机械原理牛头刨床刨刀的往复运动说明书

1、高新学院机械原理课程设计题 目： 牛头刨床刨刀的往复运动机构专业班级： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 欧阳学 号： XXXXXXXXXX 指导教师： 姬 XX时 间： 2012 年 07 月12 日 前言一、机械原理课程与国民经济的关系当今世界正在经历着一场新的技术革命，新概念、新理论、新方法、新工艺不断出现，作为向各行业提供设备的机械行业，也得到了迅速的发展。现代机械日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪音等方向发展，对机械提出的要求也越来越来苛刻。有的需要用于宇宙空间，有的要在深海作业，有的小到能沿人体血管爬行，有的又是庞然大物，有的速度数倍于声速，有的又要作业微米级甚至纳米级的位移，

2、如此等等。处于机械工业发展前沿的机械原理学科，为了适应这种情况，新的研究课题与日俱增，新的研究方法日新月异。为了适应生产发展要求，当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构和机电光液广义机构等的研制上有很大进展。在机械分析与综合中，也由只考虑其运动性能过渡到同时考虑其动力性能；考虑到机械在运转时构件的振动和弹性变形，运动副中的间隙和构件的误差对机械运动及动力性能的影响；以及如何对构件和机械进一步作好动力平衡的问题等。目前，在机械地分析和综合中日益广泛地应用了计算机，发展并推广了计算机辅助设计、优化设计、考虑误差的概率设计，提出了多种便于对机械进行分析和综合的数学工具，编制了许多大型通

3、用或专用计算机程序。此外，随着现代科学技术的发展，测试手段的日臻完善，也加强了对机械的实验研究。总之，作为机械原理学科，其研究领域十分广阔，内涵非常丰富，在培养机械方面的创造型人才中将起到不可或缺的重要的作用。二、机械原理课程与课程设计的关系 机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计的正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，故应该认真对待。 机械系统方案数设计一般按照下述步骤进行： （1）拟定机械的工作原理。根据生产或市场需要，制定机械的总功能的工作原理和技术手段，确定出机械所要实现的工艺动作。 （2）执行构件

4、和原动机的运动设计。根据机械要实现的功能和工艺动作，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数、及运动协调配合关系，并选定原动机的类型和运动参数。 （3）机构的选型、变异和组合。根据机械要实现的功能和工艺动作，选择能实现这些功能的机构类型，必要时应对已有机构进行变异，创造出新型机构，并对所选机构进行组合，形成满足运动和动力要求 的机械系统方案，绘制系统示意图。 （4）机构的尺寸综合。根据执行构件和原动件的运动参数，以及各执行构件的协调配合要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机械系统的机构运动简图。 （5）方案分析。对机械系统进行运动和动力的分析，考察其能否全面满足机械的运动和动力功能要求，必要时还应进

5、行适当调整。运动和力分析结果也将为机械的工作能力和结构设计提供必要的数据。 （6）方案评审。通过众多方案的比较从中选出最佳方案。三、本课程设计的原则、内容、目的、要求1、课程设计方案拟定原则 由于机械性能、工作原理和使用场合等的不同，对传动系统的要求也就不同。但在拟定机械传动系统方案时均应遵循下列一般原则。（1）采用尽可能简短的运动链（2）优先选用基本机构（3）应用机械有效高的机械效率（4）合理安排不同类型传动机构的顺序（5）合理分配传动比。分配传动比的时候，应注意以下两点：1）每一级传动的传动比应在常用的范围内选取。2）当运动链为减速运动时（因电动机的速度一般较执行构件的速度高，故通常都是减

6、速传动），一般情况下，按照“前小后大”的原则分配传动比，这样有利于减小机械的尺寸。 （6）保证机械的安全运转2、本课程设计的内容 机械原理研究的对象是机械，研究的内容是有关机械的基本理论问题。机械是机器与机构的总称。在工程实际中，常见的机构有连杆机构、齿轮机构、带传动机构、链传动机构、凸轮机构，螺旋机构等。各种机构都是用来传递和变换运动和力的装置。机器都是根据某种使用要求而设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。 本课程研究的内容主要包括以下几方面： （1）机械结构分析的基本知识 （2）机构的运动分析 （3）机器动力学 （4）常用机构的分析和设计 （5）机械系统的方案设计我

7、们本次设计的是牛头刨床刨刀的往复运动机构，我们知道牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。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。而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。3、本课程研究的目的在今后的学习和工作中，总会遇到很多关于机械的设计和使用方面的问题。本课程学习的是有关机械基础的知识，所以它是机械类各专业必修的一门课程。现代世界

