中南大学机械原理课程设计——说明书班级：机械1007姓名：台永丰学号：**********指导老师：***分组：Ⅵ方案题目：牛头刨床目录第1章1.1设计题目........................................ (3)1.2机构简介 (3)1.3设计任务 (4)第2章2.1电动机的选择 (5)2.2齿轮变速装置设计 (5)2.3导杆机构尺寸设计 (6)2.4机构的运动分析 (7)2.5机构的动态静力分析 (16)2.6速度波动的调节与飞轮设计 (19)第3章3.1体会心得 (22)参考文献 (23)第1章1.1设计题目牛头刨床1.2机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1 a。

电动机经一级带传动和二级齿轮传动驱动执行机构，使刨头6和刨刀7作往复直线运动。

刨头右行时，刨刀进行切削加工，称为工作行程，要求速度较低并且均匀。

刨头左行时，刨刀不进行切削，称为空回行程，要求速度快以节省时间。

因此刨头在整个运动循环中受力变化大，对主轴（曲柄2）匀速运转有很大影响，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功率。

同时，要求刨刀不进行切削的过程中，工件随工作台实现自动进给运动。

图1-11.3设计任务（1）电动机的选择；（2）设计齿轮变速装置；（3）设计导杆机构；（4）设计刨程及其位置的调节方法；（5）机构运动分析；（6）机构的动态静力分析；（7）速度波动的调节与飞轮设计。

图1-2第2章2.1电动机的选择电动机转速选择1440r.p.m2.2齿轮变速装置设计如图1-2i13H=n1−n Hn3−n5=−z2z3z1z2……………………………………[2-1]* 式中i——转速比n——转速z——齿数i45=n4n3=−z5z4…………………………………………[2-2]i67=n6n7=−z7z6…………………………………………[2-3]联立以上各式，并令n1n Hn H n7=24，可选取z1=50,z2=50,z3=150,z4=55,z5=78可得各齿轮数据2.3导杆机构尺寸设计如图2-1，θ=180°×（k-1）/(k+1)…………………………[2-4]* 式中k——行程速比系数，k=1.8O2B=O2O4×sin(θ/ 2)…………………………….…….…..[2-5]* 式中θ——极位夹角B——曲柄长O2O4E=D`E/tan(θ/ 2)……….………………………………...[2-6]* 式中D`E——左极限时D点距中间距离，D`E=300mm由以上各式，解得：θ=51.4°O2B=151.8mmO4E=623.4mm图2-12.4机构的运动分析2.4.1 位移分析X(t)=HO4B ∗O2B∗cos(2πt)(O2B∗sin⁡(2πt)+O2O4)⁄...…………..[2-7]* 式中H O4B——O4到5号杆距离根据函数解析式，作周期内5号杆位移图象，如图2-2。

图2-22.4.2速度分析1)3位置速度分析因构件1和2在B处的转动副相连，故υB2=υB1，其大小等于ω1*AB，方向垂直于AB线，指向与ω1一致。

υB2=υB1=ω1·AB=0.95m/s ……………………………………………………..[2-8]取构件2和3的重合点B进行速度分析。

列速度矢量方程，得υB3 = υB2 + υB3B2.。

.。

[2-9]大小? √?方向?⊥AB ∥BC取构件3的B、C两点进行速度分析。

列速度矢量方程，得υB3 = υC3 + υB3C3。

[2-10] 大小? ? ?方向?∥BC ⊥BC取构件3的D、C两点进行速度分析。

列速度矢量方程，得υD3 = υC3 + υD3C3。

[2-11] 大小? ??方向水平∥BC ⊥BC比例关系有：υBC=ω3·BCυDC=ω3·DC取速度极点P，速度比例尺µv=0.016(m/s)/mm ,作速度多边形如图2-3图2-38位置速度分析因构件1和2在B 处的转动副相连，故υB2=υB1，其大小等于ω1*AB ，方向垂直于AB 线，指向与ω1一致。

