曲柄摇杆机构（见曲柄滑块机构）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，牛头刨床的生产率较低。
机床的主参数是最大刨削长度。
牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。
普通牛头刨床（见图）由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。
仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。
移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身（卧式）或立柱（立式）上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。
图1-1B6065牛头刨床的外形图1、2特点
它的主要五大特点有：
1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。
2、刨床的进给系统采用凸轮机构，有10级进给量。
改变走刀量，也非常方便。
3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。
4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。
5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停车时，可不必切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。
2运动分析
2.1第二个位置的速度分析
2.1.1对2号位置进行速度分析
取曲柄位置“1”进行速度分析。
因构件“2”和“1”在A处的转动副相连。
故VA3=VA2，其大小等于W2*LAO2，方向垂直于LAO2，指向于W2相同
W2=2πn/60=2*3.14*25/60=2.6rad/s因为K=1.5LO4O2=400根据公式可求得LAO2=123.6mm
VA3=VA2=W2*LAO2=2.6*123.6*10-3=0.32m/s
LAO4=442mm
对2,3位置进行分析
构件3与构件2的速度如图8所示，根据重合点法，其速度运动方程为：
VA4=VA3+VA4*A3……②
方向：
⊥AO4⊥AO2∥O4B
大小：
？
√？
由上图可知，UV=0.01（m/s）/mm
VA4=UV*PA4=0.15m/s
VA3A4=PA3A4*UV=0.30m/s
W4=VA4/LAO4=0.34m/s
VB=W4*LBO4=0.20m/s
对于c点的分析
VB4=PB*UV=22*0.01=0.22m/s
VCB=PCB*UV=6*0.01=0.06m/s
W5=VBC/LCB=0.41rad/s
2.1.2对2号位置进行加速度分析
（1）构件1与构件2的加速度方程为：
aA2=aA1+aA2·A1+ac……④
大小：
？
√√=0√=0
方向：
∥AO2⊥AO2∥AO2⊥AO2
（2）构件2与构件3的速度如图8所示，其加速度运动方程为：
aA2=aA3τ+aA3n+aA2·A3+ac……⑤
大小：
√？
√？
√
方向：
∥AO2⊥O4B∥O4B∥O4B⊥O4B
（3）构件4与构件5的速度如图9所示，其速度运动方程为：
ac5=ac4=aB4+aB5=aB4+aB4τ+aB4n……⑥
大小：
？
√？
√？
√
方向：
∥EF√?
√⊥BC∥BC
（4）设速度比例尺为：
μa=0.5（m/s2）/mm，确定极点P，量取PA3的长度为4mm，得出速度大小：
aA3=|PA3|·μa=2m/s2；根据速度影像原理，aB3/aA3=O4B/AO4,得到aB3=2.64m/s2。
（5）根据重合点法，aC5=aC4，aB3=aB4，量取PC4的长度为7.91mm,得出速度大小aC4=|PC4|·μa=3.96m/s2。
2.2对8号位置（图10）的牛头刨床进行运动分析
2.2.1对8号位置进行速度分析
VA3=VA2=W2*LAO2=2.6*123.6*10-3=0.32m/s因为O2A⊥O4B,所以VB=0=VC
5.1.2对2号位置进行加速度
（1）构件1与构件2的加速度方程为：
aA2=aA1+aA2·A1+ac………10
大小：
？
√√=0√=0
方向：
∥AO2⊥AO2∥AO2⊥AO2
（2）构件2与构件3的速度如图16所示，其加速度运动方程为：
aA2=aA3τ+aA3n+aA2·A3+ac………11
大小：
√？
√？
√
方向：
∥AO2⊥O4B∥O4B∥O4B⊥O4B
（3）构件4与构件5的速度如图17所示，其速度运动方程为：
ac5=ac4=aB4+aB5=aB4+aB4τ+aB4n……12
大小：
？
√？
√？
√≈0
方向：
∥EF√?
√⊥BC∥BC
（4）设速度比例尺为：
α=1.44μa=0.01（m/s）/mm，确定极点P，an=0.84m/s2PE=0.76mm所以aE=0.76m/s2
三、动态静力分析
3.1对2号位置（图5）的牛头刨床进行动力分析
3.1.1机构动态静力分析
牛头刨床的运动给进部分可分为基本杆组5-4、3-2和原动件1
对于基本杆组5-4，不计构件4的重量及惯性力，其为二力杆，R54=-R34，方向沿构件4。
构件5的受力如图15所示，其力的平衡方程式为：
∈F=0Pr+G5+P5+R45+R05=0……13
方向：
∥x轴∥y轴∥x轴√∥y轴
大小：
√√√?
