目录一、设计题目 (2)1、牛头刨床的机构运动简图 (2)2、工作原理 (2)二、原始数据 (3)三、机构的设计与分析 (4)1、齿轮机构的设计 (4)2、凸轮机构的设计 (10)3、导杆机构的设计 (16)四、设计过程中用到的方法和原理 (26)1、设计过程中用到的方法 (26)2、设计过程中用到的原理 (26)五、参考文献 (27)六、小结 (28)一、设计题目——牛头刨床传动机构1、牛头刨床的机构运动简图2、工作原理牛头刨床是对工件进行平面切削加工的一种通用机床，其传动部分由电动机经带传动和齿轮传动z0—z1、z1、—z2，带动曲柄2作等角速回转。

刨床工作时，由导杆机构2、3、4、5、6带动刨刀作往复运动，刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程；刨头左行时，刨刀不进行切削，称为空回行程，刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，固结在曲柄O2轴上的凸轮7通过四杆机构8、9、10与棘轮11和棘爪12带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

二、原始数据设计数据分别见表1、表2、表3.三、机构的设计与分析1、齿轮机构的设计已知条件设计内容与步骤 （1）计算齿轮2z 的齿数由0201'12010102n n z z z z d d i =⨯⨯=（1~1） 得 39644030013161001440n z d z z d n z 2102'1001012=⨯⨯⨯⨯⨯== （2）选择传动类型① ()()40z ~16z 10：按满足不根切、重迭系数.21≥ε、齿顶圆齿厚m 4.0s a ≥、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 400.0x 0= 250.0x 1-=0150.0250.0400.0x x 10>=-=+ （1~2）故()()40z ~16z 10采用正传动。

② ()()39z ~13z 2'1：按满足不根切、重迭系数.21≥ε、齿顶圆齿厚m 4.0s a ≥、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 300.0x '1= 400.0x 2-=0100.0400.0300.0x x 2'1<-=-=+ （1~3）故()()39z ~13z 2'1采用负传动。

（3）验算不根切最小变位系数 ①10z ~z ：()()060.0171617117z 17h x 0a min0=-⨯=-=*（1~4）060.0400.0x 0>= 不会发生根切()()350.1174017117z 17h x 1a min1-=-⨯=-=*（1~5）50.3150.20x 1->-= 不会发生根切②2'1z ~z ：()()240.0171317117z 17h x'1a 'min1=-⨯=-=* （1~6）240.0300.0x '1>= 不会发生根切()()290.1173917117z 17h x 2a min2-=-⨯=-=*（1~7）290.1400.0x 2->-= 不会发生根切（4）计算中心距变动系数（y ）和齿顶高降低系数（△y ）①10z ~z ：由无侧隙啮合方程 ()()α+++α=αinv z z x x tan 2inv 1010'（1~8）得016854.0inv '=α由表得016710.04520inv '=，016920.05020inv '=，则插值：016710.0016854.0452016710.0016920.0045205020''''--α=-- （1~9）得081.204.4820''==α标准中心距为 ()mm 1122z z m a 10=+⨯=（1~10）实际中心距为 mm 588.112mm 081.20cos 20cos 112cos cos a a =︒︒⨯=α'α⨯=' （1~11）中心距变动系数为 147.04112588.112m a a y =-=-'= （1~12）齿顶高降低系数为 ()003.0147.0150.010=-=-+=∆y x x y （1~13）② 21~z z '：由无侧隙啮合方程 ()()α++'+'α=αinv z z x x tan 2inv 2121'（1~14） 得 013504.0inv '=α由表得013418.00219inv ='︒，013598.05219inv ='︒，则插值013418.0013504.00219013418.0013598.002195219-'︒-'=-'︒-'︒α （1~15）得 ︒='︒=α373.194.2219'标准中心距为 ()mm 2602z z m a 21=+'⨯=（1~16）实际中心距为 mm 984.258mm 373.19cos 20cos 260cos cos a a =︒︒⨯=α'α⨯=' （1~17）中心距变动系数为 1016.010260984.258m a a y -=-=-'= （1~18）齿顶高降低系数为 ()()0016.01016.0100.0y x x y 21=---=-+'=∆ （1~19）（5）计算齿轮的几何尺寸 ① 10z ~z表3-1② 21z ~z '：表3-2（6）检验齿顶圆齿厚和重迭系数 ①10z ~z ：由渐开线齿廓压力角的定义得： 齿顶圆压力角：2536r r arccos0a 0b 0a '︒==α （1~20）325r rarccos 1a 1b 1a '︒==α （1~21） 小齿轮的齿顶圆齿厚 ()α-α-⋅=inv inv r 2r r s s 0a 0a 0a 00a （1~22） ()m4.0mm 862.120inv 2536inv 588.37232588.37445.7>=︒-'︒⨯-⨯= 大齿轮的齿顶圆齿厚 ()α-α-⋅=inv inv r 2r r s s 1a 1a 11a 11a （1~23） ()m4.0mm 224.320inv 325inv 988.82280988.82552.5>=︒-'︒⨯-⨯= 重迭系数 ()()[]πα'-α+α'-α=ε2tan tan z tan tan z 1a 10a 0 （1~24）()()[]2.1628.12081.20tan 053.25tan 40081.20tan 871.36tan 16>=π︒-︒⨯+︒-︒⨯=所以，校核满足条件。

