设计牛头刨床中的凸轮机构
牛头刨床凸轮设计 牛头刨床齿轮设计
目录一、设计题目 (2)1、牛头刨床的机构运动简图 (2)2、工作原理 (2)二、原始数据 (3)三、机构的设计与分析 (4)1、齿轮机构的设计 (4)2、凸轮机构的设计 (10)3、导杆机构的设计 (16)四、设计过程中用到的方法和原理 (26)1、设计过程中用到的方法 (26)2、设计过程中用到的原理 (26)五、参考文献 (27)六、小结 (28)一、设计题目——牛头刨床传动机构1、牛头刨床的机构运动简图2、工作原理牛头刨床是对工件进行平面切削加工的一种通用机床，其传动部分由电动机经带传动和齿轮传动z0—z1、z1、—z2，带动曲柄2作等角速回转。
刨床工作时，由导杆机构2、3、4、5、6带动刨刀作往复运动，刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程；刨头左行时，刨刀不进行切削，称为空回行程，刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，固结在曲柄O2轴上的凸轮7通过四杆机构8、9、10与棘轮11和棘爪12带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。
二、原始数据设计数据分别见表1、表2、表3.三、机构的设计与分析1、齿轮机构的设计已知条件设计内容与步骤 （1）计算齿轮2z 的齿数由0201'12010102n n z z z z d d i =⨯⨯=（1~1） 得 39644030013161001440n z d z z d n z 2102'1001012=⨯⨯⨯⨯⨯==（2）选择传动类型① ()()40z ~16z 10：按满足不根切、重迭系数.21≥ε、齿顶圆齿厚m 4.0s a ≥、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数 400.0x 0= 250.0x 1-=0150.0250.0400.0x x 10>=-=+ （1~2）故()()40z ~16z 10采用正传动。
② ()()39z ~13z 2'1：按满足不根切、重迭系数.21≥ε、齿顶圆齿厚m 4.0s a ≥、节点位于单齿啮合区4个条件从封闭图中选择变位系数300.0x '1= 400.0x 2-= 0100.0400.0300.0x x 2'1<-=-=+ （1~3）故()()39z ~13z 2'1采用负传动。
机械原理课程设计牛头刨床讲解
机械原理课程设计——牛头刨床(速度分析与受力分析附于最后)说明书姓名：分析点：4,10点组号：第3组2011 年 7 月 15日工作原理 (3)一.设计任务 (4)二.设计数据 (4)三.设计要求 (4)1、运动方案设计 (4)2、确定执行机构的运动尺寸 (4)3、进行导杆机构的运动分析 (5)4、对导杆机构进行动态静力分析 (5)四.设计方案选定 (5)五. 机构的运动分析 (6)1. 4点速度分析,加速度分析 (7)2. 10点速度,加速度分析 (9)六.机构动态静力分析 (11)七.数据总汇并绘图 (13)九.参考文献 (16)工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。
电动机经过皮带和齿轮传动，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。
刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。
为此刨床采用有急回运动的导杆机构。
刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1－9－10－11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。
刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速转动，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。
(a) (b)图d一.设计任务1、运动方案设计。
2、确定执行机构的运动尺寸。
3、进行导杆机构的运动分析。
4、对导杆机构进行动态静力分析。
5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
二.设计数据本组选择第六组数据表1表2三.设计要求1、运动方案设计根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。
2、确定执行机构的运动尺寸根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
设计牛头刨床中的凸轮机构方案
设计牛头刨床中的凸轮机构
1.凸轮机构的设计要求 运动规律为等加速等法
3.摆动从动件盘形凸轮轮廓设计
(1)设计凸轮轮廓依据反转法原理 (2)设计凸轮轮廓的步骤
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
牛头刨床平面机构的设计与分析
目录一、课程设计题目二、牛头刨床简介三、导杆机构的运动分析四、导杆机构动态静力分析五、用解析法做导杆机构的运动分析六、Matlab编程并绘图七、凸轮机构的设计八、齿轮机构的设计九、参考文献一、题目：牛头刨床的设计二、牛头刨床简介1. 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。
刨床工作时,如图(1-1）所示，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；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。
刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。
