牛头刨床机构设计

1、西安科技大学高新学院课程设计报告学院机电信息学院课程机械原理课程设计专业机械设计制造及其自动化班级机单1101班姓名刘亚娟学号_08指导教师 程安宁任务书姓名 刘亚娟 学号 08专业班级 机单1101班题目：牛头刨床的设计完成时间：2013年7月19日具体内容及进度要求：具体内容：1）根据牛头刨床的工作原理，拟定 23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3）导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型，编程分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和

2、角加速度，画出运动曲线，并打印上述各曲线图。要求将主程序编制过程详细地写在说明书中。4）导杆机构的动态静力分析。通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序，打印外加力的曲线，并求 出最大平衡力矩和功率。5）凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径r。、机架l o2o9和滚子半径rr）,并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，编制程序，求出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。6）编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、 设计计算过程等。进度要求：7月8日7月9,10日7月11,12日7月15, 16日7月17,18日7月19日

3、2013查阅资料、熟悉题目方案分析、比较平面机构尺度综合、运动分析平面动态静力分析绘制方案图、整理设计说明书答辩指导教师 程安宁年7月19日成绩教师图1牛头刨床结构及阻力线图牛头刨床机构设计牛头刨床是平面切削加工机 床，如图1。电动机经皮带和齿 轮驱动曲柄2和固结在其上的凸 轮8带动刨头6和刨刀7作往复 运动。切削，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，刨头左行时为空回 行程，要求有急回作用以 提高生产率。回程时, 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F同工件作进给，以便刨刀继续切削。.I刨头在工作行程H中，受到很大的a,构件1,2

4、,3,6 ,便构成摆杆导杆机构，基本参数 b/a=入。构件3,4,5,6 ,构成摇杆滑块机构。该方案结构简单，加工方便，能承受较大载荷，且具有急回特性，其形成速比系数 k=(180+8 )/(180- 8),其中 8=2arcsin（1/人）。只要正确选择合适的摇杆 CD长度，即可满足行程H的要求。导杆机构有较大的转动角，传动性能良好；机构横向与纵向运动尺寸都不太大，比较合理。工作行程中，刨刀的速度比较慢，而且变化平缓,符合要求。凸轮机构可使从动件获得任意的运动规律，但是凸轮制造复杂、表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较大。方案采用了高副接触，只能承受较小载荷，且表面磨损较快，磨损后凸轮的廓

5、线形状即发生变化。由于滑块具有急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。滑块由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。虽然该方案中的行程H比较大，调节比较困难，必然使凸轮机构的压力角过大；而为了减小压力角，必须增大基圆半径，导致凸轮和整个机构十分庞大。为保持凸轮和从动件始终接触，需用力封闭或几何封闭，结构复杂。为表中A3方案，为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸a, b, e。该方案结构较第一种方案简单，也具有急回特性，由于 0 =arcose/ (a+b)卜arccose/(b-a),增大a和e或者减小b均使增大K。但是，增大e或减小 b会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且会使最小传动角Y

6、min减小，传动性能变差。方案四：为表中A6方案，有两个四杆机构组成。构件 1、2、3、4组成双曲柄机构，构件3、4、5、6构成曲柄滑块机构。该方案具有急回作用，由于 B i=arctan(c/d)，而20 i =180- 0 ,因止匕K=(180- 0 1)/ 0 1,可见增大c或者减小d都能使K减小，而a-与b的尺寸与K无关。机构的横向与纵向尺寸均较大，且 A与D.传动轴均应悬臂安装，否则机构运动时，轴与曲柄将发生干涉。作往复运动的滑块6以及做平面复杂运动的连杆 EF和BC动平衡困难。比较上述刨刀急回加工方案可知，实现给定的刨刀运动要求以采用方案一为宜。工作台间歇移动距离调整采用 B1方案

7、，即可调曲柄尺寸的曲柄摇杆 机构+棘齿条机构，最后可得到系统解为 A1+B1如图5图5最终选择方案三.尺寸选择牛头刨床的原始数据刨削平均速度Vm （mm/ =580;行程速度变化系数K=;刨刀冲程H (mrm =400;切削阻力Fr (NJ) =4000;空行程摩擦阻力（N） =200;刨刀越程量 S （mrm =20;刨头重量（N） =620;杆件比重（N/m） =300;机器运转速度许用不均匀系数二.?-n1 5.46rad/s30机构的尺寸9LBO2LAO2LBCLQO2H36647mm120mm162mm389mm400mm口80 KH 36260 vmm- =min1H (1)K四.

