重庆理工大学机械原理课程设计说明书牛头刨床设计说明书2011
重庆理工大学
机械原理课程设计说明书 牛头刨床设计说明书
学号:
姓名:
班级:
组别:第七小组
指导老师：林昌华
- 2 -
目录 一、概述
……………………………………………3 1、设计目的………………………………………………3
2、设计任务………………………………………………3
3、设计方法………………………………………………3 二、牛头刨床机构简介
………………………………3
三、导杆机构的运动分析…………………………4 1
、速度分析………………………………………………6
2、加速度分析……………………………………………8
3、刨头位移线图…………………………………………….11 四、凸轮机构设计
…………………………………11 1、凸轮设计要求…………………………………………11
2、凸轮机构从动件位移、速度、加速度线图…………13 五、齿轮机构设计
…………………………………14 1、齿轮设计要求…………………………………………14
2、齿轮计算………………………………………………15
3、绘制齿轮啮合区图……………………………………18 六、设计自我评述与体会
…………………………………18
- 3 -七、设计参考文献
……………………...................20
一、概述
1.机械原理课程设计目的 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技
术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。机
械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立
解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、
凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。以及熟
悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运
动学和动力学的分析和整体设计等，进一步提高设计计算和解决工程
技术问题的能力 2
、机械原理课程设计任务 机械原理课程设计任务是对主体机构进行设计和运动分析，并根据给
定机器的工作要求，在此基础上绘制凸轮、齿轮；或对各机构进行运
动分析。要求学生根据设计任务在规定时间内完成1# 设计图一张，
3# 设计图两张，设计说明书一份（20页左右）。 3
、 机械原理课程设计方法 机械原理课程设计方法大致可以分为图解法和解析法。图解法几何概
念较清晰直观；解析法精度较高，本设计主要用图解法进行设计 二、牛头刨床机构简介
- 4 -牛头
刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图一，电动机经皮带和
齿轮传动，带动曲柄2 和固接在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆
机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动。要求工作行程时，
滑枕6应速度较低，且近似等速移动，而空回行程时，滑枕具有较高
速度，实现快速返回。另外，齿轮等速转动时，通过四杆机构带动棘
轮G转动。棘轮与丝杆相连，实现自动进刀。刨床机构在一个工作
循环内，主轴速度波动很大，为此，常采用飞轮调整速度波动。 三、牛头刨床导杆机构的运动分析
1、牛头刨床导杆机构设计已知条件
- 5 -
符号
n2 K H Lo2o4 LBC/LO4B
r/mm mm mm
7 100 1.6 570 550 0.36 2
、导杆机构设计要求 导杆机构设计应根据连杆5传力给滑枕的最有利条件确定摆动导杆
长度和滑枕导路X—X的位置，即曲柄和摆杆转动副连线应垂直于导
路X—X，且X—X应位于摆杆端点所画圆弧高的平分线上。作机构
运动位置图。以滑枕6的左极限位置时曲柄 的位置作为起始点1，
每隔30°取一个位置，共12个位置。每个小组的每一个人分配一个
位置（特殊位置除外）作运动分析，绘速度多边形和加速度多边形。
以刨头左极限点为基点，收集12个位置测量出的位移，绘出刨头位
- 6 -移线图。分析连杆机构的结构组成（拆分杆组），并说明该机构的级
别。
3速度分析 （1）基本尺寸 n2(r/min)
K H(mm) LO2O4(mm)
LLBOBC4
100
1.6 570 550 0.36
- 7 -
确定各杆件的长度： mm
mmH
mm
OLoL
L
L
rB
OBC
BO05
.23028.0
6.821
2
sin
8.197
2
sin
424
4
O2A=
=
==
==θ
θ
67
.4601K
1K180
=
+
?
