机械原理课程设计指导书_2009

1、第一章 概述第一节 机械原理课程设计的目的和任务一、 课程设计的目的机械原理课程是培养学生具有进行机械系统运动方案设计初步能力的技术基础课。课程设计则是机械原理课程重要的实践环节。其基本目的是：（1） 通过课程设计，综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，并使所学知识进一步巩固、加深；（2） 使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步机械选型与组合以及确定传动方案的能力，培养学生开发和创新机械产品的能力；（3） 使学生对运动学和动力学的分析与设计有一较完整的概念；（4） 通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅有关资料的能力。二、 课程设计的

2、任务机械原理课程设计的任务一般分为以下几部分：（1） 根据机械的工作要求，进行机构的选型和组合；（2） 设计该机械系统的几种运动方案，对各种方案进行对比和选择，确定运动方案；（3） 对选定方案中的机构（凸轮机构、连杆机构、齿轮机构、其它常用机构、组合机构等）进行设计和分析；（4） 拟定、绘制机构运动循环图；（5） 设计飞轮；进行机械动力分析与设计。第二节 机械原理课程设计的内容和方法一、 课程设计的内容为了培养学生开发和创新机械产品的能力，根据高等学校工科本科机械原理课程教学基本要求对课程设计的基本要求，其内容应包括以下三个方面：（1） 机械方案的设计与选择；（2） 机构运动的分析和设计；（3

3、） 机械动力的分析与设计。为了保证课程设计的基本内容，以及一定的综合性和完整性，课程设计选题的原则为：（1） 一般包括三种基本机构凸轮机构、连杆机构和齿轮机构的分析和综合；（2） 应具有多个执行机构的运动配合关系，包括运动循环图的分析和设计；（3） 运动方案的选择和比较。二、 课程设计的方法 机械原理课程设计的方法一般分为图解法和解析法。图解法是运用基本理论中的基本关系式，用作图求解的方法求出其结果。这种方法具有几何概念清晰、直观的特点，可定性用来检查解析计算的正确性。解析法是通过建立数学模型，编制框图和计算机程序并借助于计算机运算求出其结果。这种方法具有计算精度高、避免大量重复的人工劳动，可

4、迅速得到结果、便于确定机构在整个运动循环内各位置的未知量的特点。此外，该方法利用计算机的绘图功能，绘制机构运动线图，为机构的选型和尺寸综合提供了重要的资料。图解法和解析法各有优点，在课程设计过程中主要运用图解法，但鼓励有能力的同学采用解析法进行设计和画图。三、 课程设计的教学进度课程设计的教学进度为一周，具体内容和时间安排如表1。 表1 教学进度安排序号内容时间/天1布置题目、方案讨论12确定方案0.53平面机构的运动分析0.54平面机构的动态静力分析15齿轮机构设计0.56凸轮机构设计0.57飞轮设计18整理设计说明书1共计6第三节 机械原理课程设计的总结和要求一、 编写设计说明书设计说明书

5、是技术说明书的一种，是整个设计计算的整理和总结，同时也是审核设计的技术文件之一。编写设计说明书是科技工作者必须掌握的基本技能之一。因此，机械原理课程设计成为机械类学生第一次在校接受的该方面训练。1设计说明书的主要内容包括：（1） 目录（标题、页次）；（2） 设计题目（包括设计条件、要求等）；（3） 机构运动简图或设计方案的拟定和比较；（4） 制定机械系统的运动循环图；（5） 对选定机构的运动、动力分析与设计；（6） 完成设计所用方法及原理的简要说明；（7） 列出必要的计算公式及所调用的子程序（采用解析法）；（8） 写出自编的主程序、子程序及编制框图（针对解析法）；（9） 对结果进行分析讨论；（

