机械原理课程设计 计算说明书 课题名称： 牛头刨床刨刀的往复运动机构 姓 名：

院 别： 工学院 学 号：

专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机设1201 指导教师：

2014年6月7日 工学院课程设计评审表 学生姓名 专业 机械设计制造及其自动化 年级 2012级 学号 设计题目 牛头刨床刨刀的往复运动机构 评价内容 评价指标 评分 权值 评定 成绩

业务水平 有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计机构运动方案（或正确建立数学模型并运用matlab进行仿真）；对所设计机构的特定位置进行运动分析和动态静力分析。独立进行设计工作，能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理设计数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。

40 论文（设计说明书、图纸）质量

论述充分，结论严谨合理；设计方法正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；图纸绘制符合国家标准；计算结果准确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

40

工作量、 工作态度 按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；

工作作风严谨务实。 20

合计 100

指导教师评语

目 录 一．设计任务书 …………………………………………………… 4 设计题目 ………………………………………………………..4 牛头刨床简介 ……………………………………………………… 4 牛头刨床工作原理 …………………………………………………4 设计要求及设计参数 …………………………………………6 设计任务 …………………………………………7 二．导杆机构的设计及运动分析 …………………………………8 机构运动简图 …………………………………………… 8 机构运动速度多边形 …………………………………………… 9 机构运动加速度多边形 …………………………………………… 11 三．导杆机构动态静力分析 ……………………………………………14 静态图 …………………………………………… 14 惯性力及惯性力偶矩 …………………………………………… 14 杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力 …………………………………………… 15 心得与体会 …………………………………………………………… 21 参考文献 .................................................................................................22 一、设计任务书

设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构 牛头刨床简介：

牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的

牛头刨床外形图 加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。 牛头刨床工作原理： 牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2－3－4－5－6，最后带动刨头和刨刀作往复运动。当刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近于匀速切削。在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用了具有急回运动特性的导杆机构。此外，当刨刀每完成一次刨削后，要求刨床能利用空回行程的时间，使工作台连同工件作一次进给运动，以便于刨刀下一次切削。为此，该刨床采用凸轮机构，双摇杆机构经棘轮机构和螺旋机构（图中未示出），带动工作台作横向进给运动。

A B C x y s 5 s 3 X s 5 E D Y S5 1 2 3 7 5 6

n 1 F r

Y Fr

4 图1 牛头刨床机构简图 图3 曲柄位置图 设计要求及设计参数：

设计要求：1、绘图问题 A1图纸一张，A1图纸1张，绘图工具一套。 2、绘图要求 作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁，线条尺寸应 符合国家标准。 3、计算说明书要求 计算程序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。 设计参数： 设计内容 符号 数据 单位

导杆的运动分析 n1 60 lAC 380 lAB 110 lCD 540 lDE LCs3 xs5 240 ys5 50

导杆机构动态静力计算

G3 200

G5 700 Fr 7000

H Sc Fmax F 图2 刨刀阻力曲线 yFr 80 Js3

设计任务：

用图解法对牛头刨床的连杆机构进行运动分析和动力分析。要求画出A1图纸一张，A2图纸一张，写出计算说明书一份。 二、导杆机构的设计及运动分析

机构运动简图： 图2-1 机构运动简图 1.选方案Ⅰ，在连杆机构中，曲柄有30个连续等分1～30个位置（见

图3），选取4位置进行设计及运动分析，取长度比例尺l=/msmm. 2.取构件2和导杆3垂直（即构件5在最左方）时为起始位置1，用量角器量取（4-1）×12=36度，两个工作行程的极限位置1和18，E点两极限位置如图虚线，极限位置距离h=312mm，机构运动简图如图2-1所示。 机构运动速度多边形：

图2-2 机构运动速度多边形

根据机构运动简图，进行速度分析：根据同一构件上相对速度原理列速

度矢量方程式，得： υB3=υB3B2+υB2

大小 √ 方向 ⊥CB ∥BC ⊥AB 计算：n=60r/min=1r/s,ω=2πn=2πrad/s,

υB2=ω×lAB=2πrad/s×=πm/s

速度多边形：在图上任取速度极点P，速度比例尺μv【=υB2/Pb1=（πm/s）

/120㎜】=(m/s)/mm，过点p作直线pb1（长度为120㎜）垂直杆AB代表υB2的方向线，过点p作垂直杆CB的直线，代表υB3；再过点b1作直线平行于BC，代表υB3B2的方向线，这两方向线交点为b3，则矢量pb3和b1b3分别代表υB3和υB3B2，其大小分别为： υB3=μv×pb3=(m/s)/mm×62㎜=s

υB3B2=μv×b2b3=(m/s)/mm×101㎜=s.

根据影像相似原理求出υD:

CB/CD=pb3/pd,即135=62/pd,解得pd=78㎜，

υD=μv×pd=(m/s)/mm×78㎜= m/s 方向在pb3的延长线上。 再根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得 υE= υED +υD

大小 √ 方向 ∥导路 ⊥ED ⊥CD

速度多边形：pd=78㎜，方向在pb3的延长线上，再过点P作水平线代表点E

的速度方向，再过点d作杆ED的垂直线，这两方向线交于点e，则矢量pe和de分别代表υE及υED，其大小分别为： υE=μv×pe=(m/s)/mm×75㎜=s

υED =μv×de=(m/s)/mm×20㎜=s

因为4位置为工作行程，故刨头在此过程中匀速即：υS5=υE，根据重心得加速度影像相似原理求出υS3： CS3/CD=PS3/Pd即㎜/135㎜=PS3/78㎜，解得PS3=39㎜， υS3=μv×PS3=(m/s)/mm×39㎜= m/s

方向在Pd上，机构运动速度多边形如图 2-2所示。 机构运动加速度多边形： 由理论力学可知，点B3的绝对加速度与其重合点B2的绝对加速度之间的关系为 an B3 + atB3 = a B2 + ak B3B2 + a r

B3B2

方向 B3→C ⊥B3C B2→A ⊥B3C ∥B3C

大小 2ω3VB3B2 计算:由图2-1 结构运动简图得:

lB3C=l=㎜×mm=426㎜= ；

由图2-2 机构运动速度多边形求出:

VB3=μv×pb3=(m/s)/mm×62mm=s; ω3=v3/lb3c=s)/=s; 故an B3=ω23×lB3C=s)2×=s2

ω=2πn=2πrad/s； lAB =110mm=

故 a B2 ==（2πrad/s）2×=s2 由图2-2机构运动速度多边形求出: VB3B2=μv×b2b3=(m/s)/㎜×101mm=s