8、主机构尺度综合及运动分析机构位置划分简图等分为12等分，取上述方案的第2位置和第7位置进行运动分析1）、曲柄位置“2”做速度、加速度分析（列矢量方程、画速度图、加速度图）取曲柄位置“ 4”进行速度分析。取构件3和4的重合点A进行速度分析。有产rad/s 其转向为逆时针方向。a）速度分析用速度影像法VA4VA4 A3(4-1)BO402 AO4B VA4lpa4Va4J VA4 1 O4A0.6048m 4 Va4a31a3a4B44lO4B VA4A30.3902m“ 0.5676mVC VB V CB XX 04B BCVclpc VCBlbc Vc0.4789VCBul lbcVCB CB

9、0.1064n m 5a A4 2A4taA4A3kaA4 A3r aA4A304O4B O2O4B O4B02 AK“A4A34 VA4 A3aA3 4.064m aA4104 AlnaKaA4A30.830raA4 A3a 1 ka aA40.346laB aA)m BA4i04 BnaCB04 A2.190maB 3.224n maCBr0.084 maA4A33.065nm aCaBaCBtaCBXXO4BCaC a lpctaCBa lnc aC3.139pa4O2AO4BVA4iVa4 Va Va4A3BO40.6048m 4 VA4A37A4l l a3a4 B B44l O4B

10、 VA4A3 0 064mVB0.199mVC VbVcbXXO4BBC VCl l pc Vcb1屋义0.18八0.064m5 VCB-5aA, aA, aA,ullbcaA3raA4A3O4O4B O2O4B O4B aA32 l o2a aA4A34VA4 AsnaA3 4.064 ma4lO4 Aa ln araA4 A3aA4A3 0.368 maA4 0.038t2m aA4 4.109 maA44lO4BaBaA4l O4 Bl O4 AnaCBlBCnaA4 4.064 maCB 0.064maC aB aCB aCB XX O4BCaca l pctaCB aln，c，aC

11、6.311m机机构的动力分析取上述方案一的第2位置和第7位置进行受力分析“2”位置的力的多边形1）对“2”位置进行受力分析7”位置的力的多边形取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：已知： G 6=520NFi6=- G6/g Xac(1-1 )EFx= FFr- F R410(1-2)由此可得：F R45=由分离3,4构件进行运动静力分析：已知：F R5=Fr45由此可得：F I4 = - G 4/g x a 4(1-3)MS4=-J S4 . a S4=X =(1-4 )M04G4% F14 h2 Fr54h3 MyFr23 卜40(1-5)其中,h2,h3, h4分别为G4

12、,FI4, FR54 ,FR23 作用于O4的距离(其大小可以测得),可以求得：Fr23 =由力的多边形可知：Fox =, F oy =对曲柄2进行运动静力分析，Fr32作用于。2的距离为h,其大小为0.15m由此可得曲柄上的平衡力矩为：M=FR32 Xh=(1-7)方向为逆时针2)对位置“ 7”进行受力分析取“7点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：已知：G6=520NFi6=- G6/g(1-8)由此可得：F R45=由分离3,4构件进行运动静力分析：已知： FR54=Fr45由此可得：Fi4= - G 4/g x a4(1-9)MS4=-J S4 , a S4=. m (1-10