6、10） 参考资料（资料编号、主要作者、书名、版本、出版社、出版者、出版年份）。2设计说明书的要求 机械原理课程设计说明书一律按照华北电力大学课程设计（综合实验）报告的格式和有关规定进行。二、 图纸整理图纸是课程设计的又一组成部分，是设计的成果之一。对设计图纸的质量要求：作图准确、布图匀称、图面整洁、标注齐全。图纸上的中文用仿宋体、数字和外文字母用斜体字母书写，图纸格式、线条、尺寸标注等均应符合国家制图标准的规定。三、 成绩的评定机械原理课程设计的成绩单独记分。其成绩的评定应以设计说明书、图纸为根据并参考设计过程中的表现由指导教师按五级记分制（优、良、中、及格和不及格）进行评定。第二章 机械原理

7、课程设计实例第一节 牛头刨床机构选型及设计机械设计方案主要包括机构的选型和组合、运动形式的变换与传递，机构运动简图传动示意图等的绘制。现以牛头刨床的刨刀往复运动机构为例，说明如何进行方案设计。一、 主要的运动要求（1） 为了提高工作效率，在空行程时，刨刀快速退回，即要有急回作用，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，刨刀速度要平稳，且削阶段刨刀近似匀速运动。（3） 曲柄转速在60r/min，刨刀的行程H在300 mm左右为好，切削阻力约为7000N，其化规律如图21所示。图2-1二、 机构选型1 方案I该方案（如图22）由两个四杆机构组成。

8、使b>a，构件1、2、3、6便构成摆动导杆机构，基本参数为b/a=。构件3、4、5、6构成摇杆滑块机构。方案的特点：（1） 是一种平面连杆机构，结构简单，加工方便，能承受较大载荷。（2） 具有急回作用，其行程速比系数k=(180)/ (180)，而arcsin(1/)。只要正确选择，即可满足行程速比系数k的要求。（3） 滑块的行程H=2LCDsin(/2), 已经确定，因此只需选择摇杆CD的长度，即可满足行程H的要求。（4） 曲柄主动，构件2和3之间的传动角始终为90°。摇杆滑块机构中，当E点的轨迹位于D点所做圆弧高度的平均线上时，构件4与5之间有较大的传动角。当a=110 m

9、m、b=380 mm、LCD=540 mm、 LDE=135 mm时，可得构件4与5之间有较大的传动角min=85.09°，k=1.46，H=312 mm。机构横、纵向尺寸为446.5 mm和 540 mm。可见，此方案加工简单，占用面积较小，传力性能好。（5） 工作行程中，能使刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。 图22 图2-32 方案II该方案如图2-3所示。将方案I中的连杆4与滑块5的转动副变为移动副，并将连杆4变为滑块4，即得方案II，故该方案除具备第一方案的特点以外，因构件4与5间的传动角也始终为90°，所以受力更好，结构也更紧凑。3、方案III此方案

10、（图2-4）为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸为a、b、e。方案的特点如下：（1） 是四杆机构，结构较前方案简单。（2） 因极位夹角=arccose/(a+b)-arccose/(b-a)，故具有急回作用，但急回作用不明显。增大a和e或减少b，均能使k增大到所需值，但增大e或减少b会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且使最小传动角min减小，传动性能变坏。当各构件的尺寸满足k=1.46, H=312 mm,工作行程中最小传动角为36.9°,空回行程中最小传动角为28.12°。显然，此方案传动角不符合要求，同时，横向尺寸为纵向的2倍，结构欠匀称。 图2-4 图

11、2-54、方案IV该方案如图2-5，由两个四杆机构串联而成（b<a）。其中，转动导杆机构的基本参数为b/a=，对心曲柄滑块机构的曲柄和连杆长分别为c和L。方案特点如下：（1） 因行程速比系数k=(180)/ (180)，而arcsin(1/)。只要正确选择，即可满足行程速比系数k的要求。若减少，可使k增大，但将使导杆3的角速度变化剧烈，产生冲击。（2） 滑块5的行程H=2c，增大L可增大4与5间的传动角，并使滑块5的速度变化平缓。（3） 因曲柄1和导杆3都做整周运动，所以机构的横、纵向运动尺寸较大。另外，构建4和5间的最小传动角一般比方案I、II小。在满足k=1.46, H=312 mm

