牛头刨床刨刀的往复运动机构
牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计
机械工程学院机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计专业：机械设计制造及其自动化班级：13级姓名：学号指导教师：侍红岩2016年 1 月 4 日目录1 设计任务 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 工作原理及工艺动作过程 (1)1.3 原始数据及设计要求 (1)1.4 设计任务 (2)2 系统传动方案设计 (3)2.1 曲柄滑块机构与摆动导杆机构 (3)2.2 齿轮和摆动导杆机构 (4)2.3 执行机构方案的比较 (5)2.4 执行机构方案的确定 (5)3 机构运动简图及数据分析 (7)3.1 机械结构简图 (7)3.2 牛头刨床数据分析 (8)4 机构运动分解 (10)5 主机构受力分析 (11)5.1 各运动副反力 (11)5.2 曲柄机构平衡力矩 (14)参考文献 (16)1 设计任务1.1 设计题目牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计。
1.2 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，整个机构的运转是由原动件1带动杆2的，通过连杆3推动滑块4运动；从而实现刨刀的往复运动。
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；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。
1.3 原始数据及设计要求图1-1已知行程比系数K=1.4原动件曲柄1转速n1=60r/min，刨刀5行程H=400mm，其它参数为，L4=220mm，L5=180mm，L6=350mm，L |3=L3/2，H1=100mm，H2尺寸应满足传动角尽可能大；故刨刀5移动导路位于D点圆弧轨迹弦高一半处；构件重量分别为G2=200N，G5=700N，质心位于S3、S5处；构件3绕质心转动惯量J S3=1.1kg.m2,回程阻力为零，其它忽略不计。
刨刀工作阻力如图1-1所示，回程阻力为零，其它条件忽略不计。
表 11.4 设计任务（1）绘制机构运动简图。
《机械原理》课程设计_牛头刨床
牛头刨床设计一、工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。
图1为其参考示意。
电动机经过减速传动装置（带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构），完成刨刀的往复运动和间歇移动。
刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。
在切削行程H中，前、后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。
在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。
图1 牛头刨床二、设计要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃点E与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。
允许曲柄2转速偏差为土5％。
要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速、等减速运动。
执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。
按小批量生产规模设计。
三、设计数据表1 设计数据四、设计内容及工作量（1）根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3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，建立数学模型。
（4）凸轮机构设计。
根据给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径r o、机架l o2o9和滚子半径r r）和实际轮廓，并将运算结果写在说明书中（可选）。
（5）编写设计计算说明书。
实验四__牛头刨床 机构设计
θ
B1
ψ
D
ωm2 ψ / t2 t1 180 +θ 180 −θ 180 +θ = K= = = = ω ω 180 −θ ωm1 ψ / t1 t2
设计具有急回要求的机构时，应先确定 值 设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算θ。
*急回特性 从动件作往复运动的平面连杆机构中， 从动件作往复运动的平面连杆机构中， 从动件工作行程的平均速度小于回程的 工作行程的平均速度小于 若从动件工作行程的平均速度小于回程的 平均速度，则称该机构具有急回特性 急回特性。 平均速度，则称该机构具有急回特性。
行程速度变化系数——K来衡量急回运动的相对程度。 来衡量急回运动的相对程度。 行程速度变化系数 来衡量急回运动的相对程度
二、设计参数的确定: 设计参数的确定:
1．根据运动设计要求（K=2），可得到该机构的极位 根据运动设计要求（K=2），可得到该机构的极位 ）， 夹角为: 夹角为:
2．由导杆机构的运动特性可知，导杆的角行程 由导杆机构的运动特性可知，
由此可得到导杆的两个极限位置CD1和CD2。 由此可得到导杆的两个极限位置CD1和CD2。 CD1