速度矢量方程及比列关系同上；取速度极点P ，速度比例尺µv =0.016(m/s)/mm ,作速度多边形如图2-4图2-4求的数据，填入三线表中：表2-1位置 V D V B3 ω3 V C3 3号 1.167m/s 0.90m/s 1.82/s 0.18m/s 8号 -0.184m/s 0.10m/s 0.279/s 0.09m/s 右极限 0m/s 0m/s 0/s 0m/s得速度曲线2.4.3加速度分析对3点的加速度分析如下：取加速度极点为p',加速度比例尺µa=0.1（m/s2）/mm, 作加速度多边形如图2-5所示.则由图2-5知图2-5aB3 = aB2+ aB3B2r + aB3B2c……………….…[2-12]方向？ B→A ∥3杆⊥3杆大小？ lAB ω１２？２ω３ＶB2B3aB3 = ac3+ aB3C3n + aB3C3t……………….…[2-13]方向？？∥3杆⊥3杆大小？？ lBC ω3２ lBCαaC3 = aC4+ aC3C4r + aC3C4c……………….…[2-14]方向？ 0 ∥3杆⊥3杆大小？ 0 ？２ω3ＶC3C4a B3 = a D3 + a B3D3t+ a B3D3n…………………[2-15]方向 ？ //5杆 ⊥3杆 ∥3杆 大小 ？ ？ - l BD α l BD ω3２由于2B a =22ωAB l =6.0m/s 2 a B3B2c =２ω３ＶB2B3=1.89m/s 2n C B a 33=23ωl BC =1.62m/s 2k C C a 43=23ω43C C V =0.66m/s 2n D B a 33= l BD ω3２=0.64m/s 2已知，由以上各式联立计算可得： α=1.89rad/s 23D a =0.54m/s 2由以上得出的数据结合下列等式a B2 + a B3B2r+ a B3B2c= a D3 + a B3D3t+ a B3D3n………[2-16]B →A ∥3杆 ⊥3杆 //5杆 ⊥3杆 ∥3杆l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3 ？ - l BD α l BD ω3２a B2 + a B3B2r+ a B3B2c= a S3 + a B3S3t+ a B3S3n……...…[2-17]B →A ∥3杆 ⊥3杆 ？ ⊥3杆 ∥3杆l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3 ？ l BD α l BS ω3２可得到：a B3B2r =5.98m/s 2 方向为沿3杆向上 a S3⊥3杆=0.08m/s 2 a S3∥3杆=0.9639m/s 2对8点的加速度分析如下：a B3 = a B2 + a B3B2r + a B3B2c ………………[2-18]方向 ？ B →A ∥3杆 ⊥3杆 大小 ？ l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3a B3 = a c3 + a B3C3n + a B3C3t …………….…[2-19]方向 ？ ？ ∥3杆 ⊥3杆 大小 ？ ？ l BC ω3２ l BC αa C3 = a C4 + a C3C4r + a C3C4c ………………[2-20] 方向 ？ 0 ∥3杆 ⊥3杆 大小 ？ 0 ？ ２ω3ＶC3C4a B3 = a D3 + a B3D3t + a B3D3n ……………..[2-21] 方向 ？ //5杆 ⊥3杆 ∥3杆 大小 ？ ？ - l BD α l BD ω3２由于2B a =22ωAB l =6.0m/s 2 a B3B2c =２ω３ＶB2B3=0.4871m/s 2n C B a 33=23ωl BC =0.312m/s 2k C C a 43=23ω43C C V =0.503m/s 2n D B a 33= l BD ω3２=0.041m/s 2已知由以上各式联立计算可得：α=22.328rad/s 23D a =16.179m/s 2由以上得出的数据结合下列等式a B2 + a B3B2r+ a B3B2c= a D3 + a B3D3t+ a B3D3n………[2-22]B →A ∥3杆 ⊥3杆 //5杆 ⊥3杆 ∥3杆l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3 ？ - l BD α l BD ω3２a B2 + a B3B2r + a B3B2c =a S3 + a B3S3t + a B3S3n…….…[2-23] B→A ∥3杆⊥3杆？⊥3杆∥3杆l ABω１２？２ω３ＶB2B3 ？ l BDα l BSω3２可得到：aB3B2r=7.6m/s2方向为沿3杆向上aS3⊥3杆=7.957m/s2（方向垂直于3杆向右）aS3∥3杆=6.81m/s2（方向平行于3杆向下）对右极限点的加速度分析如下：aB3 = aB2+ aB3B2r + aB3B2c…………………[2-24]方向？ B→A ∥3杆⊥3杆大小？ lAB ω１２？２ω３ＶB2B3aB3 = ac3+ aB3C3n + aB3C3t………………[2-25]方向？？∥3杆⊥3杆大小？？ lBC ω3２ lBCαaC3 = aC4+ aC3C4r + aC3C4c………………[2-26]方向？ 0 ∥3杆⊥3杆大小？ 0 ？２ω3ＶC3C4aB3 =aD3+ aB3D3t + aB3D3n……………[2-27]方向？ //5杆⊥3杆∥3杆大小？？ - lBD α lBDω3２由于2B a =22AB l =6.0m/s 2a B3B2c =6.0m/s 2 n C B a 33=0m/s 2 kC C a 43=0m/s 2n D B a 33= l BD ω3２=0m/s 2已知由以上各式联立计算可得： α=19.05rad/s 23D a =14.5897m/s 2由以上得出的数据结合下列等式a B2 + a B3B2r+ a B3B2c= a D3 + a B3D3t+ a B3D3n…………[2-28]B →A ∥3杆 ⊥3杆 //5杆 ⊥3杆 ∥3杆l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3 ？ - l BD α l BD ω3２a B2 + a B3B2r+ a B3B2c= a S3 + a B3S3t+ a B3S3n……..…[2-29]B →A ∥3杆 ⊥3杆 ？ ⊥3杆 ∥3杆l AB ω１２ ？ ２ω３ＶB2B3 ？ l BD α l BS ω3２可得到：a B3B2r =6.35 m/s 2 方向为沿3杆向下a S3⊥3杆=6.82m/s 2 （方向垂直于3杆向左） a S3∥3杆=6.3275m/s 2（方向平行于3杆向下）得加速度曲线图2-62.5机构的动态静力分析机构受力分析：如图2-7所示3位置受力图图2-7 8位置受力图图2-8图2-9右极限受力分析∑F→=N→+G5→ +F S5→ +F35→ +Fr→=0……………………………………[2-30]* ΣF ——5号杆所受合力Fr ——工作阻力F x =0, -F 35sin θ-F 35y cos θ+F s5-F r =0 F y =0, -F 35x cos θ+F 35y sin θ-G 5+N=0F ix =a s3x *m 3……………………………………….…………………[2-31] F iy =a s3y *m3……………………………………….…………………[2-32]ΣF x =-F 53X +F 23 cos θ-F IX -F 43 cos θ=0…………….…………………[2-33]* ΣF x ———3号杆垂直于杆方向所受合力ΣF Y =F 43 sin θ+F IY -F 23 sin θ-F 53Y -G 3=0………….…………………[2-34]* ΣF y ———3号杆平行于杆方向所受合力∑M S =-F 53y*DE+F 53X*CE —0.5G 5g*CE*tan θ—0.5F 23*CE/cos θ-F sx *DE ..[2-35]* ∑M S ———3号杆在O 4点位置所受合力矩各点已知数据：位置m3 m5 a s3x a s3y F r θ3号点22 76 0.08 0.9639 5000 9°8号点22 76 7.957 6.81 0 25°右极限22 76 6.82 6.3275 0 26°表2-2带入以上数据解得位置FF35Y F23 F43 F N M r 35X3号点4958.96 1022.5 6514.6 14922.2 262.5 856.43 8号点-1228.9 522.75 2966.33 1323.86 -237.25 -39.26 右极限58.8 1203.75 2911.46 1467.49 290.695 0表2-32.6速度波动的调节与飞轮设计各组员数据如下：表2-4 可得阻力矩图像如图2-10图2-10M =∫M i dφφ…………………………………[2-36] * M ——各点瞬时驱动力矩 M ——平均驱动力矩 T ——周期，T=1sΔWmax=E max -E min =∫[M ed (φ)−M er (φ)cb]dφ…[2-37] * M ed ——作盈功时驱动力矩 M er ——作亏功时驱动力矩求得：M =340.875Nm则平均驱动力矩的图像为图2-11综合驱动力矩图和阻力矩图，可得能量指示图图2-12计算得最大盈亏功：ΔWmax=1249.367JJ F≥ 900ΔWmax/(π2n2[δ])…………………[2-38]J f≥1265.87kgm2第3章3.1总结通过为期两周的机械原理课程设计，第一次尝试使用机械方面的知识设计一个物品，走了不少弯路，同时也学了不少知识。