=
）（θ
30π
ωn
==
8.37rad/s
（
（（
（2
22
2）
））
）速度分析
速度分析速度分析
速度分析：
：：
：
选取速度比例尺μ=1/40m∕s∕mm V
VV
L
VA1A2
A2A1
O2A
1A11.66m/sr
rr+=
==ω
大小：1.66 ？ ？
方向：⊥O2A ⊥O4A ∥O4B
- 8 -
VA2=1.66*sin6.7=0.194m/s
W2=VA2/O4A=0.65rad/s
VB=W2*O4B=0.534m/s
VC=VB+VCB
大小： ？ 0.534 ？
方向：水平 ⊥O4B ⊥CB
量得VC=0.45m/s
（
（（
（2
22
2）
））
）加速度分析
加速度分析加速度分析
加速度分析：
：：
：
选取加速度比例尺μ=0.01m∕s2∕mm
A点：aAn=aA4n+aA4t+aAA4 k+ar
方向：//O2A //O4A ⊥O4A ⊥O4A //O4A
大小：√ √ ？ √ ？
aAA4 k=2w2*VA1A2
=2*0.65rad/s*1.65m/s2
=2.145m/s2
- 9 -
aAn=w*w*Lo2a
=8.37*8.37*197.8mm
=13.857m/s2
aA4n=w2*w2*Lo2a
=0.65*0.65*197.8mm
=0.084m
/s2
取u=0.01m/s2/mm
作图量得 aA4t=15.4m/s2
O4B的角加速度为@=aA4t/Lo2A=7.786rad/s
C点：aC=aBt+aBn+aCB
方向：水平 //O4B ⊥O4B ⊥BC
大小： ？ √ √ ？
aBn=w2*Lo4B
=0.65rad/s*821.6mm
- 10 -
=0.534m/s2
aBt=@*Lo4B
=6.39m/s2
取u=0.1m/s2/mm
量得ac=0.7m/s2 4
、拆分杆组 该六杆机构可看成由Ⅰ级机构、一个RPRⅡ级基本组和一个
RRPⅡ级基本组组成的，即可将机构分解成图示三部分。
- 11 - 5
、绘出刨头位移线图 位移图
0°, 0
30°, 10.50666667
60°, 35.98666667
90°, 69.71333333
120°, 106.26
150°, 141.14
180°, 170.32
210°, 188.1533333
240°, 184.26
270°, 144.2266667
300°, 71.56
330°, 15.52666667
360°, 00
25
50
75
100
125
150
175
2000°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360° 四、凸轮机构设计
1、凸轮设计要求
- 12 -
根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径
30mm。凸轮基圆直径大于
或等于轴径的2倍凸轮滚子半径等于基圆半径的0.2倍。绘制凸机构
从动件位移、速度、加速度线图
根据反转法原理绘制凸轮轮廓。 2
、凸轮机构设计已知条件 本组选择第七种方案
3、根据以上数据及运动规律得运动方程如下
Ψ=h[(б∕б0) -sin(2лб∕б0)( 2л)]
每隔十度进行角位移求解带入得
Ψ1=20°[(10∕120) -sin(2л×10∕120)( 2л) ]
- 13 -
Ψ2=20°[(20∕120) -sin(2л×20∕120)( 2л) ]
Ψ3=20°[(30∕120) -sin(2л×30∕120)( 2л) ] Ψ4=20°[(40∕120) -sin(2л×40∕120)( 2л) ] Ψ5=20°[(50∕120) -sin(2л×50∕120)( 2л) ] Ψ6=20°[(60∕120) -sin(2л×60∕120)( 2л) ] Ψ7=20°[(70∕120) -sin(2л×70∕120)( 2л) ] Ψ8=20°[(80∕120) -sin(2л×80∕120)( 2л) ] Ψ9=20°[(90∕120) -sin(2л×90∕120)( 2л) ] Ψ10=20°[(100∕120) -sin(2л×100∕120)( 2л) ] Ψ11=20°[(110∕120) -sin(2л×110∕120)( 2л) ] Ψ12=20°[(120∕120) -sin(2л×120∕120)( 2л) ] 3
、绘制凸轮机构从动件位移线图
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4、绘制凸轮机构从动件速度线图
5
、绘制凸轮机构从动件加速度线图
五、齿轮机构设计
1、 齿轮设计要求 要求齿轮不根切，且实际中心距的尾数取为0或5，设计该传动并完
成计算和验算；绘制齿轮啮合区图（可以不绘制齿廓形状），标出基
圆、齿顶圆、节圆、啮合角、啮合起始点B2、B1和啮合极限点N1、
N2，并注明单齿啮合区和双齿啮合区；用图上量取的实际啮合线段
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B2B1确定重合度，并与公式计算值进行比较。 2
、齿轮机构设计已知条件 方案 参数
Z1 Z2
m(㎜) α(°)
7 15 65 12 20
3、齿轮机构的运动示
意图 4
、齿轮计算 二、计算过程： 已知：Z1=15 Z2=65 m=12 ɑ=20° ha*=1 c*=0.25
分度圆：d1=mz=180mm d2=mz=780mm
标准中心距: a=m(z1+z2)/2=480mm