13、)方向与a 4运动方向相反(逆时针)Mo4G4hi Fi4 h2 Fr54h3 Ml4Fr23 卜4。 d-H)其中hi,h2,h3, h4分别为G4,Fi4, Fr54,Fr23作用于O4的距离(其大小可以测得),可以求得：Fr23=281N由力的多边形可知：Fox =, F oy=对曲柄2进行运动静力分析，Fr32作用于。2的距离为h,其大小为0.08m由此可得曲柄上的平衡力矩为：M=Fr32 Xh=方向为逆时针六.求刨头的位移，速度和加速度曲线位移与时间，速度与时间，加速度与时间曲线加速度图线由以上三条曲线，位移与时间，速度与施加，加速度与时间曲线，可以 看出牛头刨床的运行过程，c点的运

14、动情况。九.心得与体会机械原理课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。作为 一名机械设计制造及其自动化大二的学生，我觉得有 这样的实训是十分有意义的。在已经度过的一年半的生活里我们大多数接触的 不是专业课或几门专业基础课。 在课堂上掌握的仅仅是专业基础理论面， 如何 去面对现实中的各种机械设计如何把我们所学的专业理论知识运用到实践当 中呢我想这样的实训为我们提供了良好的实践平台。两周的机械原理课程设计就这样结束了，在这次实践的过程中学到了很 多东西，既巩固了上课时所学的知识， 又学到了一些课堂内学不到的东西， 还 领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，

15、 更深切的体会到人与 人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生 了良性的变化。其中在创新设计时感觉到自己的思维有一条线发散出了很多线，想到很 多能够达到要求的执行机构，虽然有些设计由于制造工艺要求高等因素难以用 于实际，但自己很欣慰能够想到独特之处。 这个过程也锻炼了自己运用所学知 识对设计的简单评价的技能；而手工画图时认识到了一件事情中的每个环节的 认真都是重要的，哪怕是一个数的马虎或粗略那都会给以后的任务带来更大的 误差甚至错误，所以作为一个设计人员来说细心是最重要的， 之后才可以谈其 他；当用TB设计时让自己熟悉了一种新的软件，为以后的设计打下了基础； 用CA

16、D画机构运动简图、速度图、加速度图、力分析图时不仅要求准确无误的 画出来，还要根据每步的画图来算出下一个结果， 虽然这个工程量比较大，花 的时间最多，但这对我来说也是一个考验与检验，其中用到了自己课外学习 CAD勺很多知识，并且对其进行了巩固，让自己水平和速度更上一层楼。除了 自己的个人提高，团队的合作是最重要的。在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼 此的关系值得我们去深思和体会。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很 大，有些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务， 并为之付出 了很大的努力，不断的思考自己所遇到的问题。 而有些人则不以为然，总觉得 自己的

17、弱势其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的， 这当然也会影响我们的结果。很多时候问 题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态， 而不是看我们过去的能力到底 有多强，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问 题之中，我们才能更好的解决问题。在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所难免，关键是我们如何 的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨，当然其中表达能力是最重要的。 这不仅仅是在类似于这样的协调当中，生活中的很多事情都需要我们有这样的 处理能力，面对分歧大家要消除误解、相互理解、增进了解、达到谅解也 许很多问题没有想象中的那

18、么复杂， 关键还是看我们的心态，那种处理和解决 分歧的心态，因为毕竟我们的出发点都是很好的。通过这次实训I,学到的很多，当然也认识到了自己的不足，比如一些知识并不是太扎实，一些知识还 需要问老师，毕竟以后没有老师在旁边指点你， 像pro-e等一些立体制图软件 自己并不熟悉，这些还需要自己在今后的课余生活中强加练习，为以后的发展铺下道路。十.参考文献1 .机械原理课程设计手册邹慧君主编，高等教育出版社，19982 .机械原理课程设计曲继方主编，机械工业出版社3 .机械原理 黄茂林，秦伟主编.北京：机械工业出版社，20024 .机械原理教程.中永胜主编.北京：清华大学出版社，19995 .机械原理邹慧君等主编，高等教育出版社，19996 .连杆机构伏尔默J主编，机械工业出版社7 .机构分析与设计华大年等主编，纺织工业出版社8 .机械运动方案设计手册邹慧君主编，上海交通大学出版社9 .