12、时的各构件尺寸下，机构的传力性能、工作行程中滑块5的速度变化情况和机构的横、纵向尺寸均不工作行程中滑块5的速度变化情况和机构的横、纵向尺寸均不如方案I、II好。5、方案V该方案如图2-6所示，由摆动导杆机构和齿轮齿条机构组成。方案特点为：(1) 加工齿轮齿条比较复杂，特别是制造精度高的齿条较困难。(2) 齿轮齿条间为高副接触，易磨损，磨损后传动不平稳，并将产生噪声和振动。(3) 导杆做变速往返摆动，特别在空回行程中，导杆角速度有较剧烈的变化，使齿轮机构受到很多的惯性冲击和振动。(4) 需解决扇形齿轮的动平衡问题，否则动载荷增大。由于齿条在较大的冲击载荷下工作，齿轮很容易产生折断，所以此方案不理

13、想。 图2-6 图2-76、方案VI该方案如图2-7所示，由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。方案特点为：（1） 凸轮机构虽可使从动件活动任意的运动规律，但凸轮制造复杂，表面硬度要求高，因此加工和热处理的费用较大。（2） 凸轮与从动动件为高副接触，只能承受较小载荷，表面磨损较快，磨损后凸轮的轮廓形状将发生变化。（3） 由于滑块的急回运动特性，使凸轮机构受到较大的冲击。（4） 滑块的行程H 比较大，调节比较困难，这必然使凸轮机构的压力角较大。为了减少压力角，必然增大基圆半径，从而使凸轮和整个机构的尺寸十分庞大。（5） 需要用力封闭或几何封闭的方法，保持凸轮和从动件始终接触，使结构复杂。因此，该方案不适

14、用于载荷和行程较大的刨床。从以上六个方案比较中可知，为了实现给定的刨刀运动要求，方案II 较好，其次为方案I。三、 牛头刨床的传动系统图2-8 表示牛头刨床的机构简图，其传动部分由电动机经V 带和齿轮传动，带动曲柄7和固定在其上的凸轮12。刨床工作时，由导杆机构7-8-9-10-11带动刨刀18做往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程；刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮12通过四杆机构13-14-15与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件做一次进给运动，以便刨刀继续切削。因为刨头在整个运动循环中，受力变化较大，会影响主轴的匀速运

15、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。 图2-8 图2-9四、 导杆机构分析和设计1、 六杆机构的尺寸综合(1) 确定曲柄和导杆的尺寸根据行程速比系数k求出极位夹角，然后根据已知的Lo2o3用作图法（或解析法）确定曲柄和导杆的尺寸（精确到0.1 mm），如图2-9。(2) 确定滑枕导路的位置可根据传力的最有力条件来确定，如图2-9。一般将导路位置置于EF的中点处。2、 导杆机构的运动分析（1） 画机构位置图 根据前面求得的六杆机构各杆尺寸选取比例尺L（m/mm），在1号图纸上画出机构位置图，每个同学按所分配的两个曲柄位置画出机构的两个对应位置。其中一个位置用粗实

16、线画出，另一个位置用细实线画出。机构处于上极限位时，曲柄O2A位置为起始位置，如图2-3。（2） 用相对运动图解法求出所分配的两个位置的速度和加速度首先列出速度、加速度矢量方程，在矢量方程中表明已知量和待求量，适当选取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm）,在机构位置图旁画出速度、加速度多边形，从而求出各运动副处的速度、加速度和各构件的角速度和角加速度。（3） 作导杆机构运动线图 将曲柄回转一周分成12等分，求出滑枕在各位置处的位移sc、速度vc和加速度 ac。以曲柄的转角为横坐标，分别以sc、vc和 ac为纵坐标作出相应的运动线图（该步需汇集其他同学在其余位置处