8、各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。要提高我国的综合国力，就要在一切生产部门实现生产的机械化和自动化，就需要创造出大量的、种类繁多的、新颖优良的机械来装备各行各业，为各行业的高速发展提供有利条件。而新技术、新成果的获得，无不依赖于机械行业的支持。所以，机械工业是国家综合国力发展的基石。3、本课程学习的要求（如何学习本课程）在学习本课程时，有以下几方面的注意事项：（1）机械原理课程是一门技术基础课程。一方面它较物理、理论力学等理论课程更加结合工程实际；另一方面，它又与专业机械的课程有所不同，它不具体研究某种机械，而只是对各种机械中的一些共性问题和常见的机构进行较为深入的探讨。为了学好本课程，在

9、学习中，应当着重注意搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法。（2）本课程中对于机械的研究是通过以下两大内容来进行的： 1）研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。如机构的组成理论、机构运动学、及气动力学等。 2）研究各种机器中常用的一些机构的性能及其设计方法，以及机械系统方案设计的问题。（3）要注意培养自己运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。解决工程实际问题往往可以采用多种方法，所得结果一般也不是唯一的，这就涉及到分析、对比、判断和决策的问题。对事物的分析、判断和决策的能力是一个工程技术人员所必须具备的基础能力，在学习中必须刻意加以培养。（4）工程问

10、题都是涉及多方面因素的综合问题，故要养成综合分析、全面考虑问题的习惯。另外，工程问题都要经过实践的严格考验，不允许有半点疏忽大意，故在学习中就要坚持科学严谨的、一丝不苟的工作作风，认真负责的工作态度，讲求实效的工程观点。机械原理课程设计任务书姓名：田雪学号：专业班级：机械1001班1、题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构2、完成时间：2012年07月12号3、具体内容及进度要求： 07月02日：确定课程题目，查阅相关文献资料，熟悉题目，简要了解机构的应用范围、发展方向及设计过程中所需设计数据。 07月03日：分析该机构的工作原理和工艺动作过程。 07月04日：通过查阅资料，了解多种设计方案，进行分

11、析比较，从而选定最佳设计方案。07月05日：选定合适的比例尺，运用CAD绘制机构运动简图。 07月06日：平面机构尺寸综合，设定合理的设计数据：N1,Lac,Lab,Lcd,Lde,Lcs3,Xs5,Ys5,G3,G5,Fr,YFr,Js3。 07月07日：进行导杆机构中各位置的运动分析。 07月10日：进行导杆机构的动态静力分析并绘制受力分析图，如图中位置（0.05H）1点和（0.05H）2点两个位置的受力情况。 07月11日：机构运动简图中各点速度和加速度的分析并绘制速度和加速度分析图，如图中位置（0.05H）1点和(0.05H) 2点两个位置的速度分析和加速度分析。 07月12日：整理编

12、写设计（计算）说明书。 07月13日：课程答辩。 指导老师：姬莉莉 完成日期：07月12日说明书一、课程设计的目的、要求 1、课程设计目的（1）学会机械设计的步骤和方法，掌握机构简图的绘制方法，熟练的使用CAD。（2）巩固所学的机械专业理论知识，掌握机构分析与综合的基本方法； （3）培养学生使用先进技术进行作图及分析与综合能力；（4）培养学生创新设计的能力和严谨认真的工作态度。2、课程设计的要求（1）牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转。（2）设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性。（3）刨削速度尽可能为匀速运动，以及很好的动力特性

13、。（4）尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。（5）还应考虑到该设计的经济性。二、课程设计准备 1、工程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，如图（a）所示，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有极回作用。切削阶段刨刀要近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。切削阻力图如图（b）所示 图（a） 图（b）2、原始数据及设计要求设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号N1LacLabLcdLdeLcs3Xs5Ys5G3G5FrYFrJs3单位r/minm

14、mNmmKg.m2方案一603801105400.25Lcd0.5Lcd240502007007000801.1 3、方案比较 通过查找资料，我们找到三种设计方案数据： 表1设计内容导杆机构的运动分析符号n1lAClABlCDLDElCS3xS5yS5单位r/minmm方案603801105400.25 lCD0.5 lCD2405064350905800.3lCD0.5 lCD20050724301108100.36CD0.5 lCD18040表2设计内容导杆机构的动态静力分析符号G3G5FryFrJS3单位NmmKg.m2方案2007007000801.12208009000801.222

15、062080001001.2为满足工作行程时，刨刀速度平稳，空回行程时，刨刀要有极回作用，切削阶段刨刀要近似匀速运动的要求，通过小组讨论和计算比较，我们发现方案一更为合理。三、设计（计算）说明书 1、画机构运动构件图（1）以C为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出A点，C点，O点。（2）确定机构运动时的左右极限位置，此位置B、B。（3）在左右极限位置，由运动副D点为圆心，ED的长度为半径分别作圆，并与导轨运动线相交，并判断E点的正确位置，确定E点的位置，此时可确定工作行程H，并量取H的长度。（4）由任务书中切削阻力图中的比例关系0.05H确定位置(0.05H)1和(0.05H)两点，即分别为刨刀开