切削阻力如图(b）所示。
(b)二、设计说明书1．画机构的运动简图1、以O 4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O 2点，B 点，Y图（1-1）C点。
确定机构运动时的左右极限位置。
曲柄位置图的作法为：取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。
图1-2牛头刨床（方案一）的设计一、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及质心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。
n2=60r/min lo2o4=380mm lo2A=110mm lo4B=540mmlBC=0.25lo4B lo4s4=0.5lo4B xs6=240mm ys6=50mm要求：设计导杆机构，计算机构的行程速比系数k，作机构的运动简图；作机构位置2和6’两个位置的速度多边形和加速度多边形，对导杆机构进行运动分析，作滑块的运动线图。
取μ=0.004m/mm，作机构运动简图如下图1-3所示极位夹角θ=33.7°行程速比系数K=1.46θ=2arcsin(lo2A/lo2o4) 图1-3=2arcsin(110/380)=33.7°K=(180°+θ)/(180°-θ)=1.46（1）当曲柄位于位置2时lo4A=μlo4A=0.004×105=0.420m VA4=0.33m/sV A3=V A2=ω2lo2A=π×60/30×0.11=0.69m/s VA4A3=0.62m/s a ．速度分析 Vs4=0.21m/s4A V = 3A V + 34A A V Vc=0.4m/s方向：4BO ⊥ A O 2⊥ //B O 4 5ω=0.74rad/s 大小： ？ √ ？ 4ω=0.79rad/s 作速度多边形，取速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm4A V =μv ⨯4pa =0.01×33=0.33m/s4ω=AO A l V 44=0.33/0.420=0.79rad/s34A A V =μv 43a a l =0.01×62=0.62m/sV 5B = V 4B =4ω⨯B O l 4=0.43m/s由速度影像原理确定点bC V = B V + CB V方向： //'XX B O 4⊥ BC ⊥ 大小： ？ √ ？C V =μv ⨯pc l =0.01×40=0.4m/sCB V =μv ⨯bc l =0.01×10=0.1m/s5ω=bcl CBl u V =0.74rad/s Vs4=μvPs4=0.01×21=0.21m/sb.加速度分析4A a = n A a 4 + t A a 4 = 3A a + kA A a 34 + 34r A A a =0.26m/s ²方向：? A →4O B O 4⊥ A →2O B O 4⊥ //B O 4 =0.98 m/s ²大小：? √ ？ √ √ ?=2.84 m/s ²由于3A a =22ωA O l 2=4.34m/s ², aA3=4.34 m/s ²KA A a 34=24ω34AA V =0.98m/s ² aA4=2.85 m/s ² n A a 4=24ωA O l 4=0.26m/s ² β4=6.76 m/s ² 作加速度多边形，选取加速度比例尺为a μ=0.05(m/s ²)/mm as4=1.83 m/s ²aB=3.67 m/s ²t A a 4=a μ''a n l =2.84m/s ²，rA A a 34=a μ''a k l =0.05×33=1.65m/s ² aC=3.7 m/s ² 4A a =24ωB O l 4=2.85m/s ²。
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。
机械原理课程设计——牛头刨床主体机构
%刨刀位移分析
LO3A=((LO2O3)^2+(L2)^2-2*LO2O3*L2*cos(theta2+pi/2)).^0.5;%求O3A的长度
for i=1:100
%求θ4、θ5以及SF的长度
主体机构设计
牛头刨床主体机构
主体结构设计
设计要求
（1）刨刀工作行程要求速度比较平稳，空回行程时 刨刀快速退回，机构行程速比系数在1.4左右。
（2）刨刀行程H=300mm或H=150mm。曲柄转速、 切削力、许用传动角等见表1，每人选取其中一组数据。
（3）切削力P大小及变化规律如图1所示，在切削行 程的两端留出一点空程。具体数据如下：
2、导杆的长度L4 H=150mm 则：L4 =﹙H／2﹚／﹙sin（Ψ／2）﹚=289.77mm≈290mm
3、计算O2O3距离 取L2的长度为60mm Lo2o3= L2/sin15° =60/sin15 = 231.82mm≈232mm
主体机构（方案一）
主体机构（方案一）
运动分析
利用矢量方程法求解机构中各个主要构件的位移、 速度、加速度与曲柄L2角位移之间的关系。
SF=L4cosθ₄+L5cosθ5 θ4=arccos（L2cosφ₂／S3） θ5=arcsin[（S2-L4sinθ₄）／L5] S3=[(S1)²+(L2)²+2*S1*L2*sinφ₂]1/2
即可求得θ4、θ5、LO3A、SF四个运动变量
H=0.15; %行程（单位：m） L2=0.06; %O2A的长度 L4=0.29; %O3B的长度 L5=0.08; %BF的长度 LO2O3=0.232; %O2O3的长度 LO3D=0.285; %O3D的长度 W2=2.5*pi/3; %曲柄角速度rad/s theta2=linspace(-15,345,100);%划分 theta2=theta2*pi/180;%转换为弧度制 dtheta2=theta2(2)-theta2(1）;%角度间隔
机械基础实训2牛头刨床的设计(样本).