5．合理选则固定铰链A的位置（lAC=100 mm），则即可确定曲柄AB mm），则即可确定曲柄AB ），则即可确定曲柄 合理选则固定铰链A的位置（ 的的长度为
三、根据上述参数进行草图参数约束： 根据上述参数进行草图参数约束：
四、 运动仿真与分析
位移线图
速度线图
加速度线图
牛头刨床主体机构设计
一 、设计 方 案分析与比较
由设计要求可知， 由设计要求可知，刨削主体机构系统 的特点是: 在运动方面， 的特点是: 在运动方面，有曲柄的回转运动 变换成具有急回特性的往复直线运动 具有急回特性的往复直线运动， 变换成具有急回特性的往复直线运动，且要求 执行件行程较大，速度变换平缓； 执行件行程较大，速度变换平缓；在受力方面 ，由于执行件（刨刀）受到较大的切削力，故 由于执行件（刨刀）受到较大的切削力， 要求机构具有较好的传力特性。 要求机构具有较好的传力特性。根据对牛头刨 床主体刨削运动特性的要求， 床主体刨削运动特性的要求，可以列出以下几 个运动方案: 个运动方案:
机械原理课程设计——牛头刨床
对于滑块中心D 点分析
Page 15
对摇杆进行分析
十二、飞轮转动惯量的计算
计算阻力距 确定等效力矩 确定最大盈亏功 估算飞轮转动惯量
Wmax 900 Wmax JF 2 2 2 213.7kg m2 (1 [ ]) π n1 [ ]
Page 16
Page
12
九、主机构尺度综合及运动特性评定
机构位置划分图
以 7号和 14 号位置 作运动分析
Page
13
十、电动机功率与型号的确定
电动机的选择 传动比分配与 减速机构设计 工作台进给方案
Page 14
确定电动机功率
总传动比 采用展开式二级圆柱齿轮减速器
工作台横向进给运动 工作台垂直进给运动
十一、主机构受力分析
Page
3
三、三维模型示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三维模型示意图
Page 4
四、设计内容
课题：牛头刨床
1．对导杆机构进行运动分析 设 计 内 容 2．对导杆机构进行动态静力分析
3. 用UG模拟仿真运动校核机构运动分析和动态静 力分析结果
4. 确定电动机功率与型号 5. 减速装置的设计
Page 5
五、机构方案的初步确定
方案一
方案三
方案二
Page 6
五、机构方案的初步确定
功能要求
方 案 对 比
可动性
传递性能 动力性能 制造工艺及经济性
Page
7
六、对方案二的性能分析
（1）机械功能分析
杆1、2、3、6为曲柄摇杆，曲柄1为原动件，作 周期往复运动，使滑块同时周期往复运动，带动导 杆摆动，从而使得滑块4上下往复运动带动刨刀在 水平轨道上来回运动。 其中，刨刀向左为工作行程，速度平稳，运动行 程大；向右为工作回程，速度快，具有快速返回的 特性。
牛头刨床的连杆机构运动分析
牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是关于结构型式及尺寸参数已定的具体机构，按主动件的位置、速度和加速度来确信从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。
许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，因此机构的运动分析是机械设计进程中必不可少的重要环节。
以运算机为手腕的解析方式，由于解算速度快，精准度高，程序有必然的通用性，已成为机构运动分析的要紧方式。
连杆机构作为在机械制造专门是在加工机械制造中要紧用作传动的机构型式，同其他型式机构专门是凸轮机构相较具有很多优势。
连杆机构采纳低副连接，结构简单，易于加工、安装并能保证精度要求。
连杆机构能够将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件，实现间歇运动，知足给定的运动要求，完成机械的工艺操作。
牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。
工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。
工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的操纵。
本文中只分析纵向运动的运动特性。
牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。
刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。
刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。
当刨刀处于返回行程时，刨刀不工作，称为空行程，现在要求刨刀的速度较高以提高生产率。
由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的阻碍。
1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。
图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。
杆1为原动件，刨刀装在C点上。
假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度和刨刀C点的位移、速度和加速度的转变情形。
刨床进给机构设计
刨床进给机构设计学生姓名学号所属学院机械电气化工程学院专业农业机械化及其自动化班级指导老师日期前言牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种，主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。
