牛头刨床课设(一)说明书

成绩（总）

机械设计基础(一) 课程设计

2014-2015 第 2 学期

题姓班

目: 名：级：

牛头刨床主运动机构设计

指导教师：

年月日

一、概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 1.1、课程设计的目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.2、课程设计的任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.3、课程设计的方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4

二、机械设计基础(一)课程设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.1、设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.2、设计内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.3、设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5

三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析„„„„„„„„„„„„„„„

3.1、机构选型、方案分析及方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.2、机构尺寸的计算与确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 四、牛头刨床主传动机构的运动分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9

4.1、图解法速度和加速度分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4.2、运动位移、速度和加速度曲线图„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 五、牛头刨床主传动机构的静力学分析„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 5.1、机构受力分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 5.2、图解法静力分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 六、凸轮轮廓设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 25 七、用图解微分法进行运动分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 27 八、心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 30

九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 31

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一、概述

牛头刨床：一种刨床，利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件〔一般用来加工较小工件)。机床的刀架 1 犬似牛头，故名。滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用

液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。工件安装在工作台上,牛头刨床的主运动是装夹在刀架上的刨刀沿着工件机所作的往复直线运动。当刨刀向前运动时(工作行程),刀具在工件表面切削金属;当刨刀作返回运动时(空行程),刀具在工件的上面滑回原来的位置。牛头刨床的进给运动,是工件在工作台上的横向移动。主运动和给运动反复进行,就能在工件表面切除多余的金属,从而得到所要求的加工表面。 3.牛头刨床的组成牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁、进给机构和变速机构等组成。 (1)床身床身内部有变速机构和曲柄摇杆机构。床身的顶面有水平导轨,滑枕沿水平导轨作往复直线运动。在床身前面有垂宜导轨,横梁带动工作台沿垂直导轨升降。 (2)滑枕滑枕的前端有环状 T 形槽,用来安装刀架和调节刀架的偏转角度:滑枕的内部装有调整滑枕行程位置的机构,它是由一对锥齿轮和丝杠组成。滑枕的下部有两条燕尾型导轨,它与床身上部的水平导轨配合。在曲柄摇杆机构的带动下,滑枕在床身水平导轨上作往复直线运动。 (3)横梁与工作台校梁安装在床身前部垂直导轨上。横梁的底部装有升降丝杠,使校梁能沿着床身前部的垂直导轨作上下移动。工作台和滑板连接在一起,安装在横梁水平导轨上,转动安装在校梁凹框内的横向进给丝杠,工作台就沿着横梁的水平导轨作横向移动。工作台的前部底下装有支架,以防止工作台在刨削过程中产生向下倾斜和振动现象。工作台的上平面和两侧面均制有 T 形槽、v 形槽和圆孔,用来固定不同形状的工件或夹具。 (4)刀架刀架用于装夹刨刀,并使刨刀沿着垂直方向和倾斜方向移动。刀架由手柄、丝杠、刻度转盘、夹刀座、拍板、拍板座、滑板等组成。刻度转盘 6 用 T 形职栓 5 紧固在滑枕前端的“环”状 T 形槽内。可按加工的需要作 160’的回转。刻度转盘 6 与滑板 13 通过导轨相配合,只要摇动丝杠 3 上端的

手柄 1,就可使滑板 13 沿着刻度转盘 6 上的导轨移动, 通过刻度环 2 来控制背吃刀量的大小。拍板 10 与拍板座 11 的凹槽相配合,用铰链销 7 连接。在拍板 10 的孔内装有夹刀座 8 刨刀就装在它的槽孔内,拍板 10 可以绕铰链销 7 向前上方拾起,这样可避免滑枕回程时刨刀与工件已加工。 (5)进给机构进给机构主要用来控制工作台横向进给运动的大小。 (6)变速机构操纵变速机构的手柄,可以把各种不同的转速传递到曲柄摆杆机构而改

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变格杆在相同时间间隔内的摆动次数。 (7)曲柄摇杆机构主要作用是把电动机的旋转运动转换为滑枕的往复直线运动

