哈工大机械原理课程设计说明书牛头刨床方案一(完美版)
机械原理课程设计---牛头刨床设计计算说明书
1.1 设计题目 牛头刨床
计
任
务
书
1.2 牛头刨床简介 牛头刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，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（执行构件之二）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 设计要求及设计参数 要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。设 计参数如表 1 所示。 表 1 牛头刨床设计参数 曲柄转速 n1 机架 LAC 刨刀行程 H 行程速比系数 K 主执行机构 连杆与导杆之比 LDE/LCD 工作阻力 F(N) 导杆质量 m3(kg) 导杆转动惯量 JS3(kgm2) 滑块质量 m5(kg) 从动件最大摆角 凸轮从动件杆长(mm) 进给机构 推程许用压力角[]推程 回程许用压力角[]回程 滚子半径 rr(mm) 刀具半径 rc(mm) 刨刀阻力曲线如图 4 所示。刨刀在切入、退出工件时均有 0.05H 的空载行程。
机械原理课程设计
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录
机械原理课程设计
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计
算
与
说
明
主 要 结 果
机械原理课程设计
主执行机构分析：
机械原理课程设计
机械原理课程设计
பைடு நூலகம்
机械原理课程设计
F Fmax
S 0.05H H 0.05H
图 1 刨刀阻力曲线
图 2 牛头刨床系统图
牛头刨床机械系统方案设计
1、设计任务1.1课程设计题目：牛头刨床机械系统方案设计1.2工作原理：牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动与工作台的间歇运动来完成工作的平面切削加工的机床。
如图1为其参考示意图。
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，由摆动从动件盘形凸轮机构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11.3设计要求：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，水平距离为1.2H。
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±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，其它参数见设计数据。
执行机构的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。
按小批量生产规模设计。
1.4设计数据：导杆机构运动分析转速n2机架lo2o4工作行程H行程速比系数K 连杆与导杆之lBC/lO4B48380310 1.460.251.5设计内容：（1）、设计题目（包括设计条件和要求）；（2）、原动机的选择（此次设计不做）；（3）、根据电机转速和主轴转速的比值，选择传动机构并比较；（4）、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；（5）、机械系统运动方案的拟定与评价；（6）、画出运动方案布置图案或机械运动简图；（7）、制定机械系统的运动循环图；（8）、根据给定的数据确定刨削机构和进给机构的运动尺寸。
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。
机械原理课程设计——牛头刨床.
一：课程设计题目、内容及其目的课题：牛头刨床内容1．对机构进行运动分析已知：曲柄每分钟转数错误!未找到引用源。
,各构件尺寸及质心位置。
作机构1~2个位置的速度多边形和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。
2．对机构进行动态静力分析已知：各构件的重量G（曲柄1、滑块2、和连杆5的重量都可以忽略不计），导杆3的转动惯量错误!未找到引用源。
及切削力错误!未找到引用源。
变化规律如下图。
确定构件一个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
3、用UG进行模拟运动仿真校核机构运动分析和动态静力分析的结果4、电动机功率的确定与型号的选择5、齿轮减速机构设计目的：1：学会机械运动见图设计的步骤和方法；2：巩固所学的理论知识，掌握机构分析与综合的基本方法；3：培养学生使用技术资料，计算作图及分析与综合能力；4：培养学生进行机械创新的能力。
