机械原理课程设计(牛头刨床)

机械原理课程设计

计算说明书

设计题目：牛头刨床设计

学校：________________

院（系）：机械工程系

班级:班

姓名：_________________

学号：___________________

指导教师：_______________

时间：2月30日至6月120共两周

2012年2月21

日

前言

机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较

全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个

重要实践环节。是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应

用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。

其基本目的在于：

（1）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有

关本课程实际问题的能力。

（2）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整

的概念。

（3）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型

与组合以及确定传动方案的能力。

（4）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、

运用计算机和查阅技术资料的能力。

（5）培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析

问题能力和创新能力。

机械原理课程设计的任务是对机械的主体矶构（连杆机构、飞轮机构

凸轮机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的

工作要求，在此基础上设计凸轮；或对各机构进行运动分析。

1、目录：

2、课程设计任务书.....................................2

(1)工作原理及工艺动作过程......................2

(2)原始数据及设计要求................................3

2.设计(计算)说明书.................................3

(1)画机构的运动简图................................3

(2)机构运动分析.....................................6

①对位置11点进行速度分析和加速度分析...............6

②对位置7'点进行速度分析和加速度分析8

（3）对位置7'点进行动态静力分析.......................

11

3.摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计.....................12

4.参考文献............................................16

5,心得体

会.....................................................16

6.附件.................................................17

一、课程设计任务书

1.工作原理及工艺动作过程

牛头刨床是一种用于

平面切削加工的机床。刨床工作时，如图（1-1）所示，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；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。切削阻力

如图(b)所示。

Fr

0.05H_0.05H

♦H-^卜

(b)

2.导杆机构的运动分析

原

始

数

据

及

设

计

要

求

设计

内容

“8

符号L2ALRC

n2。%%

单位r/minmm

方案64350905800.3%6320050

II

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所作圆弧高的平分线上。

要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、

加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动

态静力分析一起画在1号图纸上。

二、设计说明书（详情见A1图纸）

1.画机构的运动简图

1、以04为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出02点，B点，C点。

确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：取1和8'

为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1'和7,为切削起点和

终点所对应的曲柄位置，其余2、3-12等，是由位置1起，顺32

方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。

/2

取第n方案的第ii位置和第7，位置（如下图）。

2、机构运动分析

（1）曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速

度图，加速度图）

取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副

相连，故VA2=VA3,其大小等于W21O2A,方向垂直于02A线，指向

与32一致。

32=2兀112/60rad/s=6.702rad/s

UA3=BA2=a)21o2A=6.702x0.09m/s=0.603m/s(±O?A)

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

UA4=UA3+VA4A3

大小？J?

方向1O4B±O2A/7O4B

取速度极点P,速度比例尺内=0.02(m/s)/mm，作速度多边形如图1-2

图1-2

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

Uc-+1)CB

大小？V?

方向〃XX(向右)1O4B±BC

取速度极点P,速度比例尺uv=0.02(m/s)/mm,作速度多边行如

图1-2。

Pb=Pa4•O4B/04A=68.2mm

则由图1-2知，uC=PC•Hv=0.68m/s

加速度分析：

取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转

动副相连，故二，其大小等于322102A,方向由A指向02。

22

o)2=6.702rad/s,==O)22-1O2A=6.7022X0.09m/s=4.042m/s

取3.4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：

T

aA4=aA4+HA4=aA3n+@A4A3K+@A4A3V

大小：？(D421O4A?4234。A4A3?

方向：？B-A104BA-02104B(向右)〃04B(沿导路)

取加速度极点为P’，加速度比例尺g=0.05(m/s2)/mm,

222

^4=C04lO4A=0.041m/saA4A3K=2CO41)A4A3=0.417m/s

aA3rl=4.043m/s2

作加速度多边形如图1-3所示

图1一3

则由图1-3知，取5构件为研究对象，列加速度矢量方程，得

3c=3B+CUB%acB’

大小？JJ。

方向〃导轨VC->BIBC

由其加速度多边形如图1—3所示,有

2

ac=pc-|Xa=3.925m/s

(2)曲柄位置“7'”速度分析，加速度分析

(列矢量方程，画速度图，加速度图)取曲柄位置“7…进行速度分

析，其分析过程同曲柄位置“11二取构件3和4的重合点A进行

速度分析。列速度矢量方程，得

1)A4=1)A3+UA4A3

大小？J?