17、的运动分析结果，完成曲柄回转一周时滑枕在各位置处的运动线图）。3、 六杆机构的动态静力分析用图解法作六杆机构的动态静力分析的求解内容和步骤为：（1） 将六杆机构分解为两个II级杆组和一个原动件。取一定的比例尺绘出杆组和原动件图，将其画在机构位置所在的1号图纸上，杆组合原动件的位置和机构位置应一致。（2） 根据运动分析求得的数据，计算各杆件上所作用的惯性力和惯性力矩，加在杆组中相应的构件上。对于同时存在惯性力和惯性力矩的构件，将惯性力和惯性力矩合成，用一合惯性力来表示。（3） 在杆组上加上所有外力，并将杆组两个外接运动副的作用力分解成两个分力，其中一个沿杆的方向，另一个力则垂直杆的方向。根据杆组

18、静定条件列出力的平衡矢量方程式。选择适当比例尺F（N/mm）画出力矢量多边形，求出各运动副中约束反力的大小和方向，对于移动副，还要求出力的作用点。（4） 确定加在原动件上的平衡力矩Mb。4、 齿轮机构设计（1）根据运动和结构要求确定各轮齿数及主要参数（需用后续机械设计中知识，这里可先作为已知条件给出），再确定齿轮传动的类型，而后选择变位系数x1、x2。（2）计算该对齿轮的各部分尺寸（长度尺寸精确到小数点后1位，齿厚方面的尺寸精确到小数点后三位），并验算重合度（a>1.2）和齿顶厚（sa>0.25 m）。（3）绘制齿轮机构传动啮合图。选择长度比例尺，用2号图纸绘出齿轮啮合图。为了清晰

19、起见，所选比例尺应使图上齿高达到3050 mm。绘出在节点处啮合的一对齿轮，对于齿根圆小于基圆的齿轮，其非渐开线部分齿廓用径向线画出，径向线与齿根用半径为0.2m(模数)的圆弧连接。要求每个齿轮画出三个完整的轮齿，其中一对齿轮在节点处啮合。在图中标出理论啮合线、实际啮合线、齿廓实际工作段、啮合角及齿轮的齿顶圆、分度圆、节圆、齿根圆、基圆和中心距。5、 凸轮机构的设计(1) 根据运动和工作要求选择从动推杆的运动规律，然后再根据从动推杆的运动规律和许用压力角，确定凸轮机构的基圆半径r0、凸轮回转中心与摆动推杆摆动中心之间的距离a及摆动推杆在初始位置时的摆角0。(2) 根据从动推杆的运动规律，绘制凸

20、轮轮廓曲线。在图中用点划线画出凸轮理论轮廓曲线，用粗实线画出其实际轮廓曲线和从动推杆，并在图上标出凸轮的转向、凸轮的升程运动角0和回程运动角0以及从动杆在最远位置停留时凸轮转过的角度01、基圆半径r0、中心距a、摆动推杆尺寸和起始摆角0。6、 对刨床进行动力学分析(1) 分析刨床工作过程中的速度波动情况；(2) 进行飞轮设计。图解法求飞轮设计步骤为： (a) 求等效阻力矩。取曲柄为等效构件，不考虑各构件的重力，根据导杆机构运动分析中求出的数据，采用Mrw1=Frvc关系式求出曲柄在不同位置时的Mr值，然后选取适当的力矩比例尺M（N.m/mm）和角度比例尺（rad/mm），画出等效阻力矩Mr=M

21、r()线图。 (b) 求等效驱动力矩Md并绘制Md（）线图。根据在一个运动周期内等效驱动力矩作的功等于等效阻力矩作的功以及Md=常数，得： 绘出Md（）线图。(c) 求最大盈亏功。计算出Md（）和Mr()所围出的诸块面积并将面积换算成所表示的功。该功即相应区间的盈功或亏功，在数值上等于机器动能增减量。做能量指示图，求最大盈亏功。(d) 计算飞轮转动惯量JF 第三章 机械原理课程设计题目及要求第一节 插床机构一、 机构简介与设计数据1、 机构简介 插床是一种用于工件内表面切削加工的机床。插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图3-1（a）。电动机经过齿轮Z1、Z2等减速装置（齿轮Z1、