一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时，摇杆左右摆动，使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动，通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。
牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。
如何实现刨头在切削行程中速度平稳，难以凭经验确定。
而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。
为了确定牛头刨床进给机构的设计是否满足要求，就必须对其进行分析。
牛头刨床是用棘轮机构完成进给运动。
工作台进给量的大小是用棘轮外圈加一档环,在摇杆固定摆角的范围内盖住棘轮上一部分牙齿来进行调整。
由于正反向进给要来回调整棘轮外圈挡环,操作比较麻烦。
为此，可以对进给机构进行改进,不用挡环来回调整,而只要将棘爪调整180度，就能实现正反进给。
牛头刨床主要用于单件小批量生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽及一些成形面。
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。
中小型牛头刨床的主运动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。
刨床进给机构实现的功能是除水平进给可自动外，垂直进给、非工作时工作台的水平移动和垂直升降均需手动。
关键词：刨床；进给；工作台；水平移动；垂直升降目录1 牛头刨床简要介绍 (1)1.1 牛头刨床外形图 (1)1.2 牛头刨床解析 (1)1.3 牛头刨床工作原理 (1)1.4 牛头刨床的组成 (2)2 牛头刨床进给机构总体设计 (2)2.1 牛头刨床进给机构方案的确定 (2)2.2 牛头刨床进给机构的组成 (3)2.3 牛头刨床进给机构工作原理 (3)2.4 牛头刨床垂直进给机构方案的确定 (4)3 连杆机构部分设计 (4)3.1 曲柄摇杆机构解析 (4)3.2 曲柄摇杆机构运动分析 (5)3.3 建立数学模型 (5)4 棘轮机构部分的设计 (6)4.1 棘轮机构工作原理 (6)4.2 棘轮机构的特点及应用 (7)4.3 棘轮机构的设计要点 (7)4.4 棘轮机构方案的确定 (8)4.5 棘轮和棘爪的设计 (8)4.6 棘爪架 (10)4.7 棘轮罩 (10)5 螺旋机构（丝杠副）部分的设计 (10)5.1 螺旋机构的选型 (10)5.2 螺旋机构基本参数的确定 (11)6 工作台垂直进给机构部分的设计 (11)6.1 工作台垂直进给机构分析 (11)6.2 工作台垂直进给机构原理 (11)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)1 牛头刨床简要介绍1.1 牛头刨床外形图牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁等组成如图1-1所示。
牛头刨床传动机构设计
i
式（6.15）对时间求导得：
b4 2 ei c5iei ac
两边分别乘以 e ，展开后取实部并化简，得：
（6.18）
ac
2）机构运动分析设计程序框图
b4 2 sin( ) cos
（6.19）
开始 读入 a,b,c,d, lO2Cy ,,ω2 及一个运动循环曲柄转过角度 θ
Fr
0.05H H
0.05H
x
（a） 图 6.14 牛头刨床
(b) （ b）
2）设计内容 ①根据牛头刨床的工作原理，拟定 2～3 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，用解析法对导杆机构进行运动分析，建立参数化的数学模型、编程 分析，并选择一组数据，输出刨头位移曲线（S-φ 曲线） 、速度曲线（v-φ 曲线） 、加速度曲 线（a-φ 曲线） ； ③做导杆机构的动态静力分析；完成飞轮设计及运动循环图的绘制。 （2）主运动机构方案设计 1）拟定传动方案 根据牛头刨床的工作原理，拟定以下三 种执行机构方案 方案一：偏置曲柄滑块机构（如图 6.15） 特点：结构最为简单，能承受较大载荷，但
①位置分析 由封闭矢量多边形 OABO 有：
b c = xC
be ce
i i ( )
（6.11）
xc
（6.12） （6.13） （6.14）
化简，实部虚部分别相等，得： b cos c cos xc 则滑块位置为： xc b cos c cos
arcsin(
机械原理课程设计
2、牛头刨床传动机构设计
（1）设计任务 1）牛头刨床工作原理 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 如图 6.14 （a） 。 电动机经过减速传动装置 （皮 带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨头的往复运动。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。刨刀每切 削完一次，利用空回行程的时间，工作台应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，见 图 6.14（b） ，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，受力变化较大， 这就影响了主轴的平衡运转， 故需安装飞轮以减小主轴的速度波动， 以提高切削质量和减小 电动机容量。
牛头刨床刨刀的往复运动机构