二：牛头刨床简介和机构的要求1：牛头刨床简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1。
电动机经皮带和齿轮传动，经过减速机构减速从而带动曲柄1。
刨床工作时，由导杆3 经过连杆4 带动刨刀5 作往复运动。
刨头左行时，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，刨头右行时，刨刀不切削，称空行程，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，利用空回行程的时间，通过棘轮带动螺旋机构（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），而空回行程中只有摩擦阻力。
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量。
2：机构的要求牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，刨削速度尽可能为匀速运动，以及很好的动力特性。
机械原理课程设计——牛头刨床
机械能变化曲线：
飞轮设计：
Ｖ
A4
＝
A2 A4 A2
速度图解法：
V1A+V12=V 2A VF+VFB=V 2B V2B=βV 2A Β为常数比
加速度图解分析： a4An+a4Ar+a24Ar+ak24A =a2A 大小 方向
a4b+aF4Br=aF a4A=βV 4B
进给凸轮机构设计
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：
主体机构
电机转速n(r/mi n)
切削力P(N)
75
许用传动角[γ]
H=150mm
4500N
45°
刨刀行程：H=150 速比系数：K=1.4
主体机构（方案一）
方案一： 摆动导杆机构与摇杆滑块机构组合机构
机构简图：
计算机构的自由度 F=3×5－2×7=1
主体机构（方案一）
机构尺寸的计算：
在满足压力角条件确定基圆半径，摆杆中心间的中心距。
• 推程许用压力角为[α]= 38°； • 回程许用压力角为[α’]= 65°； • 试凑法：对照摆杆长度为L，赋值基圆半径， 中心距a=90,r0=50;经试验符合要求
滚子半径rf：rf<ρ mi n －3（mm）及rf<0.8ρ mi n（mm） 方法1用图解法确定凸轮理论廓线上某点A的曲率半径R： 以A点位圆心,任选较小的半径r 作圆交于廓线上，在圆A 两边分别以理论廓线上的B、C为圆心，以同样的半径r 画圆，三个小圆分别交于E、F、H、M四个点处。过E、 F H、M O点 O点近似为凸轮廓线上A OA。并且曲率中心肯定在曲线过A 点的法线上。可以通 过法线与直线EF或HM的交点求曲率中心。
5_1牛头刨床_说明书_方案1_位置8p
机械原理课程设计设计题目：牛头刨床综合及其运动学与动力学分析第 1方案，第 8’位置一、牛头刨床的基本参数计算已知： 24370O O l mm = 650H mm = 160K =. 4030BC O B l l :=. 1.计算极位夹角θ及杆摆角ψ000116011801804153811601K K θ-.-ψ===⨯=.+.+2.求2O A l224415383701312022O AO O l l sin sin mm ψ.===.3.求4O B l 、BC l441538226509165122O B H l mm sin sin ψ.===.40300309165127495BC O B l l mm =.=.⨯.=.4.求导路到4O 的距离34O O l当滑块6的导路y-y 通过铰链中心B 的摆动弧·BB"'的扰度中点时，可使机构在整个行程中都能取得较小的压力角，故得：3441141538(1)91651(1)886732222O O O B l l cos cos mm ψ.=+=⨯.⨯+=.二、牛头刨床的速度分析选取合适的长度比例尺0005ml mm μ=., 按指定的作业位置，正确地作出机构的运动简图。
对于机构的位置，可先确定曲柄2的位置，然后依次画出导杆4，连杆5和滑块6的相应位置。
已知：220n r min =/(1)求3A v222202606020944n rad s ππω⨯===./ 方向：顺时针32201312020944002750A O A v r l m s ωω=⋅=⋅=.⨯.=./(2)求4A v滑块3——动参考系，4A ——动点4A V u u u u u u r = 3A V u u u u u u r + 43A A V u u u u u u u u u u r方向： ⊥4O A ⊥2O A //4O A 大小： ? 22O A l ω ?选取速度比例尺0005m sv mm μ/=.，作速度图34pa a 进而可得4A v 的大小为44000500A v v pa μ=⋅=.⨯=4ω的大小为4440345960A O A vl ω.=== 43A A v 的大小为4334000555002750A A v v a a m s μ=⋅=.⨯.