22、Z2之前的减速装置图中未表示出）带动导杆机构1-2-3-4-5-6，使装有刀具的滑块5沿导路y-y完成切削运动和快速退回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固联于轴O2上的凸轮推动摆动从动杆O4D和其他有关机构（图中未画出）来完成的。为了缩短空回行程时间，提高生产效率，要求刀具具有急回运动。图3-1（b）为阻力线图。(a) (b)图3-12、 设计数据设计数据见表3-1。 表3-1 插床设计数据内容导杆机构的设计及运动分析齿轮机构的设计符号n1KLBC/Lo3BLo2o3abcHZ1Z2m单位r/min mm(°)mm数据602115050501251001340208内容凸轮机构

23、的设计符号maxmaxLo4DLo2o40t从动机运动规律余弦加速上升远静止等加速等减速下降近静止单位 (°) mm相应凸轮转角50°20°60°230°数据15451251608010设计内容导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量的确定符号G3G5Js3dQ单位NNkg.m2mmN数据1603200.1412010001/25二、 设计内容、要求及步骤1、 导杆机构的设计和运动分析（1）已知：行程速比系数K，滑块5的冲程H，中心距Lo2o3，比值LBC/Lo3B，各构件重心S的位置，曲柄每分钟转速n1。（见表3-1）（2）要求： （a）根据表中

24、给定的条件设计导杆机构； （b）作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形， （c）绘出滑块的运动线图。 以上内容和与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。 （d）整理设计说明书。（3）设计步骤和设计方法 （a）连杆机构的设计：按已知条件确定导杆机构的各未知参数，其中滑块5的导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定，即传动角接近90°或压力角接近0°这一原则确定。 （b）作机构运动简图：选取长度比例尺L（m/mm）（推荐比例L=1.5mm/mm），作出所分配的两个位置的机构运动简图，其中一个用粗实线绘出。绘图时，以滑块5在上极限时所对应的曲柄位置位置作为曲柄的

25、起始位置1，沿曲柄的转动方向将A点的轨迹圆等分为12份得1，2，3，.，12。另外再补充作出滑块5在下极限时及开始切削和终止切削时所对应的三个位置9，1和8。如图3-2。 （c）定出与12个分点相对应的C点位置。将C点到上极限位置的距离作为滑块的位移Sc。选取位移比例尺s（m/mm）和时间比例尺t（s/mm），绘制滑块的位移线图Sc-t。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，建议取s=L。（d）选取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm），（推荐比例尺为v=0.005 m.s-1/mm ，a=0.05 m.s-2/mm）用相对运动图解法绘制机构的两个给定位置的速度

26、多边形和加速度多边形，并将结果连同本组同学的结果一起列入表3-2中，构成完整数组后，绘制Vc-t线图及ac-t线图。 （e）整理设计说明书，其中包括：导杆机构的设计过程及计算结果；以一个位置为例，说明相对运动图解法求机构速度和加速度的过程，并将机构在一个运动循环中的各运动参数填入表3-2中。图3-2表3-2 导杆机构各位置速度和加速度位置 项目1VA2VA3A2VA3VCBVCVS33(大小/方向aA2aA3A2KaA3naA3TaCBnaCaS3（大小/方向Sc11234567889101112单位s-1 m.s-1s-1m.s-2s-2mm2、 导杆机构动态静力分析（1） 已知：各构件的重

27、量G及其对重心轴的转动惯量Js（曲柄1、滑块2、连杆4的重量和转动惯量略去不计），阻力线图（图3-1（b），以及已在运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。（2） 要求：（a） 按分配的第一个位置，用力多边形法求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。（b） 作图部分亦画在运动分析的1号图纸上。（c） 整理说明书。（3） 设计步骤和方法（a） 选择力比例尺F（N/mm）（b） 将六杆机构分解为两个II级杆组和一个原动件。取一定的比例尺绘出杆组和原动件图，将其画在机构位置所在的1号图纸上，杆组和原动件的位置与机构位置应一致。（c） 根据运动分析求得的数据，计算各杆件上所作用的惯性力和惯性力矩，