机械原理课程设计令狐采学计算说明书课题名称：牛头刨床刨刀的往复运动机构姓名：院别：工学院学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机设1201指导教师：2014年6月7日工学院课程设计评审表目录一．设计任务书 (4)1.1 设计题目 (4)1.2 牛头刨床简介 (4)1.3 牛头刨床工作原理 (4)1.4 设计要求及设计参数 (6)1.5 设计任务 (7)二．导杆机构的设计及运动分析 (8)2.1 机构运动简图 (8)2.2 机构运动速度多边形 (9)2.3 机构运动加速度多边形 (11)三．导杆机构动态静力分析 (14)3.1 静态图 (14)3.2 惯性力及惯性力偶矩 (14)3.3 杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力 (15)心得与体会 (21)参考文献 (22)一、设计任务书1.1 设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构1.2 牛头刨床简介：牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批牛头刨床外形图量生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。
刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。
1.3 牛头刨床工作原理：牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。
电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2－3－4－5－6，最后带动刨头和刨刀作往复运动。
当刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。
当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。
当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近于匀速切削。
在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用了具有急回运动特性的导杆机构。
牛头刨床工作原理
1.棘轮机构的工作原理:
当主动摆杆逆时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘 爪插入棘轮的齿槽中，推动棘轮同向转动一定角 度，制动在棘轮的背上滑过。当摇杆逆时针方向 转动，棘轮在齿背上滑过，止回棘爪阻止棘轮反 向转动，此时主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原位， 棘轮静止不动。此机构将主动件的往复摆动转换 为从动棘轮的单向间歇转动。
连杆机构的急回特性
1.凸轮机构特点及运用：
优点：简单紧凑,易于设计,只要适当的设计凸
轮轮廓,就可以实现复杂或特殊的运动；
缺点：凸轮轮廓曲线加工比较复杂,易磨损,不
便润滑,故传力不大。
应用：自动机 半自动机。
2.凸轮机构的分类：
1.按凸轮形状分类： 盘形凸轮 移动凸轮 圆 柱凸轮；
2.按从动件的形式分 类 ：尖顶从动件 滚 子从动件 平底从动件 球面底从动件。
牛头刨床机械系统及工 作原理
牛头刨床外形图及基本参数
牛头刨床主要由床身、滑枕、 刀架、工作台、横梁等组成， 如图所示。因其滑枕和刀架形 似牛头而得名。
牛头刨床外形图 1－工作台2－刀架3－滑枕4－床身5－变速手柄 6－滑枕行程调节柄7－横向进给手柄8－横梁
牛头刨床解析
牛头刨床工作时，装有刀架的滑枕3由床身内部的摆杆 带动，沿床身顶部的导轨作直线往复运动，使刀具实现 切削过程的主运动，通过调整变速手柄5可以改变滑枕 的运动速度，行程长度则可通过滑枕行程调节柄6调节。 刀具安装在刀架2前端的抬刀板上，转动刀架上方的手 轮，可使刀架沿滑枕前端的垂直导轨上下移动。刀架还 可沿水平轴偏转，用以刨削侧面和斜面。滑枕回程时， 抬刀板可将刨刀朝前上方抬起，以免刀具擦伤已加工表 面。夹具或工件则安装在工作台1上，并可沿横梁8上的 导轨作间歇的横向移动，实现切削过程的进给运动。横 梁8还可沿床身的竖直导轨上、下移动，以调整工件与 刨刀的相对位置。
牛头刨床的连杆机构运动分析
牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是对于结构型式及尺寸参数已定的具体机构，按主动件的位置、速度和加速度来确定从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。
许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，所以机构的运动分析是机械设计过程中必不可少的重要环节。
以计算机为手段的解析方法，由于解算速度快，精确度高，程序有一定的通用性，已成为机构运动分析的主要方法。
连杆机构作为在机械制造特别是在加工机械制造中主要用作传动的机构型式，同其他型式机构特别是凸轮机构相比具有很多优点。
连杆机构采用低副连接，结构简单，易于加工、安装并能保证精度要求。
连杆机构可以将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件，实现间歇运动，满足给定的运动要求，完成机器的工艺操作。
牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。
工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。
工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的控制。
