机 械 原 理
课 程 设 计 说 明 书
设计题目:牛头刨床
设 计 者： 姜 家 恒
班 别： 机 自 082 班 学 号： [1**********]0 指导老师： 高 中 庸
广 西 工 学 院 机 械 工 程 2010年07月18日
目 录
1 前言………………………………………………………………………2
§1.1 设计题目…………………………………………………………………………2 §1.2 课程设计的任务、要求及目的…………………………………………………2
2牛头刨床简介……………………………………………………………2 3设计数据…………………………………………………………………3 4 运动分析…………………………………………………………………4
§4.1 （5）号位置的速度及加速度的分析……………………………………………4 §4.2 (12)号位置的速度及加速度的分析……………………………………………5
5 动态静力分析……………………………………………………………6
§5.1 （5）号位置的受力分析…………………………………………………………6 §5.2 （12）号位置的受力分析………………………………………………………8
6 凸轮设计…………………………………………………………………9. 7 飞轮转动惯量的计算……………………………………………………10 8 结语………………………………………………………………………11 9 参考文献…………………………………………………………………12
1、前言 §1.1 设计题目
本课程设计的题目为 牛头刨传 ，并按第I （17）组数据进行设计。
§1.2 课程设计的任务、要求及目的
一、本课程设计的内容包括以下几项： （1）、确定和分析设计对象的总体传动方案； （2）、按指定序号绘制两个位置处的机构运动简图（一个粗实线、一个细实线）； （3）、绘制从动件运动（位移、速度和加速度）线图； （4）、按照指定的位置进行机构的运动分析和动力分析； （5）、设计并计算飞轮的转动惯量； （6）、根据指导老师的安排计算并绘制1-2个典型构件的曲线轮廓。 二、要求： （1）、体现2-4项设计内容的A1图纸1张； （2）、体现5-6项设计内容的A2图纸2-3张； （3）、12页左右说明书1份； （4）、答辩时间2010年7月16日——2010年7月18日。 三、目的
此次机械原理课程设计是以机械原理为基础，综合利用和巩固学生所学的机械绘图、理论力学及机械原理课程的知识的一个实践环节。这次课程设计是培养一个机械工程师极重要的第一步，它有效的提高了学生的绘图、分析理解、计算能力和查阅资料的能力，有效的培养了学生把理论知识运用到实际问题中的能力，是学生对一个机械设计过程有了一个系统的认识。
2、牛头刨床简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图（1）。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。刨刀每切削完一次，利用空回程的时间，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），使工作台连同工件做一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨刀在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H 的空刀距离），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。
图（1） 牛头刨床机构示意图
3、设计数据
4、运动分析
§4.1 （5）号位置的速度及加速度的分析
（1） 速度分析
VA4 = VA2 + V A4A2 VC = VB + VCB 方向：┻AO 4 ┻AO 2 ∥AO 4 水平 ┻BO 4 ┻BC 大小： ？ √ ？ ？ √ ？
速度多边形如图（2）：
取比例尺μv =5.5∏（mm/s）/mm
图（2） V c= l pc ×μv =44×5.5∏=760.2654（mm/s）
（2） 加速度分析
n
t
a a4 + aa4 = a2 + aa4a2 + a
方向： A→O 4 ┻AO 4 A→O 2 ∥AO 4 ┻AO 4 大小： √ ? √ ? √
ac = a
k
n B
+ aB + acB + acB
t t n
方向： 水平 A→O 4 ┻AO 4 ┻BC ∥CB 大小： ？ √ √ ？ √ 加速度多边形如图（3）：
取比例尺μa =8∏2（mm/s2）/mm；
图（3）
αc =lp ’c ’×μa =710.6mm/s2
§4.2 (12)号位置的速度及加速度的分析
（3） 速度分析