② 21~z z '： 由渐开线齿廓压力角的定义得：齿顶圆压力角5.2638arccos111'︒=='''a b a r r α （1~25） 5124arccos 222'︒==a b a r r α （1~26） 小齿轮的齿顶圆齿厚 ()α-α-⋅=''''inv inv r 2r r s s 11'1'1a a 1a 1a （1~27）()m 4.0mm 621.420inv 5.2638inv 984.77265984.77844.17>=︒-'︒⨯-⨯= 大齿轮的齿顶圆齿厚 ()α-α-⋅=inv inv r 2r r s s 2a 2a 22a 22a （1~28） ()m 4.0mm 228.820inv 5124inv 984.2002195984.200788.12>=︒-'︒⨯-⨯= 重迭系数 ()()[]πα'-α+α'-α'=ε'2tan tan z tan tan z 2a 2a 11 （1~29） ()()[]2.1530.12373.19tan 257.24tan 39373.19tan 442.38tan 13>=π︒-︒⨯+︒-︒⨯=所以，校核满足条件 。

（7）按比例绘出单、双齿对啮合区①10z ~z ：选取比例尺m m /m m 1l =μ 图中粗实线部分为双齿对啮合区，其余为单齿对啮合区。

ln 2211p 628.0P B P B μ==ln 21p 372.0P P μ=图2② 21z ~z '： 选取比例尺m m /m m 1l =μ图中粗实线部分为双齿对啮合区，其余为单齿对啮合区。

ln 2211p 53.0P B P B μ== ln 21p 47.0P P μ=图32、凸轮机构的设计已知条件设计内容与步骤（1）计算各分点的角位移值 推程运动阶段摆杆按等加速运动规律上摆（9~0）2022δφδ=ϕ （2~1） 其中 750=δ， 5.37~0=δ，取5.7为一个分度值，则摆杆按等减速运动规律上摆（18~9）()2202δδ-δφ-φ=ϕ （2~2） 其中 750=δ， 75~5.37=δ， 取5.7为一个分度值，则回程运动阶段摆杆按等加速运动规律下摆（9~18）2'022δφδ-φ=ϕ （2~3） 其中 70'0=δ， 35~0=δ，取 5为一个分度值，则摆杆按等减速运动规律下摆（0~9）()2'02'02δδ-δφ=ϕ （2~4） 其中 70'0=δ， 70~35=δ，取 5为一个分度值，则（2）选取m m m m 2L =μ，由mm 85r 0=作出凸轮的基圆，以凸轮轴心20为圆心，以0204L 为半径作一圆，摆杆的回转轴心在反转过程中依次所占据的位置即在此圆上，如图所示。