图 1-1 牛头刨床

机械设计基础课程设计（一）的目的、任务、方法

1.1、课程设计的目的：机械设计基础课程设计（一）是高等工业学校机械类学生

第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。起目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算，和使用科技资料的能力。在次基础上，初步掌握电算程序的编制，并能使用电子计算机来解决工程技术问题。

1.2、课程设计的任务：机械设计基础课程设计（一）的任务是对机器的主题机构

进行运动分析。动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各个机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编制计算程序和编写说明书等。

1.3、课程设计的方法：机械设计基础课程设计（一）的方法大致可分为图解法和

解析法两种。图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。

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二、机械设计基础(一)课程设计任务书

2.1 设计题目：

牛头刨床主运动机构设计

2.2 设计内容：

1.主运动机构的选型及分析 2.主运动机构的尺度综合计算未知尺寸，定长度尺寸比例尺μ l ，画机构工作循环图（绘制在一张 3 号图纸上）。 3.主运动机构的运动分析按学号要求分组，绘制两位置机构运动简图，并用矢量方程图解法做这两个位置的运动分析；绘制机构位移线图、速度线图和加速度线图。此部分绘制在一张 1 号图纸上。 4.主运动机构的力分析按学号要求做一个位置的力分析，绘制机构运动简图，用图解法求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。此部分绘在一张 2 号图纸上。 5.凸轮轮廓设计按照说明书要求,进行凸轮轮廓设计,并校验压力角.此部分绘在一张 2 号图纸上。 6.用图解微分法进行运动分析利用图解微分法进行速度加速度分析 ,并与通过

矢量方程图解法求的结果进行比较 .此部分绘在一张 3 号图纸上。

2.3 设计要求及编写设计说明书

1.简要介绍设计任务并根据设计任务，结合牛头刨床的特点及要求，至少提出 3 种能实现牛头刨床运动基本要求的机构型式，绘制所选机构的机构简图，阐述所选机构的特点，并进行比较。 2.将设计任务中 2、3、4、5、6 的设计计算过程书写在说明书上并对设计过程进行总结。

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三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析

3.1、机构选型、方案分析及方案的确定

（二）方案一 1、方案一的设计图（如图 3-1） 2、机构的特点：电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄 2 和固结在其上的的凸轮 8.刨床工作时，由导轮机构 2—3—4—5—6 带动刨头 6 和刨刀 7 作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。 3、机构的经济性能：该机构的的加工的精度要求很高，在工艺上需要比较麻烦的工艺过程，制作起来不是很容易，而且此方案经济成本较高。

图 3-1（方案一带传动图）

（三）方案二 1、设计图：如图 3-2 2、机构的特点：该机构的工作性能、切削速度近似均匀且变化缓和平稳，摆动导杆使其满足急回特性。传递性能，滑块和导杆压力角，恒为 90 度，齿轮和齿条压力角不变，且可承受较大载荷。动力性能，

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齿轮和齿条传动平稳，冲击震动较小。结构合理，扇形齿轮尺寸和动量大齿轮和齿条制造复杂，磨损后不宜维修。 3、机构的经济性能: 扇形齿轮要求一定的精度，工艺难度大，而且扇形齿轮中心距要求较高。

图 3-2（方案二设计图）

（四）方案的选定综合上面的机构简图，机构特点的比较，我们最终决定了要分析方案二的机构:牛头刨床导杆机构来进行设计。

3.2、机构尺寸的计算与确定

在上述工作完成之后，就可以根据使用要求确定各种机构的设计参数，然后完成机构运动学尺寸的综合任务。有时候，为了对机构性能进行分析、比较；或者为了减少机器运转时的周期性速度波动，以及为了确定运动副中的反力和电动机功率，我们还要对已经完成尺度综合的机构进行运动分析、动力分析和动力学设计。上述种种，正是机械原理课程设计中须由学生参加完成的内容。对试选的主运动机构进行尺度综合：已知条件：如图四所示，带动刨刀往复直线运动的六杆导杆机构是刨床传动系

