机械原理课程设计——牛头刨床原理及其设计

1、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）目录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

2、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

3、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K1.46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

4、牛头刨床的工作原理，拟定23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

5、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

6、：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

7、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）mrad/sm/srad/s2m/s20102036065.5561067.466

8、8869.71252  65.55610168.93820172.02730175.32660  168.938100.101070.081380.05854  0.101070.171230.209270.23859 0.171230.2887900323910.33202  0.203680-0.1227-0.0383 -0.10180.247700.190760.14715 0.247700.292660.11719-0.0185 0.29267-0.16422-0.13443-0.11113-0.164223.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