VA4 = VA2 + V A4A2 VC = VB + VCB 方向：┻AO 4 ┻AO 2 ∥AO 4 水平 ┻BO 4 ┻BC 大小： ？ √ ？ ？ √ ？ 速度多边形如图（4）：
取比例尺μv =5.5∏（mm/s）/mm；
求得V c =lpc ×μv =622mm/s
图（4）
（4） 加速度分析
a a4 + aa4 = a2 + aa4a2 + a
方向： A→O 4 ┻AO 4 A→O 2 ∥AO 4 ┻AO 4 大小： √ ? √ ? √
ac = a
n t k
n B
+ aB + acB + acB
t t n
方向： 水平 A→O 4 ┻AO 4 ┻BC ∥CB 大小： ？ √ √ ？ √ 加速度多边形如图（5）：
2
取比例尺μa =8∏（mm/s2）/mm；
图（5） 求得αc =lp ’c ’×μa =9001.1mm/s2
5、动态静力分析
分析方法：图解法
§5.1 （5）号位置的受力分析
（1） 取5、6杆为隔离体进行受力分析
公式： G6 + Pi6 + N16 + Fr + N45=0 方向： √ √ √ √ √ 大小： √ √ ？ √ ？
受力分析如图（7）
图（7） 力多边形如图（8）： 取比例尺μN =50N/mm；
图（8）
求得N 45=7075N
（2） 取3、4杆为隔离体进行受力分析
公式： N 54 + G4 + Pi4 + N23 + N
n 14
+ N 14 =0
t
方向： √ √ √ √ √ √ 大小： √ √ √ √ ？ ？ 受力分析如图（9）：
图（9）
力多边形如图（10）：
取比例尺μN =50N/mm；
图（10） 求得：N 23=7762N
(3) 取2杆位隔离体进行受力分析
公式： N 32 + N12 = 0
方向： √ √ 大小： √ √ 求得M b =833.581N•m
§5.2 （12）号位置的受力分析
（1）取5、6杆为隔离体进行受力分析
公式： G6 + Pi6 + N16 + Fr + N45=0 方向： √ √ √ √ √ 大小： √ √ ？ √ ？
受力分析如图（11）；力多边形如图（12）
取比例尺μN =35N/mm；
图（11） 图（12） 求得N 45=637N
（2）取3、4杆为隔离体进行受力分析
公式： N 54 + G4 + Pi4 + N23 + N
n
14 + N 14 =0
t
方向： √ √ √ √ √ √ 大小： √ √ √ √ ？ ？ 受力分析如图（13）；力多边形如图（14）
取比例尺μN =10N/mm；
图（13） 图（14） 求得：N 23=1249N
(3) 取2杆位隔离体进行受力分析 公式： N 32 + N12 = 0
方向： √ √ 大小： √ √ 求得M b =73.82N•m
6、凸轮设计
一、（1）设计的凸轮类型：摆动滚子推杆盘型凸轮机构； （2）设计方法：图解法；
（3）设计凸轮轮廓原理：反转法；
（4）推杆的运动规律：等加等减运动规律。 二、凸轮位置的选取, 方法如图(15) 凸轮的位置必须满足的条件： （1）压力角越小越好； （2）结构紧凑。
图（15） 由图示方法求出最合适的r 0=50mm
三、凸轮轮廓设计
已知r 0=50mm，推程运动角Ф=75°，远休止角Фs =10°，推程运动角Ф‘=75°，
摆敢做等加等减运动，故用反转法做出凸轮轮廓线，如图（16）。
图（16）
7、转动惯量的计算
一、（1）最大盈亏功的求解：用图解法和积分法来计算出最大盈亏功；
（2）用到的公式 ： JF =900△W max /(∏2n 22[δ]) (kg·㎡) 。
二、根据各点的求出的M b 进行描点画出M b 图
(17)
图（17）
三、再用积分法画出图（18）；
10
图（18）
四、最后做出图（19），求出最大盈亏功△W max =1047.72115N•m J F =176.92725 kg ·㎡。
图（19）
8、结语
（1）通过这次课程设计，使我更加喜欢机械，对机械产生了更大、更浓的兴趣；
（2）这次课程设计让我明白搞机械就必须具有细心、耐心、谨慎；要不怕苦，不怕累；
（3）这次课程设计有效的巩固和加深了我的机械原理、理论力学、机械制图等知识，提高了我的计算、绘图、分析理解问题和查阅资的能力；
（4）通过这次课程设计使我对机械设计过程有了一个系统的认识，这次课程设计是我真正踏入机械工程师的第一步；
最后，非常感谢我的指导老师高中庸教授，在这十天的时间里，高老师不怕烈日、不怕楼高，每天都耐心的指导着；正因为有高老师的耐心指导，我才可以顺利完成这次课程设计，再次衷心感谢高老师!
11
9、参考文献
[1].罗红田 主编. 机械原理课程设计指导书. 高等教育出版社. 第1版.1986年10月出版；
[2].孙桓 陈作模 葛文杰 主编. 机械原理. 高等教育出版社.2006年5月第七版.