28、加在杆组中相应的构件上。对于同时存在惯性力和惯性力矩的构件，将惯性力和惯性力矩合成，用一合惯性力来表示。（d） 在杆组上加上所有外力，并将杆组两个外接运动副的作用力分解成两个分力，其中一个沿杆的方向，另一个力则垂直杆的方向。根据杆组静定条件列出力的平衡矢量方程式。根据选择的力比例尺画出力矢量多边形，求出各运动副中约束反力的大小和方向。绘制力多边形时，对于无法作图表示的微小力可以忽略不计。反力R65除了计其大小外，还应确定其作用线到C点的距离e。 （e） 确定加在原动件上的平衡力矩Mb。（f） 整理设计说明书，包括：已知条件和要求；比例尺的选择；Pi、Mi的计算过程；说明动态静力分析过程，写出所

29、有计算式和矢量平衡方程式。3、 凸轮机构设计（1） 已知：从动杆最大摆角max，需用压力角max，从动杆长度Lo4D，基圆半径0，滚子半径t，凸轮与从动杆回转中心距离Lo2o4，从动杆运动规律与相应的凸轮转角（见表3-1），凸轮与曲柄共轴。（2） 要求：（a） 按给定条件在2号图纸上绘制从动件运动线图及凸轮的实际廓线。（b） 从动杆运动规律及凸轮每转5°对应从动杆摆动角度均以表格形式在图上表示出来。（c） 整理设计说明书。（3） 设计步骤和方法（a） 选取从动杆摆角比例尺及凸轮转角比例尺，绘制从动杆运动线图-曲线；（b） 用反转法求出凸轮理论轮廓；（c） 按给定的滚子半径t绘制实际廓

30、线。（d） 检验实际压力角是否超过许用值。（e） 整理设计说明书，包括：已知条件和设计要求；运动线图比例尺的选择。4、 齿轮机构设计（1）已知：齿轮Z1 、Z2，模数m，分度圆压力角，正常齿制，工作情况为开式传动，齿轮Z2与曲柄共轴。数据见表3-1（2）要求： （a）选择变位系数(b) 计算该对齿轮传动的各部分尺寸，(c) 以3号图纸绘制齿轮啮合图,整理设计说明书。（3）设计步骤和方法（a）选择变位系数；（b）计算该对齿轮的各部分尺寸（长度尺寸精确到小数点后1位，齿厚方面的尺寸精确到小数点后三位），并验算重合度（a>1.2）和齿顶厚（sa>0.25 m）。（c）绘制齿轮机构传动啮合

31、图。选择长度比例尺，用3号图纸绘出齿轮啮合图。为了清晰起见，所选比例尺应使图上齿高达到3050 mm。绘出在节点处啮合的一对齿轮，对于齿根圆小于基圆的齿轮，其非渐开线部分齿廓用径向线画出，径向线与齿根用半径为0.2m(模数)的圆弧连接。要求每个齿轮画出三个完整的轮齿，其中一对齿轮在节点处啮合。（d）在图中标出理论啮合线、实际啮合线、齿廓实际工作段、啮合角及齿轮的齿顶圆、分度圆、节圆、齿根圆、基圆和中心距。（e）整理设计说明书，包括：已知条件和设计要求，变位系数的选择，齿轮的各部分尺寸（列表示出），验算重合度（a>1.2）和齿顶厚（sa>0.25 m）是否在允许范围内。第二节 牛头刨