《机械基础》综合实训班级姓名学号题号组员课题二牛头刨床执行机构分析与设计设计要求与设计数据1)电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃E点与铰链点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。
2)为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。
为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。
允许曲柄2转速偏差为±5％。
要求导杆机构的最大压力角应为最小值；3)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。
4)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。
5)曲柄转速在60r/min，刨刀的行程H在300mm左右为好，具体数据见下表。
(从教材第12页表中选取)已知条件题号1导杆机构运动分析机架l O 2O4380工作行程H310行程速比系数K 1.46 连杆与导杆之比l BC/l B O40.28凸轮机构设计从动件最大摆角δmax15°从动件杆长l O9D125许用压力角[α]40°推程运动角Φ75°远休止角Φs10°回程运动角Φ’75°[任务实施]（以教材第12页表中题号1的数据为例。
）任务一 平面机构的结构分析图4-2所示为牛头刨床的结构图，已知滑枕6的导轨高l h =1000mm ，大齿轮2的中心高l h1=540mm ，滑块销3的回转半径r x =240mm 。
绘制主体运动机构的运动简图，并通过自由度的计算，判断其运动的确定性。
解：1、机构分析。
牛头刨床主体运动机构由齿轮传动机构、导杆机构、凸轮机构、棘轮机构等组成，机构示意图如图4-17（a ）所示。
图4-17（a ） 牛头刨床主体运动机构示意图2、为了简单地说明问题，下面仅取导杆机构和凸轮机构这部分进行运动简图绘制和自由度计算。
牛头刨床机构设计
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 1102060708指导教师程安宁日期 2013年7月19日任务书姓名刘亚娟学号1102060708 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ro 、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日查阅资料、熟悉题目 7月9,10日方案分析、比较7月11,12日平面机构尺度综合、运动分析7月15，16日平面动态静力分析7月17,18日绘制方案图、整理设计说明书7月19日答辩指导教师程安宁 2013年 7 月 19 日成绩教师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，要求有急回作用以图1牛头刨床结构及阻力线图提高生产率。
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导杆机构的设计
52邹加利：三维零件绘图，凸轮所需的计算，35%
22劳毅麟；组装，尺寸修改，导杆机构制作35%
18黄伟宗：凸轮CAD制作·Pro/E制作15%
23梁永豪：凸轮CAD制作，凸轮机构的计算，检查，修改15%
一、尺寸参数确定依据及过程：
行程速比系数或压力角确定。
尺度综合过程如下：
⑴由K=1.5求得极位夹角θ；
⑵由导杆机构特性知道，导杆摆角等于极位夹角，即ψmax=θ；
⑶由行程H和θ可求出导杆长l BO4；
⑷由刨刀的行程H和θ可求出曲柄长l AO2；
⑸由连杆与导杆之比l BC/l B O4=0.2~0.3可求出连杆长L BC；
⑹为使杆组的压力角较小，滑块C的导路x-x位于导杆端点。
B所作的圆弧高的平分线上，以此确定导路的高度y
CO4
二、确定传动机构的尺寸
已知条件：机架l O2O4=390 mm，刨刀的行程H=390 mm，；行程速比系数K=1.5；连杆与导杆之比l BC/l B O4=0.33
1）.根据所给数据确定机构尺寸
极位夹角：οθ361
5.115.118011180=+-=+-=︒︒k k 导杆长度：41390165022sin18sin 2
BO H l mm θ
=== 连杆长度：BC l =0.33 4BO l =214.5mm
曲柄长度：224sin 390*sin181172AO O O l l mm θ
===
已知刨头导路x-x 位于导杆端点B 所作的圆弧高的平分线上。