统的主运动机构。根据设计题目的要求，我们把尺度综合用的已知参数和条件拟定如表 3-1 ：

表 3-1

项目数量或条件单位

曲柄长度 110 mm

l 02 A

刨头行程 H 312.63 mm

行程速比系数 K 1.4599 /

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刨头驱动力的压力角  整个运动循环中的具有最小值度

 max

机械设计基础课程设计（一）的已知条件，设计数据：如（表 3-2）

表 3-2 设计内容符号

导杆机构的运动分析

导杆机构的动态静力分析

n2 60 r/min

L204 380 mm

L02A 110 mm

L04B 540 mm

LBC 0.25

L04S4 0.5

XS6 240

YS6 50

G4 200

G6 700

P 7000

YP 80

JS4 1.1

LO4B L04B mm mm

O2 A

 110mm

K 

1  1.4599; 2

 

180。 ( K  1) ；解得：  33.65  ; ( K  1)

1  180   ；解得：1  146.35  ;

由于：1   2  360。；所以： 2  213.65  ;

O2 O4



2 ; 解得： L O 2 O 4  380mm; 1 sin( 1 ) 2 H  312.63mm;

O A

H 2 LO 4 B  ; 解得：LO 4 B  540mm; 1 cos( 1 ) 2 1 h  LO 4 B  LO 4 B  sin( 1 ); 解得：h  21.56mm; 2 h  max  arcsin ; 解得： max  4.6  ; LBC 1 h  10.78mm; 2 1 L  LO 4 B  h  528.24mm 2

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图 3-3 牛头刨床主运动机构简图

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四、导杆机构进行运动分析

我分析的点是运动循环图中的 12 点跟 7’点，我对两点进行运动分析：

表 4-1 导杆尺寸符号

O2O4

LO4 B

540.04 mm

LBC

135 mm

 max

4.91 度

L 滑块导路与 O4 间的距离 528.48 mm

数量单位

380.03 mm

我先按 1：1 的比例在 A1 图纸上画出了导轨运动到 2 点和 9 点的机构图。（如下图，图 4-1 和图 4-2）

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图 4-1（12 点机构图）

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图 4-2 （7’点机构图）

4.1 速度分析:

要求机构传动到 12 点和 7’点时滑块 6 的速度 VC,就要先求 VB,欲求 VB,就要先求 VA 1. 分析过程: V A3 大小方向 ω 2·AO2 ⊥O2A = V A4 ? ⊥O4B +VA3A4 ? ∥O4B

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(1) 机构运动到 12 点的速度分析:

其中定

ω 2·AO2=2π ·（n/60）·AO2 μ

v1=

n=60, AO2=110mm 10 [mm/s／mm] (如图 4-3)

结合导杆机构图,画出速度矢量图:

图 4-3

∴VA4 = PA4·μv1=410 mm/s VA3A4 = A3A4·μv1=590 mm/s ∴VB=VA4·O4B/O4A=705.15 mm/s 在已知 VB 的大小的前提下求 VC 的大小： VC 方向大小水平？ = VB ⊥O4B 705.15 + VBC ⊥CB ？

画出速度矢量图：（如图 4-4）

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图 4-4 VCB =BC·μv1=170 mm/s VC=PC·μv1=680mm/s （2）机构运动到 7’点时的速度分析：

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VA3= 大小: ω 2·O2A 方向: ⊥ O2A

VA4 ? ⊥O4B

+ VA3A4 ? ∥O4B

其中: ω 2· AO2=（2πn/60）· AO2 .n=60； AO2=110mm ∴VA3=690.8mm／s 定 μ

v1=

35：1

[mm/s／mm]

结合导杆机构图,画出速度矢量图；（如图4-5）

图4-5

∴ VA3A4=AB·VA3 /PA =621.72mm/s； VA4 = PB·VA3 /PA =310.86mm/s； ∴VB=VA4· O4B/O4A=409.43mm/s；

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在已知VB′的大小的前提下求Vc′的大小；画出速度矢量图：（如图4-6） VC′= 方向水平大小定 μ ?

v2=

VB ⊥O4B 409.43

VB′C′ ⊥C′B′ ?