=./方向：34a a →(3)求B 的速度影像b 及B v由影像原理知，在速度图上，b 点应位于4pa 的延长线上且4491654346000O BO Al l pb pa ..==⨯= 000500B v v pb μ=⋅=.⨯=(4)求C vB ——基点，C ——动点C V u u u u r = B V u u u u r + CB V u u u u u u r方向： 水平 ⊥4O B ⊥BC 大小： ? 44O B l ω ?根据上述方程，继续在速度图34pa a 上作出C 点的速度影像c 进而可得C v 的大小为 000500C v v pc μ=⋅=.⨯= CB v 的大小为000500CB v v bc μ=⋅=.⨯= 5ω的大小为050274950CBBC v l ω.===(5)求4S v由影像原理知，在速度图上，4s 点位于pb 的中点 44000500S v v ps μ=⋅=.⨯=(6)速度综合302750A v m s =./ 40A v = 4302750A A v m s =./ 0B v = 0C v = 0CB v = 40S v =220944rad s ω=./ (顺时针) 40ω= 50ω=三、牛头刨床的加速度分析 (1)求4A a4A a u u u u u u r= 4n A a u u u u u u r+ 4t A a u u u u u u r = 3A a u u u u u u r+ 43k A A a u u u u u u u u u u r+ 43rA A a u u u u u u u u u u r方向： 4A O → 4O A ⊥ 2A O → 4O A ⊥ //4O A大小： 244O A l ω ? 222O A l ω 4432A A v ω ? 其中：4n A a 的大小为2244400345960n A AO a l ω=⋅=⨯.= 3A a 的大小为222322209440131200576A O A a l m s ω=⋅=.⨯.=./ 43k A A a 的大小为43443220027500k A A A A a v ω==⨯⨯.=选取加速度比例尺2002m s a mm μ/=.，作加速度图34πa a '' 进而可得4t A a 的大小为24440022880576t A a a a"m s a μ=⋅=.⨯.=./' 方向：44a"a →' 4α的大小为442057640345961665tA AO a l rad s α..===./ 方向：逆时针(2)求B 的加速度影像b’及B a由影像原理知，在加速度图上，b’点应位于4a π'的延长线上，且44916543460288762O BO Al l b mm a ππ..'==⨯.=.' 2π0027621524B a a b m s μ'=⋅=.⨯.=./ 方向：πb '→(3)求C aC a u u u u r= B a u u u u r+ n CB a u u u u u u r + t CBa u u u u u u r方向： 水平 √ C B → ⊥BC 大小： ? √ 25BC l ω ?其中：nCB a 的大小为22500274950nCBBC a l ω=⋅=⨯.= 根据上述方程，继续在加速度图34a a π''上求得C 点的加速度影像c’。
机械原理牛头刨床课程设计说明书
机械原理牛头刨床课程设计说明书一、设计目标本课程设计旨在通过设计和制作一个机械牛头刨床，使学生能够熟悉机械原理相关知识，并培养其机械设计和制造的能力。
二、设计要求1. 设计一个适用于木材刨削的牛头刨床，能够实现刨削操作。
2. 设计结构合理，刨削效果良好，安全可靠。
3. 刨削精度要求达到工业标准。
三、设计内容1. 刨床结构设计：a. 确定刨床的主要组成部分，包括床身、工作台、横梁、进给装置等。
b. 设计床身和工作台的结构，确定材料和尺寸。
c. 设计横梁的结构，确保刨床具有足够的强度和刚度。
d. 设计进给装置，以满足刨削的速度和精度要求。
2. 主动传动系统设计：a. 选择适当的传动方式，如皮带传动、齿轮传动等。
b. 设计传动比，以满足刨削速度要求。
c. 选取适当的传动元件，如电机、皮带轮、齿轮等。
3. 刨削工具设计：a. 选择适当的刨削刀具，如牛头刨刀。
b. 设计刨削刀头的结构和尺寸，以满足刨削要求。
4. 安全保护装置设计：a. 设计适当的安全装置，保证操作人员的安全。
b. 设计急停装置，以应对突发情况。
五、设计步骤1. 确定设计目标和要求，了解使用环境和条件。
2. 进行初步设计，包括结构设计、传动系统设计、刨削工具设计和安全保护装置设计。
3. 进行详细设计，确定各个零件的尺寸和形状。
4. 制作和加工零件，组装刨床。
5. 进行试验和调整，测试刨床的性能和刨削效果。
6. 完善设计和制作文档，撰写课程设计报告。
六、设计成果通过完成本课程设计，学生将获得一个机械牛头刨床的制作经验，并掌握机械原理相关知识。
同时，学生还将培养出良好的团队合作能力和工程实践能力。
机械原理课程设计说明书 牛头刨床.