（3）用反转法作图绘制凸轮的理论轮廓与实际轮廓，如图所示。

（4）由定性分析可知，最大压力角出现在远休止阶段，如图所示。

从图中量得 18m ax =α，而摆动推杆[]45=α，所以[]α=<αmax故压力角满足力学条件，符合设计要求。

（5）用解析法计算凸轮理论轮廓和实际轮廓，计算值与图解法的相应点的值进行比较，并计算误差。

摆杆的初始位置角 412.34150130285150130arccos L L 2r L L arccos 2220204D 0420202042D 040=⨯⨯-+=-+=ϕ （2~5）滚子中心处D 点的直角坐标为()()()()ϕ-ϕ-δ++δ-=ϕ-ϕ-δ+-δ-=0D0402040D 04020470cos L110cos L y 70sin L 110sin L x（2~6）Ⅰ 计算理论轮廓 推程阶段：①点4：235=δ，76.5=ϕ()()()()mm598.676.5412.3423570sin 130235110sin 15070sin L 110sin L x 0D 0402044=--+⨯--⨯=ϕ-ϕ-δ+-δ-=()()()()mm755.9776.5412.3423570cos 130235110cos 15070cos L 110cos L y 0D 0402044-=--+⨯+-⨯=ϕ-ϕ-δ++δ-=从图中量得mm 8.6x '4=，mm 6.97y '4-=误差：0000004'44406.3100598.68.6598.6100x x x x =⨯-=⨯-=∆ ()0000004'44416.0100755.976.97755.97100y y y y =⨯----=⨯-=∆()()()()mm61.1626.516412.3426570sin 130265110sin 15070sin L 110sin L x 0D 0402048=--+⨯--⨯=ϕ-ϕ-δ+-δ-=()()()()mm435.1046.516412.3426570cos 130265110cos 15070cos L 110cos L y 0D 0402048-=--+⨯+-⨯=ϕ-ϕ-δ++δ-=从图中量得mm 1.63x '8=，mm 2.104y '8-=误差：0000008'88851.1100161.621.63161.62100x x x x =⨯-=⨯-=∆()0000008'88823.0100435.1042.104435.104100y y y y =⨯----=⨯-=∆回程阶段：③点17：320=δ，88.311=ϕ()()()()mm396.11088.311412.3432070sin 130320110sin 15070sin L 110sin L x 0D 04020417=--+⨯--⨯=ϕ-ϕ-δ+-δ-=()()()()mm815.435.70412.3432070cos 130320110cos 15070cos L 110cos L y 0D 04020417-=--+⨯+-⨯=ϕ-ϕ-δ++δ-=从图中量得mm 4.110x '17=，mm 8.5y '17-=误差：00000017'171717004.0100396.1104.110396.110100x x x x =⨯-=⨯-=∆()00000017'17171746.20100815.48.5815.4100y y y y =⨯----=⨯-=∆()()()()mm66.27535.70412.3435070sin 130350110sin 15070sin L 110sin L x 0D 04020423=--+⨯--⨯=ϕ-ϕ-δ+-δ-=()()()()mm61.94235.70412.3435070cos 130350110cos 15070cos L 110cos L y 0D 04020423=--+⨯+-⨯=ϕ-ϕ-δ++δ-=从图中量得mm .276x '23=，mm .241y '23=误差：00000023'2323234.2110066.275.27666.275100x x x x =⨯-=⨯-=∆00000023'2323231.1410061.942.24161.942100y y y y =⨯-=⨯-=∆Ⅱ 计算实际轮廓 推程阶段：①点4： 235=δ， 6.75=ϕ，2022δφδ=ϕ，204d d δφδ=δϕ()()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δφδ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=⎪⎭⎫⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=δ2000D 0402044170cos 130110cos 150d d 170cos L 110cos L d dx()()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δφδ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=⎪⎭⎫⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=δ2000D 0402044170sin 130110sin 150d d 170sin L 110sin L d dy()()()()()()242.0d dy d dx dy cos 970.0d dy d dx dx sin 2222-=δ+δδ=θ-=δ+δ-=θ因为凸轮的工作线为内等距线，所以()()mm205.83970.015755.97sin r y y mm 228.10242.015598.6cos r x x r 4'4r 4'4-=-⨯--=θ-==-⨯-=θ-=从图中量得mm 10.2x ''4=，mm 4.84y ''4-=误差：000000'4''4'4'427.0100228.10.210228.10100x x x x =⨯-=⨯-=∆ ()000000'4''4'4'444.1100205.834.84205.83100y y y y =⨯----=⨯-=∆②点8：265=δ，6.516=ϕ，()20202δδ-δφ-φ=ϕ，()2004d