本文中只分析纵向运动的运动特性。
牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。
刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。
刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。
当刨刀处于返回行程时，刨刀不工作，称为空行程，此时要求刨刀的速度较高以提高生产率。
由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的影响。
1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。
图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。
杆1为原动件，刨刀装在C点上。
假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨刀C点的位移、速度和加速度的变化情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械原理课程设计计算说明书课题名称：牛头刨床刨刀的往复运动机构姓名：院别：工学院学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机设1201 指导教师：2014年6月7日工学院课程设计评审表目录一．设计任务书 (4)1.1 设计题目 (4)1.2 牛头刨床简介 (4)1.3 牛头刨床工作原理 (4)1.4 设计要求及设计参数 (6)1.5 设计任务 (7)二．导杆机构的设计及运动分析 (8)2.1 机构运动简图 (8)2.2 机构运动速度多边形 (9)2.3 机构运动加速度多边形 (11)三．导杆机构动态静力分析 (14)3.1 静态图 (14)3.2 惯性力及惯性力偶矩 (14)3.3 杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力 (15)心得与体会 (21)参考文献 (22)一、设计任务书1.1 设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构 1.2 牛头刨床简介：牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。
刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。
1.3 牛头刨床工作原理：牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。
电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲牛头刨床外形图柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2－3－4－5－6，最后带动刨头和刨刀作往复运动。
当刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。
当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。
当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近于匀速切削。
在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用了具有急回运动特性的导杆机构。
此外，当刨刀每完成一次刨削后，要求刨床能利用空回行程的时间，使工作台连同工件作一次进给运动，以便于刨刀下一次切削。
为此，该刨床采用凸轮机构，双摇杆机构经棘轮机构和螺旋机构（图中未示出），带动工作台作横向进给运动。
图1 牛头刨床机构简图Y图3 曲柄位置图1.4 设计要求及设计参数： 设计要求：1、绘图问题A1图纸一张，A1图纸1张，绘图工具一套。
2、绘图要求作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁，线条尺寸应 符合国家标准。
3、计算说明书要求计算程序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。
设计参数：图2 刨刀阻力曲线1.5 设计任务：用图解法对牛头刨床的连杆机构进行运动分析和动力分析。
要求画出A1图纸一张，A2图纸一张，写出计算说明书一份。
二、导杆机构的设计及运动分析2.1 机构运动简图：图2-1 机构运动简图1.选方案Ⅰ，在连杆机构中，曲柄有30个连续等分1～30个位置（见图3），选取4位置进行设计及运动分析，取长度比例尺l μ=0.004/m s mm.2.取构件2和导杆3垂直（即构件5在最左方）时为起始位置1，用量角器量取（4-1）×12=36度，两个工作行程的极限位置1和18''，E 点两极限位置如图虚线，极限位置距离h=312mm ，机构运动简图如图2-1所示。
2.2机构运动速度多边形：图2-2 机构运动速度多边形根据机构运动简图，进行速度分析：根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得：υB3=υB3B2+υB2大小 ? ? √方向⊥CB ∥BC⊥AB计算：n=60r/min=1r/s,ω=2πn=2πrad/s,υB2=ω×l AB=2πrad/s×0.11m=0.22πm/s速度多边形：在图上任取速度极点P，速度比例尺µv【=υB2/Pb1=（0.22πm/s）/120㎜】=0.006(m/s)/mm，过点p作直线pb1（长度为120㎜）垂直杆AB代表υB2的方向线，过点p作垂直杆CB的直线，代表υB3；再过点b1作直线平行于BC，代表υB3B2的方向线，这两方向线交点为b3，则矢量pb3和b1b3分别代表υB3和υB3B2，其大小分别为：υB3=µv×pb3=0.006(m/s)/mm×62㎜=0.37m/sυB3B2=µv×b2b3=0.006(m/s)/mm×101㎜=0.6m/s.根据影像相似原理求出υD:CB/CD=pb3/pd,即106.5/135=62/pd,解得pd=78㎜，υD=µv×pd=0.006(m/s)/mm×78㎜=0.468 m/s方向在pb3的延长线上。