机械原理课程设计说明书题目牛头刨床主传动机构的分析与设计院系：信息工程学院班级：10机械2班学号：姓名：指导教师：完成时间：2012年6月24日目录1,任务书 (3)2,摘要 (14)3，工艺原理分析 (15)4，工艺动作分析 (15)5，机械运动循环图 (16)6，机构选型方案评价 (17)7，机械运动简图绘制 (22)8，运动分析，尺度综合 (22)9，动静态力分析 (24)10，飞轮设计 (26)11，传动系统分析 (26)12，参考文献 (28)机械原理课程设计任务书一、冲压式蜂窝煤成型机设计1、设计题目：冲压式蜂窝煤成型机设计2、已知技术参数和设计要求（1）工作原理及工艺动作过程冲压式蜂窝煤成型机是我国城镇蜂窝煤（通常又称煤饼）生产厂的主要生产设备，这种设备由于具有结构合理、质量可靠、成型性能好、经久耐用、维修方便等优点而被广泛采用。
冲压式蜂窝煤成型机的功能是将粉煤加入转盘的模筒内，经冲头冲压成蜂窝煤。
为了实现蜂窝煤冲压成型，冲压式蜂窝煤成型机必须完成五个动作: （1）粉煤加料；（2）冲头将蜂窝煤压制成型；（3）请出冲头和出煤盘积屑的扫屑运动；（4）将在模筒内冲压后的蜂窝煤脱模；（5）将冲压成型的蜂窝煤输出。
（2）设计要求蜂窝煤成型机的设计要求如下：（1）蜂窝煤成型机的生产能力为30次/min。
（2）图1表示冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘的相互位置情况。
实际上冲头与脱模盘都与上下移动的滑梁连城一片，当滑梁下冲时，冲头将粉煤冲压成蜂窝煤、脱模盘将已压成的蜂窝煤脱模。
在滑梁上升的过程中，扫屑刷将扫除冲头和脱模盘上粘着的粉煤。
模筒转盘上均布了模筒，转盘的间歇运动使加料后的模筒进入冲压位置，成型后模筒进入脱模位置，空的模筒进入加料位置。
图1. 冲头、脱模盘、扫屑刷、模筒转盘位置示意图1-模筒转盘；2-滑梁；3-冲头；4-扫屑刷；5-脱模盘（3）为了改善蜂窝煤冲压成型的质量，希望冲压机构在冲压后有一定保压时间。
机械原理课程设计报告牛头刨床说明书
目录一、课程设计任务书21.工作原理及工艺动作过程22．原始数据及设计要求4二、设计说明书51．画机构的运动简图52.对位置4点进展速度分析和加速度分析63．对位置9点进展速度分析和加速度分析9速度分析图：104.对位置9点进展动态静力分析12心得体会16谢辞17参考文献18一、课程设计任务书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，刨刀进展切削，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，而空回行程中那么没有切削阻力。
切削阻力如图(b〕所示。
Y图〔1-1〕(b)2．原始数据及设计要求曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。
要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。
以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。
二、设计说明书1．画机构的运动简图1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，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〔如下列图〕。
图1-2取第I 方案的第4位置和第9位置〔如下列图1-3〕。
图 1-32. 对位置4点进展速度分析和加速度分析〔a 〕 速度分析 取速度比例尺l μ=mm s m001.0对A 点：4A V = 3A V + 34A A V方向：4BO ⊥A O 2⊥ //B O 4大小： ？ √ ？4A V =l μ⨯4pa =sm mm mmsm673239.0239.673001.0=⨯ 4ω=AO A l V 44=sr mmsm38431.1486334.0673239.0= 34A A V =l μ43a a l =sm mm mmsm156326.0326.156001.0=⨯ V 5B = V 4B =4ω⨯B O l 4=s m 747530.0对于C 点：C V = B V + CB V 方向： //'XX B O 4⊥BC ⊥大小： ？ √ ？C V =l μ⨯pc l =mm sm001.0sm mm 749708.0708.749=⨯ CB V =l μ⨯bc l =mmsm001.0sm mm 0490895.00895.49=⨯ 5ω=bcl CBl u V =s r 363626.0 速度分析图：图 1-4(b)加速度分析 选取加速度比例尺为a μ=mm s m2001.0对于A 点：4A a = n A a 4 + t A a 4 = 3A a + k A A a 34 + 34rA A a 方向：A →4OB O 4⊥ A →2O B O 4⊥//B O 4 大小： √ ？ √√ ? 由于3A a =22ωA O l 2=234263.4smKA A a 34=24ω34A A V =2432808.0s mnA a 4=24ωA O l 4=2931975.0s m ，根据加速度图1-5可得：t A a 4=a μ''a n l =2549416.0sm， r A A a 34=a μ''a k l =2298112.3sm 。
牛头刨床课程设计说明书