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实际中心距：a’=480mm
啮合角：ɑ’=
ɑ=20°
变位系数：x1+x2=0 x1=(17-z1)/17=0.118 x2=-0.118
中心距变动系数： y=(ɑ’-
ɑ)/m=0 齿顶高降低系数： ?y=(x1+x2)+y=0
节圆： d1’=d1cos
ɑ/ cosɑ’=180mm
d2’=d2cos
ɑ/ cosɑ’=780mm
齿顶圆：da1=d1+2ha*= d1+2(ha*+x1-
?y)m=206.832mm
da2=d2+2ha*= d2+2(ha*+x2-
?y)m=801.168mm
齿根圆：df1=d1-2hf1=d1-2(ha*+c*-x1)m=152.832mm
df2=d2-2hf2=d2-2(ha*+c*-x2)m=152.832mm
基圆： db1= d1cos
ɑ=169.14mm
db2= d2cos
ɑ=732.96mm
重合度： =[z1(tan
ɑa1-tanɑ’)+Z2(tanɑa2-tanɑ’)]
ɑa1=arcos(r1cos/ra1)=35
°
ɑa2=arcos(r2cos/ra2)=24
°
=1.64
如啮合图： B1B2=52mm
Pb=Pcos
ɑ=лmcosɑ
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六、设计自我评述：
通过一段时间的设计，让我对所学知识得到了更深的理解，也学
会了运用各种资料、工具，熟练了CAD等软件的使用，体会到了同伴
之间的密切合作的重要性等等。同时这之间的种种工作也离不开老师
的热情指导，在此表示深深的谢意。
首先,对机械原理这门课程有了更深入的了解.平时的只停留在一
个初等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问
题,但在自己做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,
是自己对自己所学的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能
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把所学的理论运用到实际中,这才是我们学以所获,学以致用的真正
宗旨,这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力,这也更是
从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作中游刃有余,才能为机
械工业的发展尽绵薄之力.
其次对所学的专业课产生了很大的兴趣.在做设计的过程中,发现机
械的很多东西渗透在我们生活的方方面面,小到钟表,大到航天器，都
用到了机械的相关内容。这也给自己很大的学习范围和任务，更给了
自己很大的发展空间和兴趣的培养。
最后对团队的合作有了更深的体会。每个人不可能方方面面都会，这
就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，
这样才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作
中，团队合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心
血，这样才能是企业有长远的发展。
虽然这次设计已告一段落，但是我知道学海无涯、学无止境，这是一
个结尾，同时也只是一个开始。今后，我会
以更饱满的热情投入到今
后的学习生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。
此方案分析及其评价 1
，机构具有确定运动，F=3*5-(2*7+1)=1,曲柄为机构原动件。
2,通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动,实现切削
功能，能满足功能要求.且滑块行程可以根据杆长任意调整；
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3,工作性能, 工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求, 摆
动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求；
4,传递性能, 机构传动角恒为90度，传动性能好，能承受较大的载荷，
机构运动链较长，传动间隙较大；
5,动力性能 ,传动平稳，冲击震动较小.
6,结构合理性,结构简单合理,尺寸和重量也较小,制造和维修也较易.
7,经济性，无特殊工艺和设备要求,成本较低.
七、参考文献 [1]
孙恒，陈作模。机械原理（第七版）。北京：高等教育出版社，
2001.5
[2] 李 笑 刘福利 陈 明。机械原理课程设计指导书（试用稿）。哈
尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.7
[3] 牛鸣歧 王保民 王振甫。 机械原理课程设计手册. 重庆：重庆大
学出版社，2001
[4]王知行 李瑰贤. 机械原理电算程序设计. 哈尔滨，哈尔滨工业大
学出版社.2003
[5] 孟宪源 姜琪. 机构构型与应用. 北京：机械工业出版社，2003
[6] 申永胜. 机械原理教程. 北京：清华大学出版社，1999 [7 ]
陈明等. 机械系统方案设计参考图册