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机 械 原 理
课 程 设 计 说 明 书
设计题目:牛头刨床
设 计 者： 姜 家 恒
班 别： 机 自 082 班 学 号： [1**********]0 指导老师： 高 中 庸
广 西 工 学 院 机 械 工 程 2010年07月18日
目 录
1 前言………………………………………………………………………2
§1.1 设计题目…………………………………………………………………………2 §1.2 课程设计的任务、要求及目的…………………………………………………2
2牛头刨床简介……………………………………………………………2 3设计数据…………………………………………………………………3 4 运动分析…………………………………………………………………4
§4.1 （5）号位置的速度及加速度的分析……………………………………………4 §4.2 (12)号位置的速度及加速度的分析……………………………………………5
5 动态静力分析……………………………………………………………6
§5.1 （5）号位置的受力分析…………………………………………………………6 §5.2 （12）号位置的受力分析………………………………………………………8
6 凸轮设计…………………………………………………………………9. 7 飞轮转动惯量的计算……………………………………………………10 8 结语………………………………………………………………………11 9 参考文献…………………………………………………………………12
1、前言 §1.1 设计题目
本课程设计的题目为 牛头刨传 ，并按第I （17）组数据进行设计。
§1.2 课程设计的任务、要求及目的
一、本课程设计的内容包括以下几项： （1）、确定和分析设计对象的总体传动方案； （2）、按指定序号绘制两个位置处的机构运动简图（一个粗实线、一个细实线）； （3）、绘制从动件运动（位移、速度和加速度）线图； （4）、按照指定的位置进行机构的运动分析和动力分析； （5）、设计并计算飞轮的转动惯量； （6）、根据指导老师的安排计算并绘制1-2个典型构件的曲线轮廓。 二、要求： （1）、体现2-4项设计内容的A1图纸1张； （2）、体现5-6项设计内容的A2图纸2-3张； （3）、12页左右说明书1份； （4）、答辩时间2010年7月16日——2010年7月18日。 三、目的
此次机械原理课程设计是以机械原理为基础，综合利用和巩固学生所学的机械绘图、理论力学及机械原理课程的知识的一个实践环节。这次课程设计是培养一个机械工程师极重要的第一步，它有效的提高了学生的绘图、分析理解、计算能力和查阅资料的能力，有效的培养了学生把理论知识运用到实际问题中的能力，是学生对一个机械设计过程有了一个系统的认识。
2、牛头刨床简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图（1）。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。刨刀每切削完一次，利用空回程的时间，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），使工作台连同工件做一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨刀在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H 的空刀距离），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。
图（1） 牛头刨床机构示意图
3、设计数据
4、运动分析
§4.1 （5）号位置的速度及加速度的分析
（1） 速度分析
VA4 = VA2 + V A4A2 VC = VB + VCB 方向：┻AO 4 ┻AO 2 ∥AO 4 水平 ┻BO 4 ┻BC 大小： ？ √ ？ ？ √ ？
速度多边形如图（2）：
取比例尺μv =5.5∏（mm/s）/mm
图（2） V c= l pc ×μv =44×5.5∏=760.2654（mm/s）
（2） 加速度分析
n
t
a a4 + aa4 = a2 + aa4a2 + a
方向： A→O 4 ┻AO 4 A→O 2 ∥AO 4 ┻AO 4 大小： √ ? √ ? √
ac = a
k
n B
+ aB + acB + acB
t t n
方向： 水平 A→O 4 ┻AO 4 ┻BC ∥CB 大小： ？ √ √ ？ √ 加速度多边形如图（3）：
取比例尺μa =8∏2（mm/s2）/mm；
图（3）
αc =lp ’c ’×μa =710.6mm/s2
§4.2 (12)号位置的速度及加速度的分析
（3） 速度分析