d δδ-δφ=δϕ()()()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛δδ-δφ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=⎪⎭⎫⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=δ20000D 0402044170cos 130110cos 150d d 170cos L 110cos L d dx()()()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛δδ-δφ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=⎪⎭⎫⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=δ20000D 0402044170sin 130110sin 150d d 170sin L 110sin L d dy()()()()()()262.0d dy d dx dy cos 965.0d dy d dx dx sin 2222=δ+δδ=θ-=δ+δ-=θ因为凸轮的工作线为内等距线，所以()mm6.989965.01535.4104sin r y y mm31.25862.201561.162cos r x x r 8'8r 8'8-=-⨯--=θ-==⨯-=θ-=从图中量得mm 58.2x ''8=，mm .490y ''4-=误差：000000'8''8'8'805.010031.258.25831.258100x x x x =⨯-=⨯-=∆ ()000000'8''8'8'871.01006.9894.906.989100y y y y =⨯----=⨯-=∆回程阶段：③点17：320=δ，88.311=ϕ，2'022δφδ-φ=ϕ，2'04d d δφδ-=δϕ()()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δφδ+ϕ-ϕ-δ+-δ--=⎪⎭⎫ ⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=δ2'000D 0402044170cos 130110cos 150d d 170cos L 110cos L d dx()()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δφδ+ϕ-ϕ-δ+-δ-=⎪⎭⎫⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=δ2'000D 0402044170sin 130110sin 150d d 170sin L 110sin L d dy()()()()()()951.0d dy d dx dy cos 309.0d dy d dx dx sin 2222=δ+δδ=θ=δ+δδ-=θ因为凸轮的工作线为内等距线，所以mm45.9309.015815.4sin r y y mm131.96951.015396.110cos r x x r 17'17r 17'17-=⨯--=θ-==⨯-=θ-=从图中量得mm 4.69x ''4=，mm 8.11y ''4-= 误差：000000'17''17'17'1728.0100131.9696.4131.96100x x x x=⨯-=⨯-=∆ ()000000'17''17'17'179.1910045.98.1145.9100y y y y =⨯----=⨯-=∆④点23： 350=δ，35.70=ϕ，()2'02'02δδ-δφ=ϕ，()2'0'04d d δδ-δφ-=δϕ()()()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛δδ-δφ+ϕ-ϕ-δ+-δ--=⎪⎭⎫ ⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ--=δ2'0'000D 0402044170cos 130110cos 150d d 170cos L 110cos L d dx()()()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛δδ-δφ+ϕ-ϕ-δ+-δ-=⎪⎭⎫ ⎝⎛δϕ-ϕ-ϕ-δ+-δ-=δ2'0'000D 0402044170sin 130110sin 150d d 170sin L 110sin L d dy()()()()()()784.0d dy d dx dy cos 621.0d dy d dx dx sin 2222=δ+δδ=θ=δ+δ-=θ因为凸轮的工作线为内等距线，所以mm646.33621.015961.42sin r y ymm 506.63784.015266.75cos r x x r 23'23r 23'23=⨯-=θ-==⨯-=θ-=从图中量得mm 64.1x ''23=，mm 8.31y ''23=误差：000000'23''23'23'2394.0100506.6364.1506.63100x x x x=⨯-=⨯-=∆ 000000'23''23'23'2349.5100646.338.31646.33100y y y y =⨯-=⨯-=∆3、导杆机构的设计已知条件（1）确定导杆和机架的长度①由θ-︒θ+︒=180180K （1）得 ︒=+-⨯︒=+-︒=θ659.33146.1146.11801K 1K 180②由①得︒=︒-︒=∠171.732659.33180O AO 32mm 380171.73cos 110O AO cos L L 32AO 02032≈︒=∠=由对称性可知：H L B B ='mm553171.73cos 2320B B O cos 2L B B O cos 2/L L 3B B 3B B B 3O ≈︒∠='∠='∠=''m m 13855325.0L 25.0L B 03BC ≈⨯==（2）确定滑枕导路的位置根据传力最有利条件可知，在B 和B ’位置处的传动角应相等，由此可知滑枕导路应位于2h 处。