?
（2）对于基本杆组3-2，构件2为滑块，构件1为二力杆，R23=RO1，构件3的受力如图16所示，列其力平衡条件和力静定条件如下：
∈MO4=0R54·h2+M3+G3·h1-R23·h2=0……14
大小：
√√√√√？
√
∈F=0P3+G3+R23+R34+R03x+R03y=0……15
方向：
√√√√√√
大小：
√√√√?
?
图16
（3）对于构件1，R23=-R21=RO1，如图17，其力平衡条件为：
∈MO4=0M1-R21·h4=0
3.69*
图17
（4）设力的比例尺为：
μF=100（N/mm），α=4.53M=α*JC4=7.25N*M确定极点P，量取PR21的长度为43.02mm，得出速度大小：
R11=|PR05|·μF=4302N；，得到R45=3809N,R25=5602.49N,。
（5）根据M1-R21·h4=0，得到曲柄上的平衡力矩M1=692.47N·m。
3.2对8号位置（图10）的牛头刨床进行动力分析
3.2.1机构动态静力分析
牛头刨床的运动给进部分可分为基本杆组5-4、3-2和原动件1
（1）对于基本杆组5-4，不计构件4的重量及惯性力，其为二力杆，R54=-R34，方向沿构件4。
构件5的受力如图18所示，其力的平衡方程式为：
∈F=0G5+P5+R45+R05=0.............16
方向：
∥y轴∥x轴√∥y轴
大小：
√√?
?
图18
（2）对于基本杆组3-2，构件2为滑块，构件1为二力杆，R23=RO1，构件3的受力如图19所示，列其力平衡条件和力静定条件如下：
∈MO4=0-R43·h2+M3-G3·h1+R23·h2=0
大小：
√√√√√？
√
∈F=0P3+G3+R23+R34+R03x+R03y=0......15
方向：
√√√√√√
大小：
√√√√?
?
图19
（3）对于构件1，R23=-R21=RO1，如图20，其力平衡条件为：
∈MO4=0M1-R21·h4=0
图20
（4）设力的比例尺为：
μF=100（N/mm），α=1.44J*α=M=2.31确定极点P，量取PR05的长度为44.92mm，得出速度大小：
R11=|PR05|·μF=4492N；同理，得到R45=3980N,R25=6122.08N,
（5）根据M1-R21·h4=0，得到曲柄上的平衡力矩M1=756.89N·m。
1、3牛头刨床总体方案设计的机械传动示意图
→
▏
→
摆动倒杆机构
→
刨刀切削运动
发动机
→
传动系统
→
主导轴
凸轮机构
→
双摇摆机构
↓
工作台进给运动
←
螺旋机构
←
棘轮机构
图3
1、4机构参数
运动方案布置简图（图4）
、A点位置与曲柄转过的角度一览表（表一）及机构基础尺寸参数参数一览表（表二）
图4
表一、A点的位置和曲柄转过的角度一览表
A点的位置
1′
2
3
4
5
6
7
角度ψ
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
A点的位置
7′
8
9
10
11
12
1
角度
195°
210°
240°
270°
300°
330°
345°
表二、机构基础尺寸参数参数一览表
导杆机构运动分析
曲柄转速为n1（r/mi）
25
刨刀的刀程H（mm）
360
机架AC的高度（mm）
400
从动件行程速比系数K
1.5
连杆与导杆长度比（ED/DC）系数s
0.25
导杆机构动态静力分析
摇摆导杆质量G4
（质心在杆长中点）（kg）
22
摇摆导杆转动惯量Jc4
（对质心）（kg·㎡）
1.6
滑枕质量M6（kg）
50
刨削阻力Pr（KN）
4.5
表三、E点运动参数一览表（VE、aE向右为正、滑块最右端为零点）
位置
1′
2
3
4
5
Se（mm）
2.5
20.87
71.59
137.24
208.61
Ve（m/s）
0.32
0.22
O.245
0.33
0.344
ae（m/s²）
0.537
0.396
0.633
0.324
0.244
位置
6
7
7′
8
9
Se（mm）
277.73
330.39
342
358.76
344.19
Ve（m/s）
0.321
0.126
0.017
0
0.032
ae（m/s²）
0.788
0.67
0.558
0.76
0.531
位置
10
11
12
1
Se（mm）
260.56
129.6
28.59
0
Ve（m/s）
0.285
0.337