32、床刨刀的往复运动机构一、 机构简介与设计数据(1) 机构简介牛头刨床是一种常用于进行平面切削加工的机床，如图3-3（a）所示。其传动部分由电动机经V 带和齿轮传动，带动曲柄2和固定在其上的凸轮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做往复运动。刨头6右行时，刨刀进行切削，称为工作行程；刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以节省时间提高生产率。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），使工作台连同工件做一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很

33、大切削阻力（在切削前后有一段约0.05H的空刀距离），如图3-3（b），而在空回行程时，则没有切削阻力。因此，刨头在整个运动循环中，受力变化较大，会影响主轴的匀速运转，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(a)图3-3(2) 设计数据设计数据见表3-3表3-3 牛头刨床刨刀的往复运动机构设计数据内容导杆机构的运动分析符号n2Lo2o4Lo2ALo4BLBCLo4S4xs6ys6单位r/min mm方案603801105400.25 Lo4B0.5 Lo4B24050内容导杆机构的动态静力分析齿轮机构的设计符号G4G6PyPJs4mi12Lo1o2单位Nmmkg.m2

34、mmmm方案2007007000801.162.5150内容凸轮机构设计符号maxmaxLo9DLo2o90t从动件运动规律余弦加速上升远休止等加速等减速下降近静止单位 （°） mm（°）方案15401251608010相应凸轮转角751075200二、设计内容、要求及步骤1、 导杆机构的运动分析（1） 已知：曲柄的每分钟转速n2，各构件尺寸，重心位置，刨头移动导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高度的平均线上。（如图3-4） 图3-4（2） 要求：（a） 根据给定的已知条件设计导杆机构；（b） 作机构2个位置的速度多边形和加速度多边形，（c） 作滑块的运动线图。以上内容与后面

35、动态静力分析一起画在1号图纸上。整理设计说明书。（3） 设计计算步骤和方法 （a）作机构运动简图：选取长度比例尺L（m/mm），作出所分配的两个位置的机构运动简图，其中一个用粗实线绘出。绘图时，曲柄位置图的作法为：取1和8为行程起点（滑块的左极限位）和终点（滑块的右极限位）所对应的曲柄位置，其余2、3、12由位置1起顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置; 切削开始和终止所对应的曲柄位置为1和7,共有15个位置。 （b）作速度和加速度多边形：选取速度比例尺v（m.s-1/mm）和加速度比例尺a（m.s-2/mm），用相对运动图解法绘制机构的两个给定位置的速度多边形和加速度多边形，其中导杆4的重心加

36、速度用影像原理在图上标出，将所得结果填入表3-4中。（c）作滑块6的运动线图：按曲柄各位置定出与之相对应的C点位置。将C点的工作行程起点为起始位置，量出其相应位移。选取位移比例尺s（m/mm）和时间比例尺t（s/mm），绘制滑块的位移线图Sc-t。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，建议取s=L。（d）汇集同组同学用相对运动图解法所求得的各位置的滑块速度Vc和加速度ac列入表3-4中，构成完整数组后，绘制Vc-t线图及ac-t线图。（e）整理设计说明书，其中包括：导杆机构的设计过程及计算结果；以一个位置为例，说明相对运动图解法求机构速度和加速度的过程。 表3-4 滑块各位置的速度和加速度位

37、置角度vB(m.s-1)aB(m.s-2)vA3A4(m.s-1)aA3A4k(m.s-2)vC(m.s-1)aC(m.s-2)vs4(m.s-1)aS4(m.s-2)4(s-1)4(s-2)大小方向5rad.s-15s-2大小方向1012.122、 对导杆机构进行动态静力分析（1） 已知：各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量Js4与切削力P的变化规律。（2） 要求：按所分配的一个位置，用力多边形求各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分画在运动分析图样上，整理设计说明书。（3） 设计计算步骤和方法：（a） 在机构图上作出切削力曲线；（b） 按指定的位置，计算导杆和刨头的惯性力和惯性力矩，并将导杆4的惯性力PI4和惯性力矩MI4合为一个力，求出该力至重心的距离Lh.（c） 将机构分解为杆组，画杆组的示力体图，