再根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得υE= υED+υD大小 ? ? √方向∥导路⊥ED ⊥CD速度多边形：pd=78㎜，方向在pb3的延长线上，再过点P作水平线代表点E的速度方向，再过点d作杆ED的垂直线，这两方向线交于点e，则矢量pe和de分别代表υE及υED，其大小分别为：υE=µv×pe=0.006(m/s)/mm×75㎜=0.45m/sυED =µv×de=0.006(m/s)/mm×20㎜=0.12m/s因为4位置为工作行程，故刨头在此过程中匀速即：υS5=υE，根据重心得加速度影像相似原理求出υS3：CS3/CD=PS3/Pd即67.5㎜/135㎜=PS3/78㎜，解得PS3=39㎜，υS3=µv ×PS 3=0.006(m/s)/mm ×39㎜=0.234 m/s方向在Pd 上，机构运动速度多边形如图 2-2所示。
2.3 机构运动加速度多边形：由理论力学可知，点B 3的绝对加速度与其重合点B 2的绝对加速度之间的关系为a nB3 + a tB3 = a B2 + akB3B2 +a r B3B2方向 B 3→C ⊥B 3C B 2→A ⊥B 3C ∥B 3C大小 ?2ω3VB3B2 ?计算:由图2-1 结构运动简图得:l B3C =106.5l =106.5㎜×0.004m/mm=426㎜=0.426m ；由图2-2 机构运动速度多边形求出:V B3=µv ×pb 3=0.06(m/s)/mm ×62mm=0.37m/s;ω3=v 3/l b 3c =(0.37m/s)/(0.426m)=0.87rad/s; 故anB3=ω23×l B3C =(0.87rad/s)2×0.426m=0.32m/s2ω=2πn=2πrad/s ； l AB =110mm=0.11m故aB2 ==（2πrad/s ）2×0.11m=4.34m/s 2由图2-2机构运动速度多边形求出:V B3B2=µv×b2b3=0.006(m/s)/㎜×101mm=0.6m/s故a k B3B2=2ω3V B3B2 =2×0.87rad/s×0.6m/s=1m/s2在一般情况下，a r B3B2=a n B3B2＋a t B3B2,但是目前情况下，由于构件2和构件3组成移动副，所以a n B3B2=0，则a r B3B2=a t B3B2，其方向平行于相对移动方向；a k B3B2是哥氏加速度，对于平面运动之内，a kω2的转动方向B3B2=2ω3V B3B2哥氏加速度a k B3B2的方向是将V B3B2沿转90度（即图2-3中的b´k´的方向)，在上面的矢量方程式中只有a t B3和a r B3B2的大小为未知，故可用图解法求解。
加速度多边形：从任意极点π连续作矢量πb´2（120mm）和b´2k´代表a B2和a k B3B2，其加速度比例尺u a=a B2/πb´2=0.036（m/s2）/㎜；再过π作矢量πb3’’代表a n B3 ，然后过k´作直线k´b3’平行于线段CB3代表a r B3B2的方向线，并过点b3’’作直线b3’’b3’垂直于线段CB3，代表a t B3的方向线，它们相交于点b3’，则矢量πb´3便代表a B3。
机构运动加速度多边形如图2-3所示。
图2-3 机构运动加速度多边形由机构运动加速度多边形可求出：a t B3=b3’’b3’×u a =72.5㎜×0.036（m/s2）/㎜=2.61m/s2；a r B3B2=k´b3’×u a=55㎜×0.036（m/s2）/㎜=1.98m/s2再根据加速度影像相似原理，得：CB/CD=πb3’/πd3’即106.5㎜/135㎜=72.5㎜/πd3’解得πd3’=93㎜；CS3/CD=πS3/πd3’即67.5㎜/135㎜=πS3/93㎜解得πS3 =46.5㎜；故a D3=πd3’×u a=93㎜×0.036（m/s2）/㎜=3.348m/s2；a s3=πS3×u a=46.5㎜×0.036（m/s2）/㎜=1.674m/s2因此位置为工作进程，故E点和重心S5点匀速前进，故无加速度。
.三．导杆机构动态静力分析3.1 静态图图3-1 机构位置状态图3.2 惯性力及惯性力偶矩：因重心S5无加速度，故S5点无惯性力Fi及惯性力偶矩M i；下面求重心S3的惯性力F i及惯性力偶矩M i：惯性力：Fi s3= -m×a s3= -G3/g×a S3= -G3/g×u a×πS3=-（200N）/（9.8N/㎏）×【0.036（m/s2）/㎜】×46.5㎜= - 34N 方向：a s=an s +a ts ，它决定了Fi 的方向，因Fi s3= -m 3×a s3，故F i3及F ’i3的方向与图2-3中的πS3（代表as3的方向)的方向相反。
惯性力偶矩： Mi s3= -J S3·αS3= -J S3×（a tCD /l CD ）= -1.1㎏㎡×[(0.036（m/s 2）/㎜)×93㎜]/0.54m= -6.28N ·m 作用线间距离为h ：h=Mi s3/F i3=（-6.28N ·m ）/ （- 34N ）=200㎜变速转动的构件都同时具有惯性力Fi 和惯性力偶矩Mi ，故它们均可用一等于F i3的总惯性力F ’i3来代替。