16、始切削工作时杆4的运动副E点和刨刀离开工件时杆4的运动副点。（5）再由E点和E点，以ED长度为半径作圆，与以C点为圆心，CD的长度为半径的圆相交，相交点即分别为运动副D和D点。至此，就确定了机构在位置 (0.05H)1和(0.05H)两个位置。 2、对位置（0.05H）1进行速度和加速度的分析：（1）速度分析 取速度比例尺v=0.01m/s/mm 对于B点：VB3 =VB2 +VB2B3 =VB1 +VB2B3 方向： CD AB CD 大小： ? ?VB3= v pb=0.0133.2m/s=0.332m/s3=VB3 /l CB=0.332/(2208)r/s=0.798r/sVB3B2

17、=vab=0.0161m/s=o.61m/s（2）加速度分析 选取比例尺a=0.05m/s2/mm对于B点:aB3= aB3n + aB3= aB2 + aB3B2n + aB3B2 方向: BC BC BA BC BC 大小: ? ? 由 aB2=12Lab=4.338m/s2 aB3B2n=23VB2B3=0.97 m/s2 aB3n=32lCB=0.265 m/s2由加速度图可知 aB3=app=2.75 m/s2 aB3B2=apd=1.875 m/s2 aB3=2.76m/s2 3、对位置（0.05H）1点进行动态静力分析 按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，

18、原动机1和固定架。并由杆组5、6开始分析。（1）先取杆组5、6为分离体，建立直角坐标系根据 FX=0得： F54COSFISFr=0图中量得=19所以 F54COS19(G5/g)as5F r=0因为 as3n=32 Ls3=0.175 m/s2 as3=3ls3= aB3/(LlBC)LS3=1.82 m/s2所以 F54=7658.76N则运动副E的运动反力F45=F54=7658.76N （2）对于杆4，由于不计重力和运动副的摩擦力，因此，此杆为二力杆，则F45=-F34 所以 F34=7658.76N 所以运动副D的反力大小为7658.76N（3）再取2、3为分离体以C点为原心，CD垂

19、直方向的直线为 X轴，CD方向上的直线为Y轴，建立坐标系。由于FRC过转动副C的中心，不计转动副的摩擦力，故可将FRC分解为FRCX和FRXY：根据MS5=0F34LDS5SIN64+F21LBS5COS27+JL3FRCYLCS5=0根据FX=0F34SIN64F21COS27FL3COS5.5G3SIN15+FRCX=0根据FY=0 F34COS64+F21SIN27+FL3SIN5.5G3COS15+FRCY=0联立可得：FRCX=40900NFRCY=9838.5NF21=14699.8N即： FRC=42066.7N 4、对位置（0.05H）2点进行速度和加速度的分析：（1）速度分析

20、，选取比例尺V=0.01m/s对于B点： VB3=VB2+VB2B3= VB1 + VB2VB3 方向：CD AB CD 大小： ？ ？ VB3=VPb=0.29m/s 3 =VB3/lCB=0.67r/s VB2B3=0.6m/s(2)加速度分析， 选取比例尺为 a=0.05m/s/mm 对于B点：aB3= aB3n + aB3= aB2 + aB3B2n + aB3B2方向： BC BC BA BC BC大小： ？ ？aB2=1lAB=4.338m/s aB3B2n=23VB3B2=0.804m/s aB3n=3lCB=0.19m/s aB3 =a p p =4.7m/s aB3B2 =a

21、 d p =2.13m/s 5、 对位置（0.05H）2点进行动态静力分析： 按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，原动机1和固定架。并由杆组5、6开始分析。（1）先取杆组5、6为分离体，建立直角坐标系根据 FX=0得： F54COSFISFr=0图中量得=19所以 F54COS19(G5/g)as5Fr=0因为 aS5n=3lS5=0.1809m/s aS5=lS5=aB3/lBClS5=11.29r/s 0.50.54=3.05ms 即 aS5 =3.055m/s 所以 F54=7345N则运动副E的运动反力：F45=F54=7345N（2）对于杆4，由于不计重力和运

22、动副的摩擦力，因此，此杆为二力杆，则F45=-F34 所以 F34=7345N 所以运动副D的反力大小为7345N（3）再取2、3为分离体以C点为原心，CD垂直方向的直线为 X轴，CD方向上的直线为Y轴，建立坐标系。由于FRC过转动副C的中心，不计转动副的摩擦力，故可将FRC分解为FRCX和FRXY：根据MS3=0 F34LDS3SIN92+F21LBS3COS27+JS3FRCXLCS3=0根据FX=0 F34SIN92F21COS27FI3COS3.39G3SIN15+FRCX=0根据FY=0 F34COS92+F21SIN27+FI3SIN3.39G3COS15+FRCY=0联立可得： FRCX=.4N FRCY=50798N F21=N即得：FRC=.57N FRS=N四、课程设计总结五、心得体会机械原理课程设计