机械原理课程设计牛头刨床原理及其设计

1、机械原理课程设计说明书设计题目牛头刨床连杆机构设计学院 机电学院专业 机械工程及其自动化班级 机械10-1学号1010430103学生姓名程玉强指导教师郑晓雯完成日期2010年7月5日中国矿业大学（北京）目录1. 牛头刨床简介1.1 牛头刨床功能简介及工作原理1.2 相关设计参数及设计条件1.3 设计任务2. 牛头刨床执行机构设计2.1 设计方案的比较选择2.2 机构的运动分析3. 设计小结4. 参考文献1 .牛头刨床简介1.1 牛头刨床功能简介及工作原理中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，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

2、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。牛头刨床是用于加工婷小大觇鼻中小尺寸的平面或直梢 的金属切削机床，多用于 单件或小批量生产，生产 率较低。普通牛头刨床是一种用于平面切削加工的 机床，如图。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

3、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。 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小电动机容1.2相关设计参数及设计条件导杆转速 n2(r/min)48机构机架 l o2o(mm)575运动工作行程H(mm)600分析行程速比系数K1.46为提高工作效率，连杆机构要求具有急回特性，满足运动要求。1.3 设计任务a.根据牛头

4、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。b.根据给定的数据确定机构的运动尺寸。c.应用解析法对导杆机构进行运动分析。2 .牛头刨床执行机构设计2.1 设计方案的比较选择根据原始数据和工艺要求，设计方案如下:方案一：连杆机构中的运动副一般均为低副，压力较小，承载能力较大, 润滑好，磨损小，加工制造容易，且一般是集合封闭，对保证工作 的可靠性有利。连杆上各点的轨迹是不同形状的曲线，其形状随着 各构件相对长度的改变而改变，改变各构件的相对长度来使从动件 得到不同的运动规律，故连杆机构可满足一些特定的工作需要，但 易产生较大的误差积累，使机械效率降低，并且

5、连杆及滑块所产生 的惯性力难以用一般的平衡方法加以消除，不宜用于高速运动。方案二:图2.2凸轮机构凸轮机构的最大优点是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线， 就可以使推杆的到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单 紧凑。缺点是凸轮轮廓与推杆之间为点.线接触，易磨损，凸轮机 构制造困难。方案三：机构自由度为F=3n-(2Pl+Ph) =3X 5-(2 X7+0)=1,工作行程中, 刨刀速度较慢，变化平缓，摆动导杆机构具有急回特性，能承受较大 的载荷，传动平稳，冲击震动较小，结构简单，尺寸和质量也较小， 制造和维修也较容易，成本较低。综合以上方案，方案三最优。2.2 机构的运动分析运动简图如下：机构

6、的尺寸设计: 行程速比系数K=1.46极位夹角180 仁33.66k 1机架距离l6275mml6 575导杆长度l3600mm曲柄长度li125连杆长度14150机构运动分析：要求计算导杆3的方位角色,角速度叱及角加速度3和刨头5 上点E的位移电，速度力和加速度依该牛头刨床为一个六杆机构。先建立一直角坐标系如图，并标出各杆矢及各杆矢的方位角。其中共有四个未知量为、%、是、醍。为求解需建立两个封闭矢量方程，为此需利用两个封闭图ABCA及CDEGC。(1)求导杆3的角位移昆，角速度仁和角加速度三，由封闭形ABCA可得写成复数形式为i：iil6e2 l1e 1 s3e 3(a)展开得cos =5;

7、 cos6k winq = % sin 0解上述两式可得鸟=arctanf. +*1 sin - cos4因式中分子分母均为正，故知 网在第一象限。£? = I1C057 CCS3式(a)对时间t求导，注意火为变量，有11 1iei1 s3 3iei 3 3ei 3(b)dt展开后可得整=y园邨=-g】5mt可一色)-=' i 匚 口 节(q 邑 j / s j再将式(b)对日t间t求导，则有ll2 i i ieS3. _ i3ie2 i 3s3 3ed s3 ie dt22唯 J2dt 3ie(c)展开后可求得ll12 sin( 3i)2ds3(2)求刨头上点E的位移年，速

8、度和加速度心。由封闭形CDEGC可得写成复数形式为i 二l3ei 3 小 l6e2 Se(d)展开得12 cos + ?4 cos =s5 J； sin + if sin = 16解之得血. = Q； -%而1“4由机构简图知网在第二象限，而* = 4 C口迢 + /4 0口£4式(d)对时间t求导可得13 3iei3 14 4iei4 dsE(e)dt解之得叫=一时mcosi="=一/6 （冬一劣）/ GO汹式（e）对时间t求导可得(f)I3 3iei 3 I3 2e 3 I4 4iei4 I4 2ei 4drdt根据上述分析可知，任何形式的矢量方程可以求解两个未知， 可

9、 将含有两个未知数的矢量方程化为一元代数方程，至于机构的速度、 加速度矢量方程，可以根据机构的矢量封闭方程式取一阶、 二阶导数来求解。由计算机的E点位移图线如下:相关参量由计算机计算如下表:4二E吗A%度（o）mrad/sm/srad/Sm/s2065.5561168.93820.10100.17120.2887900.24770.2926-0.1642100073003239-0.12270622067.4668172.02730.08130.20921-0.03830.19070.1171-0.134480870.332021 :6L 9L 336069.7125 265.5561 0175.3266 0168.9381 00.058540.101070.238590.171230.20368-0.10180.1471 50.2477 0-0.01850.29267-0.1111 3-0.164223 .设计小结通过这次机械原理课程设计，提高了我们综合运用机械原理课程 理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。掌握了