中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY课程设计题目：牛头刨床的设计学生姓名： + + + 学院：机电工程学院专业班级：机械++++ 班完成时间： 7月10日指导老师： + + +目录一、设计步骤............................................................................................................. - 2 -二、课程设计的性质、目的和任务 .................................................................. - 2 -三、机械原理课程设计的内容和方法.............................................................. - 2 -四、设计任务分配 ................................................................................................... - 3 -五、设计原始数据 ................................................................................................... - 3 -六、设计内容............................................................................................................. - 4 -七、机构工艺动作分解及运动循环图.............................................................. - 5 -八、杆件机构的分析............................................................................................... - 6 -1.速度分析：........................................................................................ - 6 -2.加速度分析：.................................................................................... - 8 -3.导杆结构的力分析............................................................................ - 9 -九、小组成员数据及其绘制的曲线 ................................................................ - 11 -十、飞轮转动惯量的计算 ................................................................................... - 12 - 十一、电动机的选择与确定 ................................................................................... - 14 - 十二、凸轮机构的设计............................................................................................. - 17 - 十三、参考文献........................................................................................................... - 21 - 十四、心得体会........................................................................................................... - 21 -一、设计步骤（1）确定扭头刨床工作原理。
机械原理牛头刨床课程设计说明书
目录一、设计题目与原始数据- 1 -二、牛头刨床示意图- 2 -三、导杆机构设计- 2 -四、机构的运动分析- 4 -五、机构动态静力分析- 9 -六、飞轮设计- 13 -七、设计凸轮轮廓曲线- 15 -八、齿轮设计及绘制啮合图- 15 -九、解析法- 16 -1．导杆机构设计-16-2．机构运动分析-17-3．凸轮轮廓曲线设计-19-4.齿轮机构设计-22-十、本设计的思想体会- 22 -参考文献- 22 -附录- 23 -一、设计题目与原始数据1．题目：牛头刨床的综合设计与分析2．