10 [mm/s／mm]

图4-6 PB=41mm PC=40mm BC=3mm VC′=PC·VB /PB=400mm/s VBC =BC·VB /PB =30mm/s

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4.2 加速度分析过程

要求机构运动到 7’到 12 点构件 c 的加速度 aC，就要先求 aB，欲求就要求 aA. 1、分析过程（1）机构运动到 12 点的加速度分析 a A3 =

大小方向

AO 2

ω2

→O

AO 2 4ω 4 2 A

→O

n A4

arA4+

a rA4A3+

a k A3A4 2 ω 4V A9A4 ⊥BO4

⊥BO4

∥BO4

ω 2=6.28 rad/s; aA3 = AO2 ω 2=（6.28）2X110=4338.24mm/s 2 ω 4 =1.31 rad/s a k A3A4=2 ω 4·V A3A4=1545.8 mm/s2 μa =40:1[mm/s2/mm]

n A4

= AO4·ω 42=538.86mm/s2

图 4-7

a A' =n’ A4’· ua =130x40=5200 mm/s 4  a A' A' =A4’r’· ua=69.5x40=2780 mm/s



9 4

aA4=p’A4’·

ua=131x40=5240 mm/s

aA4·O4B/ O4A=5240x540.04÷314=9012.13 mm/s

aC 

结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-7）

aB +

n + aCB

' aCB

方向水平大小

n = aCB

PB

已知 =214.06 m m

CB

2 v BC

 CB

2 v BC

？

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aC = PC   2 =8950 m m

' =Cn’· aCB

=1200 m m

图 4-8

（2) 机构运动到 7’点的加速度分析：

a A'

大小方向

n aA ' +

+ a A'

+ a A' A'

9 4

a A' A'

9 4

2 AO2 2

2 AO4 4

？

 B O4

？

A  O2

A  O4

∥ BO4

 B O4

  2 =6.28 rad/s；

ω 4 =0.76 rad/s

2 = (6.28) 2  110=4338.24 m m a A' = AO2 2 2 n aA ' = AO4  4

=236.82 m m

定  a3  50 : 1

m ms



结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-9）

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图 4-9

=2973.39mm/s a A'

= 1250 m m a A' A'

9 4

＝4082.93mm/错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。·错误！未找到引用源。

若已知 a B ' 的大小的前提下求 aC 的大小：定 μa =50:1 [mm/s／mm]

aC 

aB +

n + aCB

' aCB

方向水平大小

n = aCB

PB

已知

CB

 CB

2 v BC

2 BC

？

=1785.19 m m 2 BC s 结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-10）

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图 4-10

aC = PC   2 =2750 m m

' =8.52 m m aCB

4.3 根据求得数据，画出位移、速度和加速度曲线图如（图 4-11）

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第 21 页

图 4-11

五、导杆机构进行动态静力分析

对牛头刨床的导杆机构，我们主要对它的各构件进行了受力分析：图纸上，画出的比例为 1:2 的，机构运动到点 12 时的力的分析构件 6 受力分析如图 5-1

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图 5-1

G6 方向 ⊥X 轴大小 700

+Fi6 ∥X 轴 m6·a6

R45 ？

+Ri6 =0 ∥Y 轴？

∥BC

其中：m = 7kg ；a6 = aC =700m/s ∴m6·a6 = 700/9.8×7.0=500N 定 μF = 20 N/mm；

根据方程画出构件 6 的受力矢量图：（如图 5-2）

第 23

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图 5-2

量得：BC = 32mm； AB =22mm；PA =35mm；CD =25mm； Ri6 = BC×μF =640 N R54 =440N （2）对于构件 3 为二力杆（受力分析图见上面的机构图中）根据二力杆的特点画出受力矢量图：（如图 5-3）

图 5-3

∴R34’ = R34 = -R23 （3）对于构件 4： Σ F=0 方向大小 R54+ ∥BC R54 R34+ ⊥O4B ? Fi4+ M4·as4 G4 + 200 Ri4=0 ？？与 a4 反向 ∥Y 轴

因为有个未知量，所以需要用力矩的方程，求其中的未知量，力矩方程如下： Σ MO4=0 R54·h54+R34·h34+Ms4+Fi4·hi4+G4·h4=0

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其中 R54=440N；Mi4=JS4·α4=-17.56

