机械原理课程设计说明书
设计题目牛头刨床
课程设计说明书—牛头刨床
1.机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮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，以减少电动机容量和提高切削质量；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。
刨刀每次削完一次，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，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。
刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。
因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。
图1-1
1．导杆机构的运动分析
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。
1.1设计数据
导杆机构的运动分析
设计
内容
符号n2L O2O4L O2A L o4B L BC L o4s4xS6yS6
mm
单位r/m
in
64 350 90 580 0.3L o4B0.5L o4B200 50
方案
Ⅱ
1.2曲柄位置的确定
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ω2方向将曲柄圆作12
等分的位置（如下图）。
图1-2
取第Ⅱ方案的第4位置和第10位置（如下图1-3）。
图1-3
1.3速度分析
以速度比例尺:(0.01m/s)/mm和加速度比例尺:(0.01m/s2)/m m用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2）
表格1-1
位置未知
量
方程
4位置点V A4V A4=V A3+V A4A3
方向⊥AO4⊥AO2∥AO4
大小？w2L AO2？
V C V c=V B+V C B
方向//x⊥BO4⊥CB
大小？w4L BO4？
a A4a A4=a n A4O4+a t A4O4=a A3+a k A4A3+a r A4A3
方向A→O4⊥AO4 A→O2⊥BO4∥BO4
大小w24L AO4？w22L AO22w A3V A4A3？
a c a c=a B+a CB n+a CB t
方向∥x√C→B⊥BC
大小？√w25L BC？
图1-4
图1-5
位置未知
量
方程
位置10 点V A4V A4=V A3+V A4A3
方向⊥AO4⊥AO2∥AO4
大小？w2L AO2？
V C V c=V B+V C B
方向//x⊥BO4⊥CB
大小？w4L BO4？
a A4a A4=a n A4O4+a t A4O4=a A3+a k A4A3+a r A4A3方向A→O4
⊥AO4 A→O2⊥BO4∥BO4
大小w24L AO4？w22L AO22A3V A4A3？
a c a c=a B+a CB n+a CB t
方向∥x√C→B⊥BC
大小？√w25L BC？
表格（1-2）
位置要求图解法
结果
解析法
结果
绝对误差相对误差
位置4点v c
（m/s
）
0.
a c(m/
s2)
位置10点v c
（m/s ）
a c(m/ s2)
各点的速度，加速度分别列入表1-3，1-4中表1-3
项目 位置 ω2 ω4 V A 4 V B V c
位置4点 位置10点
单位 1/s 1/s m/s
表1-4 项目 位置
位置4点
位置10点 4
单位
2机构的动态静力分析 2.1.设计数据
已知各构件的质量G （曲柄2、滑
块3和连杆5的质
量都可以忽略不
计），导杆4绕重
心的转动惯量J s 4及切削力P 的变
设计内容 导杆机构的动态静力分析 符号 G4 G 6
P Js 4
y p
xS 6 yS 6 单位 N Kg.m
2
mm 方案
220
800 9000 1.2
80
200 50
化规律（图1-1，b）。
要求按第二位置求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡
力矩。
以上内容作运动分析的同一张图纸上。
首先按杆组分解实力体，用力多边形法决定各运动副中的作
用反力和加于曲柄上的平衡力矩。
图2-1
2.1矢量图解法：
2.1.1 5-6杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、F i6、FR I6、R45,其中R45和R i6方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力N均垂直于质心，R56沿杆方向由C指向B，惯性力F i6大小可由运动分析求得，方向水平向左。
选取比例尺:(100N)/mm，作力的多边形。
将方程列入表2-1。
由力多边形可知：
F45=706.1099715N
FI6=705.9209846N
2.1.2对3-4杆组示力体分析
共受5个力分别为F`54,F23,F I4,G4,R14,其中F45,F54大小相等方向相反，方向沿C指向B，G4已知，方向竖直向下，惯性力F i S4大小可由运动分析求得，R23大小未知，方向垂直于杆4，R14大小方
向均未知。
选取比例尺μ=(50N）/mm,作受力多边形。
将方程列入表2-1。
表格（2-1）
位置未
知
方程
量 2
6i F +6G +R45+N =0
方向:水平竖直∥BC 竖直 大小√√??
54R +4i F +4G +23F +Fx +Fy =0
方向:∥BC √竖直⊥AB √√ 大小:√√√√??
其中
6i F =705.9209846N 6G =800NF54=-F45=706.1099715N αS4=α4=rad/s 2
4i F =
g
G 4
4s a N 4G =220N 对4O 求矩有：
ΣM A =G 4×X 4+F I 4×X 4i +M S4+F 54×X 54-F 23×X 23=0 M S4=J S4·α4
代入数据，得F 23=1578.158398N
2.1.3 对曲柄分析，共受2个力，分别为R 32,R 12和一个力偶M ，
由于滑块3为二力杆，所以R 32=R 34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以F R 12与F R 32等大反力，由此可以求得:
表格（2-2） 未知量 平衡条
件
平衡方程
结果
M （N ·m ）
R 32l sin θ2×h 12-M =0
7
R12（N）1578.158398将各个运动副的反力列入表2-3。
表2-3
项目位置
h i4
大小方向
705.920
9846
28606.2
0561
顺时针
单位N Nm m 项
目
位置
R45=R56N Fx Fy R23
706.109971 5 816.335
7099
736.75
41282
91.869
0851
1578.158
398
单位N。