牛头刨床设计
一、设计题目
(a) (b)
图 3-18
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图3－18a 。

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，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，刨刀切削，称空回行程。

此时要求速度较高，以提高生产率。

刨刀每切削完一次，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(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。

刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力(在切削的前后各有一段约H 05.0的空刀距离，见图3-18b )，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．故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。

二、设计数据，见表3-1和表3-2
表3-1
方案
导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
n 2 l O2O4
l O2A
l O4B
l BC l O4S4
x S6
y S6
G 4
G 6 P
y p J S4 r/min mm N mm kg.m 2
1 60 380 110 540
0.25 l O4B
0.5l O4B 240
50
200
700
7000 80
1.1
2 64 350 90 580 0.
3 l O4B 0.5l O4B 200 50 220 800 9000 80 1.2 3
72
430
110
810
0.36 l O4B
0.5l O4B 180
40
220
620
8000
100
1.2
表3-2
方
飞轮转动惯量的确定
凸轮机构设计
齿轮机构的设计
案δn O’z1z
O’z1
’
J O
2
J O
1
J O"J O
’
ψm
ax
l O9
D
[α
]
ФФ
s
Ф
’
d O
’
d O
"
m
12
m O"
1’
α
r/m
in
Kg.m2o mm o mm o
1 0.
15 144
1
2
4
0.
5
0.
3
0.
2
0.
2
15 12
5
4
7
5
1
7
5
10
30
6 3.5 2
2 0.
15 144
1
3
1
6
4
0.
5
0.
4
0.
25
0.
2
15 13
5
3
8
7
1
7
10
30
6 4 2
3 0.
16 144
1
5
1
9
5
0.
5
0.
3
0.
2
0.
2
15 13
4
2
7
5
1
6
5
10
30
6 3.5 2
三、方案设计及讨论
牛头刨床的主传动机构的原动件是曲柄；从
动件为刨头(滑块),行程中有急回特性；机构应有较
好的动力特性。

要满足这些要求，用单一的四杆
机构是难以实现的。

下面介绍几种仅供参考，更
多的方案有待读者自行构思。

1、如图3-19所示，牛头刨床的主传动机构采
用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。

采
用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角γ始终为
90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行
程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满
足急回特性要求。

适当确定刨头的导路位置，可
以使压力角α尽量小。

图 3-19
2、如图3-20所示，牛头刨床的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。

适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在刨头往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律)。

刨刀切削工件时，受到较大的切削阻力作用，空程返回时无切削力作用，只须克服惯性力及运动副摩擦阻力。

凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。

3、如图3-21所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮、齿条机构。

齿条固结于刨头的下方。

导杆机构如1中所述，扇形齿轮、齿条机构具有精确的传动比，能够承受较大的载荷。

扇形齿轮的加工，要求保证一定的精度，工艺上的难度大一些；且扇形齿轮、齿条的中心距要求较高。

图 3-20 图 3-21
4、如图3-22所示，牛头刨床的主传动
机构采用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构。

曲
柄摇杆机构可以满足牛头刨床的刨削工件
时，刨刀的速度较低，而刨刀返回时其速度
较高的急回特性要求；在刨削过程中，曲柄
摇杆机构的从动件摇杆3的压力角α是变
化的。

其它设计方案可由学生自行构思。

图 3-22
四、设计步骤
1、设计和选择方案
牛头刨床的主传动方案的设计与选择，可根据原始数据和没计要求，并充分考虑各种方案的特点进行。

此外，还应考虑以下几个方面的问题：
n；
1.1曲柄每分钟的转速
2
1.2机构的结构实现的可能性；
1.3根据所受切削力的大小，机构的传力特性；
2、确定设计路线
以牛头刨床的主传动方案Ⅰ为例，来说明设计路线。

首先，根据所选电动机的转速及曲柄的转速，进行带传动和齿轮传动的参数计算；根据刨头的往复运动并考虑由急回特性的要求，进行导杆机构、连杆滑块机构的设计。

由凸轮机构带动棘轮机构，实现牛头刨床的工作台的进给运动。

根据原始数据中所给的凸轮设计数据，进行凸轮机构设计。

3、设计牛头刨床的导杆机构
n、各构件尺寸及重心位置，设计出导杆机构的机构运动简图。

3.1根据曲柄每分钟转数
2
x-位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图4-2)。

且刨头导路x
3.2在完成导杆机构设计的基础上，进行运动分析和动态静力分析(仅考虑刨头和摇杆的惯性力)，包括用解析法建立数学模型，绘制程序框图，用计算机打印源程序与计算结果，
并根据计算结果绘制运动线图(位移、速度、加速度线图)和平衡力矩线图。

4、飞轮设计
根据表3-1中机器运转的不均匀系数δ，具有定传动比的各构件的转动惯量1O J 、2O J 、
O J '、O J ''，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上)的转速2n 及某些齿轮的参数1z 、0''z 、1'z 。

由动态
静力分析所得的平衡力矩b M ，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。

5、设计牛头刨床的凸轮机构
凸轮的摆杆推程和回程均为等加速等减速运动规律，其推程运动角Φ、远休止角s Φ、回程运动角Φ'，摆杆长度D O l 9，最大摆角max ψ，许用压力角[]α；凸轮与曲柄共轴。

5.1用解析法算出凸轮理轮廓线坐标，绘制凸轮机构的机构运动简图或用图解法进行设计。

5.2检验压力角和最小曲率半径，确定滚子直径，求出凸轮实际廓线。

6、设计牛头刨床的齿轮机构
6.1由原始数据电动机的转速'0n 、曲柄的转速2n 、小带轮直径'0d 、，皮带轮直径0''d ，以及齿轮的齿数1z 、0''z 、1'z 计算齿轮2的齿数2z ；
6.2由原始数据表中模数12m 、1'''O m ，齿轮分度圆压力角α；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动，进行齿轮机构的设计计算。

五、建议完成工作量
建议对导杆机构用计算机迸行辅助设计。

根据本指导书提供的子程序，要求学生在熟悉各子程序功能、标识符的意义及调用方法的情况下，编制并调试主程序，然后用自己调试好的程序系统算出运动分析结果。

动态静力分析，飞轮设计可以根据实际情况作为选作内容；凸轮轮廓可用图解法，亦可用解析法求出。

学生应完成：
1、3种主传动机构的运动方案选择，运动循环图。

2、三种运动方案的机构运动简图，所选定的运动方案的位移、速度、加速度线图；
3、打印学生自己编写的运动分析主程序、主程序流程图，计算结果；
4、设计说明书一份。

1、，
2、绘于1张1号图纸上。

完成上述任务需1.5周，其中上机机时约为8～10小时。

若课程设计的学时为2周，可以考虑再作凸轮位移曲线及凸轮廓线图，3号图纸1张；或动态静力分析和飞轮设计的内容，3号图纸1张（平衡力矩图）及相应的程序和计算内容。