Fi4=m4a4=28.1N；G4=200N； h54、h34、hi4、h4 是在受力分析图中量出来的每个力到 O4 点的力臂大小。 ∴h54=412.2mm；h34=392mm； h4=270mm ；hi4=146mm ∴有 Σ MO4=0 方程可得：R34=287N；代入 Σ F =0 方程，并画出构件 4 的受力矢量图：（如图 5-4）

图 5-4

PD=13mm R14=130N 向如图中所示。构件 3：为二力杆，则 R34=R43=-R23 构件 2：R32= -R23 M=-17.22N·m

六、凸轮轮廓设计

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6.1 设计凸轮轮廓线已知尺寸如（表 6-1）

基圆半径 r0 滚子半径 rp 摆杆长度 LO 7 D 轴距摆杆动程 推程运动角  0 及运动规律远休止角  02 回程运动角  0 及运动规律

LO 2O 7

135 mm

50 mm

15 mm

125 mm

150

750

度

表 6-1

度

等加速等减速

100

750

度

等加速等减速

6.2 凸轮轮廓线设计方案

①方案一（必做部分）： a． b．令 r0  50mm ，在一张 2 号图纸上用图解法绘制盘形凸轮的廊线。通过作图或计算机程序、求解凸轮推程的最大压力角 amax ，然后按[a]=40°的许用值进行压力角校核。如（图 6-2）

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图 6-2

七、图解分析法进行运动分析

一些在数学上有微积分关系的物理量，常可用图解微分法和图解积分法进行研究。例如已知机构的位移曲线后，可不必通过机构各个位置的速度图解和加速度图解，直接用图解微分法作出相应的速度曲线和加速度曲线。图解微分法现以由位移曲线求速度为例，进行说明。设有一位移曲线 S=S （t）如图六所示，纵坐标 y 代表位移 S，所用的比例尺为

S (

m ) mm ，

横坐标 x 代表时间 t，所用的比例尺为

t (

s ) mm 。求位移曲线上某点 C 的速度时，如能作

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出该点的切线 t-t，则所作切线斜率即代表该点的速度。由于切线不容易准确作出。在工程上常用邻近两点弦线的斜率来代替切线的斜率，在 C 点左右作两条离开 C 点有等距的纵坐标线与位移曲线相交于 l 及 n 点，由于弦线 l n 与中点 C 的切线接近平行，所以 C 点的速度可表为

v ds s dy s  y   dt t dx t  x

（7-1）

一般△ x 取得越小时，弦线的斜率就和中点切线的斜率越为接近，因而求出速度的精确度也较

高。为了节省计算和作图的工作量，一般常取各个时间间隔的△ x 相等，于是可将上式中的 s / ( t  x) 合成一个常数 K ，从而只要依次量出各个时间间隔的△y，就可算出相应各时间间隔中点的速度，即

v  K ( y )

（7-2）

例如在图六中 C、D 点的速度分别等于 K（mn）、K（pq）。速度算出后，再选择适当的速度比例尺 v 进行换算，即可作出速度曲线。为了方便简捷地作出速度曲线，可将式（Ⅰ-1）改写成包含弦线与横坐标轴倾角 a 的形式：

v

s  tga  s  ( Htga)  V ( Htga) t t H

V  s m / s (  t H ) mm

（7-3）

式中

（7-4）

如图六所示，在速度曲线的横坐标轴上，由原点Ｏ向左取一定长度Ｈ，得 p 点，作射

O 线 pc ∥ l n ，于是线段 Oc  Htga ，这样 C 点的速度可直接用线段 c 表示，但此时所作速

度曲线的速度比例尺 1234 并非任取，而是由式（7-4）导出。如（图 7-5）

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图 7-5

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八、心得体会

课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下坚实的基础，而且还可以培养熟练的运用画图工具，把我们所学的课本只是与实践结合起来，起到温故而知新的作用。我觉得通过这次设计，让我了解了设计的整个流程，在设计过程中发现了自己的不足和不少的漏洞让我自己能够在以后加以改正在今后的工作中能够更好的发挥在大学四年中的知识，在我能够在以后的分工作中做的更好。通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械设计基本技能的训练。在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。

第 30 页

九、参考文献

[1] [2] [3] [4]

王铎 ,机械原理【M】7 版，北京：高等教育出版社.2007. 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.北京:高等教育出版