原始数据：刨头的行程H=550mm行程速比系数K=1.6机架长L O2O3=400mm 质心与导杆的比值L O3S4/L O3B=0.5 连杆与导杆的比值L BF/L O3B=0.3 刨头重心至F点距离X S6=160mm 导杆的质量m4=15刨头的质量m6=58导杆的转动惯量J S4=0.7切割阻力F C=1300N切割阻力至O2的距离Y P=175mm构件2的转速n2=80许用速度不均匀系数[δ]=1/40齿轮Z1、Z2的模数m12=15小齿轮齿数Z1=18大齿轮齿数Z2=46凸轮机构的最大摆角φmax=16º凸轮的摆杆长L O4C=140mm凸轮的推程运动角δ0=60º凸轮的远休止角δ01=10º凸轮的回程运动角δ0'=60º凸轮机构的机架长L o2o4=150mm 凸轮的基圆半径r o=55mm凸轮的滚子半径r r=15mm二、牛头刨床示意图如图1所示图1三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数K=1.6刨头的行程H=550mm机架长度L O2O3=400mm连杆与导杆的比L BF/L O3B=0.32、各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：ψmax =180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=42°B、求导杆长：L O3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（42°/2）]=776mmC、求曲柄长：L O2A =L O2O3×sin（ψmax/2）=400×sin21°=142mmD、求连杆长：L BF=L O3B×L BF/L O3B=776×0.3=233mmE、求导路中心到O3的距离：L O3M=L O3B-L DE/2=L O3B{1-[1-cos(ψmax/2)]/2}=750mmF、取比例尺：μL=0.005m/mm在1#图纸中央画机构位置图，机构位置图见1#图纸。
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机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） Harbin Institute of Technology 机械原理课程设计
说明书
课程名称： 机械原理 设计题目： 牛头刨床（方案1） 院 系： 机电工程学院 班 级： 1108301 设 计 者： XXX 学 号： 11108301XX 指导教师： 古 乐 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 设计时间： 2013年 7月
哈尔滨工业大学机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 一、 功能描述 刨刀水平作往复直线运动，切削安装在工作台上的工件。刨刀每次切削一次，工作台 沿着刨刀运动的水平垂直方向进给0.12、0.24、0.36mm/次，分3档可以调节 。刨刀每次切削一次，工作台沿着刨刀运动的上下垂直方向进给0.08、0.16、0.24mm/次，分3档可以调节。工作台的水平与垂直进给不能同时进行。刨刀最大行程520mm，每分钟刨刀切削15,24,37次，分3档可以调节。电机功率约4KW，额定转速1420转/分。
图1-1 牛头刨床的使用功能描述简图 二、 工艺动作分析 由使用功能描述可知，牛头刨床在加工平面时有两个工艺动作协调完成， 即刨刀每切削一次，工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向移动5mm以及工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向的移动。根据牛头刨床的工艺动作分析，选定执行构件刨刀头作为参考构件，据此，可以画出牛头刨床的运动循环图。
图2-1机械系统运动循环图 三、 运动功能分析 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 根据分析的牛头刨床由原动机到执行机构的运动传递与转换的逻辑关系， 可以绘制出牛头刨床的运动功能系统图。
图3-1 机械系统运动功能系统图 四、 机械系统运动方案拟定 4.1 根据运动功能单元确定替代结构 （1） 一般情况下，在工厂的厂房内使用的普通机床都采用三相交流电动 机作为原动机。因此，牛头刨床也用三相交流电动机作为原动机，其额定转速为1420rpm。
图4-1 三相交流电动机及其运动功能单元表达符号 （2） 带传动机构具有传动可靠、结构简单、安装方便、制造成本低等优点。 在对尺寸要求不严格、传运精度要求不高的牛头刨床中，可以选用带传动机构满足过载保护的功能。 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 图4-2 带传动机构及其运动功能单元表达符号 （3） 圆柱齿轮传动机构具有传动可靠、结构简单、强度高、结构尺寸小等优点。因 此，选用带传动机构和圆柱齿轮传动机构共同满足运动功能单元3运动缩小的功能。
图4-3 带传动机构、齿轮传动机构及其运动功能单元表达符号 （4） 牛头刨床的功能系统图中的运动功能单元5的功能是把运动功能单元 4的1个输出运动分支成2个运动。
图4-4 把1个输入运动分支成2个输出运动 （5） 由于刨刀切削金属时，其切削力较大，需要执行机构传递较大的力。 因此，应选用低副机构作为执行机构。为了提高牛头刨床的工作效率，在刨刀返回时应比切削时的平均运动速度快一些。这也就是说，应使执行机构具有急回特性。根据上述分析，选用六连杆滑块机构作为执行机构以替代功能单元6。 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 图4-5 六连杆滑块机构及其运动功能单元表达符号 （6） 选用摆动从动件盘形凸轮机构。考虑到要把摆动从动件的摆动传递较 远的距离，可以把铰链四杆机构与摆动从动件盘形凸轮机构组合在一起替代功能单元7。