（这样才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值，使机构
在运动过程中具有良好的传动力特性）所以，
()444111cos 650*6501cos18633.75222CO BO BO y L l mm θ⎛⎫=--=--= ⎪⎝
⎭ 即导轨滑块C 到O4的垂直距离为633.75mm 。
(此图可用Flashpaper导出)
2）.机构运动简图的绘制
选取一长度比例尺，如图所示。
B
A
O4
任务三设计牛头刨床中的凸轮机构
%
一．凸轮机构的设计要求概述：
⒈已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，手工或用CAD软件画出从动件运动规律角位移线图和凸轮的实际轮廓。
该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。
各数据如表：
符号ψ
max
l O9D l O9O2r o r tΦΦs Φ’
单
位
°mm °
数
据
15126 150 61 15 65 10 65
二.从动件运动规律角位移线图的画法:
①、绘制坐标轴。
取凸轮转角的比例尺μφ =.2．6°/mm，在Φ轴上分别量取Φ=65°、Φs=10°、Φ’=65°；取螺杆摆角的比例尺μψ=１°/mm。
在ψ轴上量取ψmax=15°；
②、将Φ=65°、Φ’=65°分别等分成5等分，则得各等分点1、2…10。
③、绘制推程的位移线图。
过3点作ψ轴的平行线，在该平行线上截取线段高度为ψmax=15°，将该线段等分成6等分（注意应与角Φ的等分数相同），得各等分点，如前半推程的1＇、2＇、3＇；将坐标原点分别与点1＇、2＇、3＇相连，得线段O1＇、O2＇和03＇,分别与过1、2、3点且平行与Ψ轴的直线交于1＂、2＂和3＂；将点0、1＂、2＂、3＂连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似,只是弯曲方向反过来,见图。
同理可得回程的位移曲线。
（.）
φ
（.）
三、摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：
⑴设计原理
设计凸轮轮廓依据反转法原理。
即在整个机构加上公共角速度（－ω）（ω为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（－ω）绕凸轮轴心O2逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心O9相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。
⑵设计凸轮轮廓的步骤如下：
在图所示的摆动从动件角位移曲线中,其纵坐标表示从动件角位移Ψ,它按角度比例尺μΨ画出。
μΨ＝从动件摆角/图上代表该摆角的线段长度=１(°/mm)
①将ψ－φ 曲线图（如图（1））的推程运动角和回程运动角各分成4等份，按式求出各等分点对应的角位移值:Ψ1＝μΨΨ11′、Ψ2＝μΨΨ22′，……。
其数值见表（1）。
表1 各点的角位移数值
②选取适当的长度比例尺μl定出O2和O9的位置。
以O2为圆心，以r0/μl为半径作基圆。
以O9为圆心，以l O9D/μl为半径，作圆弧交基圆于D O（D’O）点。
则O9D O便是从动件的起始位置。
注意,图示位置D O位于中心连线O2O9的左侧,从动件在推程中将按顺时针方向摆动。
③以O2为圆心，以l O9O2/μl为半径作圆，沿（-ω）[即为逆时针方向]自O2O9开始依次取推程运动角Φ0=65°，远休止角
Φs=10°，回程运动角Φo’=65和远休止角Φs’=220°，并将推程和回程运动角各分成4等份（与角位移线图相对应的等份），得O91 ,O92, O93……O99各点。
它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。
④分别以O91 ,O92, O93……O99为圆心,以l O9D/μl为半径画圆弧,它们分别与基圆相于D’1，D’2，D’3……D’9，并作∠D’1O91D1，∠D’2O92D２……分别等于摆杆角位移Ψ1、Ψ2……。
并使O91D1= O91 D’1，O92D2= O92D’2，……。
则得D1，D2，……D9（与D’9重合）各点。
将这些点连成光滑的曲线,便是凸轮的理论轮廓。
⑤在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。
作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。
此图用CAD画
此图用CAD画。