社,2007 罗洪田.机械原理课程设计手册.北京：高等教育出版社,1998 成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社 2007

第 31 页

附录 A 机构运动分析结果

项目位置 1

4’

A3 A4

0 0.7613

ω4/a4

0 0.7613 0 0.32

k A3 A 4

r A3 A 4

a a a aS

0.690 8 0

6.507 3 4.781 27 0.00 196

6.4 0.95 0 0.014

0.76 13

0.716

3.377

单位

m/s

1 1 / s s2

m/s

1 s2

附录 B 机构力的分析表

项目

R16

R R

多边形 4’ 单位 N 29 0 0 300 300 60 7150 200 1200 7864.52 865.097

N m

第 32 页

成绩（总）

机械设计基础(一) 课程设计

2014-2015 第 2 学期

题姓班

目: 名：级：

牛头刨床主运动机构设计

指导教师：

年月日

二、机械设计基础(一)课程设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„

三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析„„„„„„„„„„„„„„„

九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 31

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一、概述

第 3 页

变格杆在相同时间间隔内的摆动次数。 (7)曲柄摇杆机构主要作用是把电动机的旋转运动转换为滑枕的往复直线运动

图 1-1 牛头刨床

机械设计基础课程设计（一）的目的、任务、方法

1.1、课程设计的目的：机械设计基础课程设计（一）是高等工业学校机械类学生

1.2、课程设计的任务：机械设计基础课程设计（一）的任务是对机器的主题机构

1.3、课程设计的方法：机械设计基础课程设计（一）的方法大致可分为图解法和

解析法两种。图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。

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二、机械设计基础(一)课程设计任务书

2.1 设计题目：

牛头刨床主运动机构设计

2.2 设计内容：

矢量方程图解法求的结果进行比较 .此部分绘在一张 3 号图纸上。

2.3 设计要求及编写设计说明书

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三、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析

3.1、机构选型、方案分析及方案的确定

图 3-1（方案一带传动图）

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图 3-2（方案二设计图）

（四）方案的选定综合上面的机构简图，机构特点的比较，我们最终决定了要分析方案二的机构:牛头刨床导杆机构来进行设计。

3.2、机构尺寸的计算与确定

统的主运动机构。根据设计题目的要求，我们把尺度综合用的已知参数和条件拟定如表 3-1 ：

表 3-1

项目数量或条件单位

曲柄长度 110 mm

l 02 A

刨头行程 H 312.63 mm

行程速比系数 K 1.4599 /

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刨头驱动力的压力角  整个运动循环中的具有最小值度

 max

机械设计基础课程设计（一）的已知条件，设计数据：如（表 3-2）

表 3-2 设计内容符号

导杆机构的运动分析

导杆机构的动态静力分析

n2 60 r/min

L204 380 mm

L02A 110 mm

L04B 540 mm

LBC 0.25

L04S4 0.5

XS6 240

YS6 50

G4 200

G6 700

P 7000

YP 80

JS4 1.1

LO4B L04B mm mm

O2 A

 110mm

K 

1  1.4599; 2

 

180。 ( K  1) ；解得：  33.65  ; ( K  1)

1  180   ；解得：1  146.35  ;

由于：1   2  360。；所以： 2  213.65  ;

O2 O4



2 ; 解得： L O 2 O 4  380mm; 1 sin( 1 ) 2 H  312.63mm;

O A

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图 3-3 牛头刨床主运动机构简图

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四、导杆机构进行运动分析

我分析的点是运动循环图中的 12 点跟 7’点，我对两点进行运动分析：

表 4-1 导杆尺寸符号

O2O4

LO4 B

540.04 mm

LBC

135 mm

 max

4.91 度

L 滑块导路与 O4 间的距离 528.48 mm

数量单位

380.03 mm

我先按 1：1 的比例在 A1 图纸上画出了导轨运动到 2 点和 9 点的机构图。（如下图，图 4-1 和图 4-2）

第 10 页

图 4-1（12 点机构图）

第 11 页

图 4-2 （7’点机构图）

4.1 速度分析:

要求机构传动到 12 点和 7’点时滑块 6 的速度 VC,就要先求 VB,欲求 VB,就要先求 VA 1. 分析过程: V A3 大小方向 ω 2·AO2 ⊥O2A = V A4 ? ⊥O4B +VA3A4 ? ∥O4B

第 12 页

(1) 机构运动到 12 点的速度分析:

其中定

ω 2·AO2=2π ·（n/60）·AO2 μ

v1=

n=60, AO2=110mm 10 [mm/s／mm] (如图 4-3)

结合导杆机构图,画出速度矢量图:

图 4-3

画出速度矢量图：（如图 4-4）

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图 4-4 VCB =BC·μv1=170 mm/s VC=PC·μv1=680mm/s （2）机构运动到 7’点时的速度分析：

第 14 页

VA3= 大小: ω 2·O2A 方向: ⊥ O2A

VA4 ? ⊥O4B

+ VA3A4 ? ∥O4B

其中: ω 2· AO2=（2πn/60）· AO2 .n=60； AO2=110mm ∴VA3=690.8mm／s 定 μ

v1=

35：1

[mm/s／mm]

结合导杆机构图,画出速度矢量图；（如图4-5）

图4-5

∴ VA3A4=AB·VA3 /PA =621.72mm/s； VA4 = PB·VA3 /PA =310.86mm/s； ∴VB=VA4· O4B/O4A=409.43mm/s；

第 15 页

在已知VB′的大小的前提下求Vc′的大小；画出速度矢量图：（如图4-6） VC′= 方向水平大小定 μ ?

v2=

VB ⊥O4B 409.43

VB′C′ ⊥C′B′ ?

10 [mm/s／mm]

图4-6 PB=41mm PC=40mm BC=3mm VC′=PC·VB /PB=400mm/s VBC =BC·VB /PB =30mm/s

第 16 页

4.2 加速度分析过程

要求机构运动到 7’到 12 点构件 c 的加速度 aC，就要先求 aB，欲求就要求 aA. 1、分析过程（1）机构运动到 12 点的加速度分析 a A3 =

大小方向

AO 2

ω2

→O

AO 2 4ω 4 2 A

→O

n A4

arA4+

a rA4A3+

a k A3A4 2 ω 4V A9A4 ⊥BO4

⊥BO4

∥BO4

ω 2=6.28 rad/s; aA3 = AO2 ω 2=（6.28）2X110=4338.24mm/s 2 ω 4 =1.31 rad/s a k A3A4=2 ω 4·V A3A4=1545.8 mm/s2 μa =40:1[mm/s2/mm]

n A4

= AO4·ω 42=538.86mm/s2

图 4-7

a A' =n’ A4’· ua =130x40=5200 mm/s 4  a A' A' =A4’r’· ua=69.5x40=2780 mm/s



9 4

aA4=p’A4’·

ua=131x40=5240 mm/s

aA4·O4B/ O4A=5240x540.04÷314=9012.13 mm/s

aC 

结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-7）

aB +

n + aCB

' aCB

方向水平大小

n = aCB

PB

已知 =214.06 m m

CB

2 v BC

 CB

2 v BC

？

第 17 页

aC = PC   2 =8950 m m

' =Cn’· aCB

=1200 m m

图 4-8

（2) 机构运动到 7’点的加速度分析：

a A'

大小方向

n aA ' +

+ a A'

+ a A' A'

9 4

a A' A'

9 4

2 AO2 2

2 AO4 4

？

 B O4

？

A  O2

A  O4

∥ BO4

 B O4

  2 =6.28 rad/s；

ω 4 =0.76 rad/s

2 = (6.28) 2  110=4338.24 m m a A' = AO2 2 2 n aA ' = AO4  4

=236.82 m m

定  a3  50 : 1

m ms



结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-9）

第 18 页

图 4-9

=2973.39mm/s a A'

= 1250 m m a A' A'

