机械原理课程设计——牛头刨床（1）待续2008-11-21 02:13目录一、概述§1.1、课程设计的题目---------------------------------------2§1.2.、课程设计的任务和目的-----------------------------2§1.3、课程设计的要求---------------------------------------3§1.4、课程设计的数据---------------------------------------3二、运动分析及程序§2.1、拆分杆组------------------------------------------------4§2.2、方案分析------------------------------------------------4§2.3、程序编写过程------------------------------------------5§2.4、程序说明------------------------------------------------6§2.5、C语言编程及结果------------------------------------6§2.6、位移，速度，加速度图------------------------------10三、各运动方案的分析与评价§3.1 方案一的运动分析和评价--------------------------12§3.2 方案二的运动分析和评价--------------------------13§3.3 方案三的运动分析和评价--------------------------15§3.4 方案四的运动分析和评价--------------------------16四、小结--------------------------------------- 19五、参考文献---------------------------------20一、概述§1.1．课程设计的题目此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计.§1.2．课程设计的任务和目的1）任务：1 牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；2 导杆机构进行运动分析；3 导杆机构进行动态静力分析；根据要求发挥自己的创新能力，设计4到5种牛头刨床的主传动机构，使其可以满足牛头刨床的传动需要。

2）目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。

其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。

§1.3．课程设计的要求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，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。

尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。

§1.4．课程设计的数据方案导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析n2 l0204 l02A l04B lBC l04S4 xS6 yS6 G4 G6 P yp JS4r/min mm N mm Kg.m2 64 350 90 580 0.3l04B 0.5l04B 200 50 220 800 9000 80 1.2二．运动分析及程序常见牛头刨床机构设计方案如下图（程序计算部分是根据这个方案中编写的，以下图中的状态为起始点）§2.1拆分杆组该六杆机构可看成由Ⅰ级机构、一个RPRⅡ级基本组和一个RRPⅡ级基本组组成的，即可将机构分解成图示三部分。

§2.2方案分析及其评价：1，机构具有确定运动，F=3*5-(2*7+1)=1,曲柄为机构原动件。

2,通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动,实现切削功能，能满足功能要求.且滑块行程可以根据杆长任意调整；3,工作性能, 工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求, 摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求；4,传递性能, 机构传动角恒为90度，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大；5,动力性能,传动平稳，冲击震动较小.6,结构合理性,结构简单合理,尺寸和重量也较小,制造和维修也较易.7,经济性，无特殊工艺和设备要求,成本较低.§2.3程序编写过程如图所示，建立O4-xy坐标系，并确定O2、A、O4、B、C编号分别为1，2（3），4，5，6，选定参考点7。

根据已知条件：X(O2)=X(1)=0,Y(O2)=Y(1)=430,X(O4)=X(4)=0,Y(O4)=Y(4)=0, X(7)=0,Y(7)=810，编写主程序。

1）为计算出Ⅰ级机构上A点的位置及运动参数，应调用Mcrank子程序，在此之前应确定子程序的形参i,j,a,b,此机构中,i=1,j=1,a=1,b=1；2）为求出构件3上B点的位置及运动参数，应调用Mrpr子程序，在此之前应确定子程序的各形参赋值,此机构中,i=2,j=3,k=4,此时，又已知数据有，L(2)=L(4)=0,L(3)=810.其他参数b,c,d,e 分别是2，3，4，5；3）为求出滑块上C点的位置及运动参数，应调用Mrrp子程序，在此之前应确定子程序的各形参赋值,此机构中,i=5,j=6,b=5,c=6,r=a=7,m=1；§2.4程序说明1）对程序中不赋值的变量，计算机自动取0值，如滑块6与x轴的夹角在调用Mrrp之前不赋值，按0计算；2）用曲柄得角位置φ1作循环变量，计算出它在360°之内的变化情况，循环步长取30°，只取小数点后两位。

机械原理课程设计——牛头刨床设计说明书（3）待续2008-11-21 02:162.6．滑块6的位移，速度，加速度随转角变化曲线§其位移，速度，加速度随转角变化曲线如图所示：三．设计方案和分析§3.1方案一3.1.1方案一的设计图3.1.2方案一的运动分析及评价（1）运动是否具有确定的运动该机构中构件n=5。

在各个构件构成的的运动副中Pl=6,Ph=1.凸轮和转子、2杆组成运动副中有一个局部自由度，即F'=1。

机构中不存在虚约束。

.由以上条件可知：机构的自由度F=3n-(2Pl+Ph-p')-F'=1机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。

（2）机构传动功能的实现在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。

通过连杆3推动滑块4运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。

（3）主传动机构的工作性能凸轮1 的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1 随着角速度转动时，连杆3也随着杆2 的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。

传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。

机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。

（4）机构的传力性能要实现机构的往返运动，必须在凸轮1 和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。

几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。

机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。

但是在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。

杆2回受到弯力，因此对于杆2 的弯曲强度有较高的要求。

同时，转子与凸轮1 的运动副为高副，受到的压强较大。

所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。

该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。

（5）机构的动力性能分析。

由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的寿命。

所以在设计使用的过程中应处理好机械的震动问题，可以增加飞轮减少机械的震动，以免造成不必要的损失和危险。

（6）机构的合理性此机构使用凸轮和四连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。

同时，机构的尺寸要把握好，如杆2太长的话，弯曲变形就会很大，使杆2承受不了载荷而压断，如果太短的话，就不能有效的传递凸轮1 的作用力和速度。

同时。

凸轮具有不平衡性，在设计中尽量使凸轮的重量小一些，减小因为凸轮引起的整个机构的不平衡和机器的震动。

（7）机构的经济性该机构使用的连杆和凸轮都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。

不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染；凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。

§3.2方案二3.2.1方案二的设计图3.2.2方案二的运动分析和评价（1）运动是否具有确定的运动该机构由齿条、扇形齿轮3、滑块2和杆1组成，其中杆1为主动件。

滑块2以移动副的方式和扇形齿轮3连在一起。

机构具有3个活动构件。

机构中的运动副有原动件1的铰接，1和2的转动副以及2和3的移动副。

机构中的运动副全都是低副，且Pl=4.在该机构中没有高副，也不存在局部自由度和虚约束。

由此可知：F=3n-(2Pl+Ph-p')-F'=1机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。

所以，该机构具有确定的运动。

（2）机构功能的实现根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件1带动的。

杆1通过滑块2带动扇形齿轮3的运动。

扇形齿轮3和与刨头连接的齿条啮合。

从而实现刨刀的往复运动。

（3）机构的工作性能该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。

但是原动件1的长度较小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1的变化速度对于扇形齿轮3的影响不是很大，同时机构是在转速不大的情况下运转的，也就是说，在扇形齿轮作用下的齿条的速度在切削过程中变化不大。

趋于匀速运行。

原动件1在滑块2上的速度始终不变，但是随着原动件1的运转，在一个周期里，BC 的长度由小到大，再变小。