0.303
0
ae（m/s²）
0.166
0.195
0.443
1.19
表四、摆动导杆质心速度、加速度一览表（ω、α以顺时针为正）
位置
1′
2
3
4
5
ω（rad/s）
0.73
0.34
0.45
0.6
0.6
α（rad/s²）
0.7
4.53
0.21
0.229
0.41
位置
6
7
7′
8
9
ω（rad/s）
0.564
0.621
0.734
0
0.595
α（rad/s²）
1.32
0.932
0.665
1.44
0.765
位置
10
11
12
1
ω（rad/s）
0.526
0.58
0.545
0.32
α（rad/s²）
0.264
3.07
1.285
1.37
表五、惯性力与惯性力偶距一览表
位置数据项目
位置代号
1′
2
3
4
5
P3（N）
-19.3
-4.65
-2.43
-2.728
-4.62
M3（N·m）
1.12
7.25
4.12
215.6
2.1
H3（m）
0.058
1.56
1.69
79.3
0.45
P5（N）
-31.15
-184
-15.4
-16.3
-12.2
位置数据项目
位置代号
6
7
7′
8
9
P3（N）
-5.32
-8.41
37.2
32.5
31.1
M3（N·m）
0.76
0.64
1.06
1.23
1.12
H3（m）
0.24
0.83
0.027
0.038
0.036
P5（N）
-33.4
-31.05
-27.9
-25.3
-23.4
位置数据项目
位置代号
10
11
12
1
P3（N）
-2.45
-41.8
-113.25
-9.51
M3（N·m）
0.4224
24
0.654
0.735
H3（m）
0.2
0.57
0.005
0.08
P5（N）
-8.32
-9.75
-22.15
-38.4
表六、动态静力分析结果汇集表
位置数据项目
位置代号
1′
2
3
4
5
R45（N）
4504.5
3809
4534
4527.8
4530
R03（N）
4298.6
4298.6
4527.8
4534
988
R23（N）
8556.3
5602.49
8763
9074.97
4976
R01（N）
-8556.3
-5602.49
-8763
-9074.97
-4976
曲柄上的平衡力矩M1（N-m）
-623.8
-692.47
-907.3
-1131.1
-613
位置数据项目
位置代号
6
7
7′
8
9
R45（N）
4678
3300
21.8
3980
7.23
R03（N）
4326
2885.5
208.03
2832.3
198.3
R23（N）
9065
3300
97.49
6122.08
65.2
R01（N）
-9065
-3000
-97.49
-6122.08
-65.2
曲柄上的平衡力矩M（N-m）
7.87
103.26
5.12
756.89
14.3
位置数据项目
位置代号
10
11
12
1
R45（N）
8.32
10.4
22.16
3300
R03（N）
216.3
232
194.28
2392.5
R23（N）
11.109
85
107.28
3300
R01（N）
-11.109
-85
-107.28
-3300
曲柄上的平衡力矩M（N-m）
1.37
17
19
103.26
四、结束语
花费了一周时间，终于完成了这篇课程设计。
总得感觉就是很难，而且无从下手。
通过老师耐心的指导，同学们热情的帮助，总算是磕磕绊绊的完成了这次的作业。
通过这次作业让我完成了一次cad的具体训练，并复习了曾经的知识。
颇有些温故知新的意味，不过虽然按时完成了作业，但是感觉时间还是有些短。
有些地方没有真正的搞懂，不能熟悉的掌握所有知识点。
自我反省还是自己没有将所有时间全身心的投入进去，而且最近离考试较近，设计期间还进行了几场考试，所以可能完成的并不是很理想，甚至有些糟糕。
希望老师能够理解，体谅。
下次如果还能有类似的设计作业，我会更认真的完成，争取能给自己和老师一份满意的作业
五.参考文献
【1】朱龙英.机械原理.西安电子科技大学出版社
【2】李瑞琴.机械原理课程设计.电子工业出版社
【3】张功学.理论力学.西安电子科技大学出版社
【4】程燕平.理论力学.哈尔滨工业大学出版社
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