9 4

＝4082.93mm/错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。·错误！未找到引用源。

若已知 a B ' 的大小的前提下求 aC 的大小：定 μa =50:1 [mm/s／mm]

aC 

aB +

n + aCB

' aCB

方向水平大小

n = aCB

PB

已知

CB

 CB

2 v BC

2 BC

？

=1785.19 m m 2 BC s 结合导杆机构图，画出加速度矢量图：（如图 4-10）

第 19 页

图 4-10

aC = PC   2 =2750 m m

' =8.52 m m aCB

4.3 根据求得数据，画出位移、速度和加速度曲线图如（图 4-11）

第 20 页

第 21 页

图 4-11

五、导杆机构进行动态静力分析

对牛头刨床的导杆机构，我们主要对它的各构件进行了受力分析：图纸上，画出的比例为 1:2 的，机构运动到点 12 时的力的分析构件 6 受力分析如图 5-1

第 22 页

图 5-1

G6 方向 ⊥X 轴大小 700

+Fi6 ∥X 轴 m6·a6

R45 ？

+Ri6 =0 ∥Y 轴？

∥BC

其中：m = 7kg ；a6 = aC =700m/s ∴m6·a6 = 700/9.8×7.0=500N 定 μF = 20 N/mm；

根据方程画出构件 6 的受力矢量图：（如图 5-2）

第 23

页

图 5-2

图 5-3

∴R34’ = R34 = -R23 （3）对于构件 4： Σ F=0 方向大小 R54+ ∥BC R54 R34+ ⊥O4B ? Fi4+ M4·as4 G4 + 200 Ri4=0 ？？与 a4 反向 ∥Y 轴

因为有个未知量，所以需要用力矩的方程，求其中的未知量，力矩方程如下： Σ MO4=0 R54·h54+R34·h34+Ms4+Fi4·hi4+G4·h4=0

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其中 R54=440N；Mi4=JS4·α4=-17.56

图 5-4

PD=13mm R14=130N 向如图中所示。构件 3：为二力杆，则 R34=R43=-R23 构件 2：R32= -R23 M=-17.22N·m

六、凸轮轮廓设计

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6.1 设计凸轮轮廓线已知尺寸如（表 6-1）

基圆半径 r0 滚子半径 rp 摆杆长度 LO 7 D 轴距摆杆动程 推程运动角  0 及运动规律远休止角  02 回程运动角  0 及运动规律

LO 2O 7

135 mm

50 mm

15 mm

125 mm

150

750

度

表 6-1

度

等加速等减速

100

750

度

等加速等减速

6.2 凸轮轮廓线设计方案

第 26 页

图 6-2

七、图解分析法进行运动分析

S (

m ) mm ，

横坐标 x 代表时间 t，所用的比例尺为

t (

s ) mm 。求位移曲线上某点 C 的速度时，如能作

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v ds s dy s  y   dt t dx t  x

（7-1）

一般△ x 取得越小时，弦线的斜率就和中点切线的斜率越为接近，因而求出速度的精确度也较

v  K ( y )

（7-2）

v

s  tga  s  ( Htga)  V ( Htga) t t H

V  s m / s (  t H ) mm

（7-3）

式中

（7-4）

如图六所示，在速度曲线的横坐标轴上，由原点Ｏ向左取一定长度Ｈ，得 p 点，作射

O 线 pc ∥ l n ，于是线段 Oc  Htga ，这样 C 点的速度可直接用线段 c 表示，但此时所作速

度曲线的速度比例尺 1234 并非任取，而是由式（7-4）导出。如（图 7-5）

第 28 页

图 7-5

第 29 页

八、心得体会

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九、参考文献

[1] [2] [3] [4]

王铎 ,机械原理【M】7 版，北京：高等教育出版社.2007. 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.北京:高等教育出版

社,2007 罗洪田.机械原理课程设计手册.北京：高等教育出版社,1998 成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社 2007

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附录 A 机构运动分析结果

项目位置 1

4’

A3 A4

0 0.7613

ω4/a4

0 0.7613 0 0.32

k A3 A 4

r A3 A 4

a a a aS

0.690 8 0

6.507 3 4.781 27 0.00 196

6.4 0.95 0 0.014

0.76 13

0.716

3.377

单位

m/s

1 1 / s s2

m/s

1 s2

附录 B 机构力的分析表

项目

R16

R R

多边形 4’ 单位 N 29 0 0 300 300 60 7150 200 1200 7864.52 865.097

N m

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牛头刨床课设(一)说明书

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