VA4 = VA2 + V A4A2 VC = VB + VCB 方向：┻AO 4 ┻AO 2 ∥AO 4 水平 ┻BO 4 ┻BC 大小： ？ √ ？ ？ √ ？ 速度多边形如图（4）：
取比例尺μv =5.5∏（mm/s）/mm；
求得V c =lpc ×μv =622mm/s
图（4）
（4） 加速度分析
a a4 + aa4 = a2 + aa4a2 + a
方向： A→O 4 ┻AO 4 A→O 2 ∥AO 4 ┻AO 4 大小： √ ? √ ? √
ac = a
n t k
n B
+ aB + acB + acB
t t n
方向： 水平 A→O 4 ┻AO 4 ┻BC ∥CB 大小： ？ √ √ ？ √ 加速度多边形如图（5）：
2
取比例尺μa =8∏（mm/s2）/mm；
图（5） 求得αc =lp ’c ’×μa =9001.1mm/s2
5、动态静力分析
分析方法：图解法
§5.1 （5）号位置的受力分析
（1） 取5、6杆为隔离体进行受力分析
公式： G6 + Pi6 + N16 + Fr + N45=0 方向： √ √ √ √ √ 大小： √ √ ？ √ ？
受力分析如图（7）
图（7） 力多边形如图（8）： 取比例尺μN =50N/mm；
图（8）
求得N 45=7075N
（2） 取3、4杆为隔离体进行受力分析
公式： N 54 + G4 + Pi4 + N23 + N
n 14
+ N 14 =0
t
方向： √ √ √ √ √ √ 大小： √ √ √ √ ？ ？ 受力分析如图（9）：
图（9）
力多边形如图（10）：
取比例尺μN =50N/mm；
图（10） 求得：N 23=7762N
(3) 取2杆位隔离体进行受力分析
公式： N 32 + N12 = 0
方向： √ √ 大小： √ √ 求得M b =833.581N•m
§5.2 （12）号位置的受力分析
（1）取5、6杆为隔离体进行受力分析
公式： G6 + Pi6 + N16 + Fr + N45=0 方向： √ √ √ √ √ 大小： √ √ ？ √ ？
受力分析如图（11）；力多边形如图（12）
取比例尺μN =35N/mm；
图（11） 图（12） 求得N 45=637N
（2）取3、4杆为隔离体进行受力分析
公式： N 54 + G4 + Pi4 + N23 + N
n
14 + N 14 =0
t
方向： √ √ √ √ √ √ 大小： √ √ √ √ ？ ？ 受力分析如图（13）；力多边形如图（14）
取比例尺μN =10N/mm；
图（13） 图（14） 求得：N 23=1249N
(3) 取2杆位隔离体进行受力分析 公式： N 32 + N12 = 0
方向： √ √ 大小： √ √ 求得M b =73.82N•m
6、凸轮设计
一、（1）设计的凸轮类型：摆动滚子推杆盘型凸轮机构； （2）设计方法：图解法；
（3）设计凸轮轮廓原理：反转法；
（4）推杆的运动规律：等加等减运动规律。 二、凸轮位置的选取, 方法如图(15) 凸轮的位置必须满足的条件： （1）压力角越小越好； （2）结构紧凑。
图（15） 由图示方法求出最合适的r 0=50mm
三、凸轮轮廓设计
已知r 0=50mm，推程运动角Ф=75°，远休止角Фs =10°，推程运动角Ф‘=75°，
摆敢做等加等减运动，故用反转法做出凸轮轮廓线，如图（16）。
图（16）
7、转动惯量的计算
一、（1）最大盈亏功的求解：用图解法和积分法来计算出最大盈亏功；
（2）用到的公式 ： JF =900△W max /(∏2n 22[δ]) (kg·㎡) 。
二、根据各点的求出的M b 进行描点画出M b 图
(17)
图（17）
三、再用积分法画出图（18）；
10
图（18）
四、最后做出图（19），求出最大盈亏功△W max =1047.72115N•m J F =176.92725 kg ·㎡。
图（19）
8、结语
（1）通过这次课程设计，使我更加喜欢机械，对机械产生了更大、更浓的兴趣；
（2）这次课程设计让我明白搞机械就必须具有细心、耐心、谨慎；要不怕苦，不怕累；
（3）这次课程设计有效的巩固和加深了我的机械原理、理论力学、机械制图等知识，提高了我的计算、绘图、分析理解问题和查阅资的能力；
（4）通过这次课程设计使我对机械设计过程有了一个系统的认识，这次课程设计是我真正踏入机械工程师的第一步；
最后，非常感谢我的指导老师高中庸教授，在这十天的时间里，高老师不怕烈日、不怕楼高，每天都耐心的指导着；正因为有高老师的耐心指导，我才可以顺利完成这次课程设计，再次衷心感谢高老师!
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9、参考文献
[1].罗红田 主编. 机械原理课程设计指导书. 高等教育出版社. 第1版.1986年10月出版；
[2].孙桓 陈作模 葛文杰 主编. 机械原理. 高等教育出版社.2006年5月第七版.
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