方向1O4B102A〃ChB

取速度极点P,速度比例尺^0.01(m/s)/mm,作速度多边形如图

l-4o

图1一4

Pb=Pa4•O4B/O4A=39.3mm

则由图1-4知，取5构件为研究对象，列速度

矢量方程，得

I)C5=UB5+VC5B5

大小？V?

方向〃导轨(向右)±O4B±BC

其速度多边形如图1-4所示，有

i)c=PC•|iv=3.75m/s

取曲柄位置“7'”进行加速度分析，分析过程同曲柄位置“3”.

取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,

得

nkY

HA4=aA4n+aA4=aA3+aA4A3+aA4A3

2

大小?(041O4A9•J2(041)A4A3?

9

方向•B-A104BA-*O2_L04B(向右)〃CWB(沿

导路)取加速度极点为P',加速度比例尺内=0.05(m/s2)/mm.作加

速度多边形图1-5

图1-5

则由图1—5知，=W42IO4A=0.176m/s2aA4A3K=2w4uA4A3=0,718

m/s2

3n=4.043m/s2

用加速度影象法求得

aR=aA4xlo4R/lo4A=4.35m/s2

取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得

ac=as+acBn+acBT

大小?JV?

方向〃导轨JCfB±BC

其加速度多边形如图1—5所示，有

ac=pc,|ia二4.3m/s2

3、机构动态静力分析

取“7”点为研究对象，分离5.6构件进行运动静力分析，作,

组示力体如图1一6所示。

图1—6

已知G6=800N,又ac=4.3m/s2,可以计算

Pi6=-(G6/g)xac=-(800/9.8)x4.3=-351N

又SF=P+G6+Pi6+N45+N16=0,作为多边行如图1-7所示,

|jN=8()N/mm。

图1-7

由图1-7力多边形可得：N45,N16

分离2,3构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，在图

中，由三力汇交定理得:

图1-8

代入数据，得N23=1272()N

作力的多边形如图1-9所示，MN=80N/mnio

图1-9

对曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如图1-10所示,

图1-10

三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见A3图纸）

（一）已知条件、要求及设计数据

1.已知：摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角①，远

休止角中s,回程运动角①；如图8所示，摆杆长度1O9D,最大摆角

中max,许用压力角（见下表）；凸轮与曲柄共轴。

2.要求：

确定凸

轮机构

的基本

尺寸，选

取滚子

符号数据单位

半径rT,

画出凸

轮实际

廓线。

3、设计

数据：

设计内容

*max15o

lOqD135mm

380

凸轮机构o

70

设计0

①s10

①，700

ro45mm

10209150mm

（二）设计过程

选取比例尺，作图ul=lmm/mm。

1.取任意一点02为圆心，以作r0=45mm基圆；

2、再以02为圆心,以10209/ul=150mm为半径作转轴圆;

3.在转轴圆上02右下方任取一点09;

4.以09为圆心，以10qD/W=135mm为半径画弧与基圆交于D点。

O9D即为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴

圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以11.6。对

推程段等分、11.6。对回程段等分（对应的角位移如下表所示），并

用A进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆

再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的

相应位置

画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置.，再用光滑

曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。

5.凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择

（1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估

计凸轮理论廓线上的的大致位置（可记为A点）；以A点位圆心，任

选较小的半径r作圆交于廓线上的B、C点；分别以B、C为圆心，以

同样的半径r画圆，三个小圆分别交于D、E、F、G四个点处，如下

图9所示；过D、E两点作直线，再过F、G两点作直线，两直线交于

0点，则0点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径；此次设

计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径。

图9

(2