图4-6 铰链四杆机构与摆动从动件盘形凸轮 机构组合及其运动功能单元表达符号 （7） 选用棘轮机构替代功能单元8。 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 图4-7 棘轮机构及其运动功能单元表达符号 （8） 选用齿轮传动机构替代功能单元10。
图4-8 齿轮传动机构及其运动功能单元表达符号 （9） 选用螺旋机构替代功能单元11。
图4-9 螺旋机构及其运动功能单元表达符号 4.2 绘制机械运动简图
图4-10 牛头刨床运动方案机械运动简图 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 五、 机械系统构件尺寸确定 5.1 牛头刨床刨刀运动执行机构运动尺寸的确定 牛头刨床刨刀运动执行机构是六杆机构。根据上述牛头刨床的已知条件， 滑枕行程为 H=520mm 并设，连杆BC驱动滑枕的最大压力角为
该牛头刨床的行程速比系数为 K=1.5
图5-1 牛头刨床主运动执行机构 当 时，连杆BC驱动滑枕的最大压力角最小。 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 牛头刨床的行程为 曲柄摆动导杆机构的极为夹角为 根据已知行程速比系数，极为夹角为 于是，导杆的长度为 连杆BC的长度为 设 则
5.2 牛头刨床主传动机构运动尺寸的确定 5.2.1 带传动设计 按传递功率4kW进行设计。 （1） 传动带类型和带传动形式 选择普通V带开口传动。 （2） 普通V带传动的设计计算 表5-1 V带传动的设计计算 序计算项目 符号 单位 计算公式和参数选定 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 号 1 设计功率 kW 2 选定带型 根据和选A型普通V带 3 初定传动比 i 4 小带轮 基准直径 mm
5 大带轮 基准直径 mm 6 传动比 i 计入滑动率 取 7 带速 v m/s 普通V带 8 初定轴间距 mm ,取 9 所需基 准长度 mm ,取 10 实际轴间距 a mm
11 小带轮包角 。 12 单根V带 传递的额 定功率 kW
13 传动比 kW 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 的额定功率 增量 14 V带的根数 z ,取 z=4 5.2.2 齿轮机构设计 （1） 牛头刨床齿轮传动机构的传动比分配 齿轮传动的传动比为
采用两级齿轮减速，每级齿轮传动的传动比为 ， （3） 牛头刨床齿轮传动的几何尺寸计算 以为设定实际中心距的计算基础，且以第一级传动 为例。 表5-2 齿轮传动几何尺寸计算 序号 名称 代号 公式 齿轮1 齿轮2
1 模数 m 3mm 2 齿数 z 17 92 3 分度圆柱 螺旋角 0
4 分度圆 压力角 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 5 齿顶高系数 1 6 顶隙系数 0.25 7 分度圆直径 d 51mm 276mm 8 基圆直径 47.924mm 259.355mm 9 齿距 p 9.425mm 10 基圆齿距 8.856mm 11 齿顶高 3mm 12 齿根高 3.75mm 13 全齿高 h 6.75mm 14 齿顶圆直径 57mm 282mm 15 齿根圆直径 43.5mm 268.5mm 16 中心距 a 163.5mm 17 齿顶压力角
18 重合度 根据表5-2中齿轮的齿数，两级齿轮传动的实际传动比为
5.3 牛头刨床辅传动机构运动尺寸的确定 5.3.1 牛头刨床辅传动机构基本参数的确定 （1） 凸轮运动角的确定 凸轮运动角决定着工作台与刨刀运动协调的时序。由牛头刨床运动循环图看到，当牛头刨床的刨刀在工作行程时，其工作台静止。当牛头刨床的刨刀空回到行程的一半时，其工作台开始进给运动，当刨刀空回到行程的四分之三时，其工作台停止进给运动。
表5-3 凸轮运动角 运动角名称 近休止角 升程运动角 远休止角 回程运动角 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） 运动角值 结果 （2） 凸轮、棘轮、丝杠、齿轮基本参数的确定 ① 工作台驱动丝杠的参数 以工作台沿着水平垂直方向进给0.12mm/次为例，即
选取梯形螺纹丝杠，其公称直径为 其螺距为 丝杠每次所需转角为 ② 工作台驱动丝杠前端传动齿轮与棘轮机构的参数 工作台驱动丝杠前端传动齿轮为齿轮14、齿轮15，齿轮14与棘轮13固联，齿轮15与丝杠21固联。
考虑到齿轮14和齿轮15啮合时的性能更好一些，两者的齿数值互为质数，取
考虑到棘轮各齿的均匀磨损，和值互为质数，取 齿轮15（丝杠21）的转角为 工作台（螺母）22每次进给量为 棘轮驱动摆杆12的摆角为 机械原理课程设计 牛头刨床（方案1） ③ 凸轮机构和双摇杆机构的参数 凸轮机构的推杆10是双摇杆机构的主动件，棘轮机构的驱动摆件12是双摇杆机构的从动件。凸轮9的升程就是推杆10的最大摆角，即
棘轮驱动摆杆12的摆角可取为 双摇杆机构一般都具有摆角的缩小和放大功能。可以利用双摇杆机构的摆角放大功能，使得凸轮机构的升程不至于过大，可取凸轮的升程为
六、 机械系统真实运动循环图 滑枕20 工作行程（切削） 空回行程（退刀） 工作台22 停止 进给 停止 凸轮9 近休止 升程 回程 曲柄16
图6-1 牛头刨床真实机械运动循环图 可以看到，牛头刨床运动方案的真实机械运动循环图可以满足牛头刨床工艺动作的要求。