牛头刨床机械原理

机械原理课程是高等学校机械类近机类专业本、专科学生较全面地运用已学过的知识，特别是机械原理部分已学过的知识的知识第一次较全面地对一项工程实际的应用问题从任务分析、调查研究、方案比较、方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动和动力学分析与设计的基本训练，是该课程的一个重要实践环节。其目的在于运用已学过的知识培养学生创新能力，用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺寸，并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机构运动分析及动力分析，学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图等基本技能。并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力，学会运用团队精神，集体解决技术难点的能力。

目录

一、设计任务 .....................................................................................................................

1.1、牛头刨床的机构简介 .............................................................................................................. 1.2、原始数据及设计要求 .............................................................................................................. 1.3、设计内容 ..................................................................................................................................... 1.4、画机构的运动简图 ...................................................................................................................

二、导杆机构的运动分析 ...............................................................................................

2.1、速度分析 ..................................................................................................................................... 2.2、加速度分析.................................................................................................................................

三、导杆机构的动态静力分析 ......................................................................................

3.1、运动副反作用力分析 .............................................................................................................. 3.2、 曲柄平衡力矩分析 ..............................................................................................................

总 结 ................................................................................................................................. 参考文献 ..............................................................................................................................

一、设计任务

1.1、 牛头刨床的机构简介

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图所示。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，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量。

1.2、原始数据及设计要求

设计内容 导杆机构的运动分析 符号 n2 单位 r/min mm 方案Ⅰ 60 380 110 540 0.25LO4B 0.5LO4B 240 50 导杆机构的动态静力分析 方案 G4 G6 N P yp mm Js4 方案Ⅰ 200 700 7000 80 1.1 已知 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

所作的圆弧高的平分线上。

要求 做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。

1.3、设计内容

（1）按设计任务书要求调研、比较设计的可能方案，比较方案的优劣，最终确定所选最优设计方案；

（2）确定杆件尺寸； （3）绘制机构运动简图；

（4）对机械行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度、加速度；构件的角位移、角速度、角加速度。列表，并绘制相应的机构运动线图如位移与原动件角曲线；速度与原动转角曲线；加速度与原动件转角曲线；

（5）要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸； （6）编写设计说明书。

1.4、画机构的运动简图

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9’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和8’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…13等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作16等分的位置。

取Ⅰ方案的第1位置点和第9位置点，

二、导杆机构的运动分析

2.1、速度分析

取速度比例尺

uv=0.005msmm ，见图纸速度分析。 =

VA3对A点：

VA4 +

VA4A3

方向： AB O2A //AB 大小： ？ √ ？

VA4u= vpa4=0.005msmm38mm0.19m

sm4=VA4=0.19s0.475r

0.4mmslO4AVA4A3=

uvla3a4=0.005lO4B

ms133mm0.67m mms VB=44=0.257m

sVCB对于C点：

VC = VB +

方向： //XX' O4B CB 大小： ？ √ ？

VC=

uvlpc=0.005msmm52mm0.26m

sVCB=

uvlbc=0.005ms16mm0.08m mms2.2、加速度分析

m2选取加速度比例尺为a=0.05smm ，见图纸加速度分析。

对于A点：

aA4=

naA4 +

atA4 =

aA3 +

kaA4A3 +

raA4A3

方向： A→O4 O4B A→O2 O4B //O4B

大小： √ ？ √ √ ? 由于

2laA32O2A==4.34ms42

KaA4A3=24VA4A3=0.64ms2

naA42lOA=0.09m4=

s2 已知，

根据加速度图可得：

atA4aln'a'

==3.55m另外还可得出：

sraAalka1.15m4A3==2，

''s2

n

aCB52lBC0.047m==

s2

对于C点

a0.04ms2mm

= a +

BnaBaC +

naCB +

taCB

方向： //XX

'O4B

BO4 C→B BC

大小： ？ √ √ √ ？ 根据根据加速度图可得：

acalp'c'0.04117.54.7ms2，

aCBaln'c'0.04291.16ms2

三、导杆机构的动态静力分析

3.1、运动副反作用力分析

取“9”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，见图纸力分析。 已知 G6=700N，又ac =4.7m/s2,P=7000N 可以计算

FI6=- G6/g×ac = - (700/10×4.7)= - 329N 取100Nmm

方向： 竖直 //BC 竖直 水平 水平 大小： √

？ ？

√

mcac

可计算出FR566700N , FR161350N

分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图见图纸力分析。 已知： FR56=FR54=6700N，G4=200N 由此可得： FI4 = - G4/g × a4 = - 72N 根据

MO4G4h4FI4hI4FR54h54MI4FR34h340，

其中h4，hI4，h54，h34分别为G4,FI4,FR54,FR34作用于O4的距离（其大小 可以测得），可以求得： FR34=8813N

FR34FR32

作力的多边形见图纸力分析。

3.2、 曲柄平衡力矩分析

曲柄2进行运动静力分析，作组力体图见图纸力分析。

FR32作用于O2的距离为h，其大小为0.028m

所以曲柄上的平衡力矩为：

MFR32h247.Nm，方向为顺时针。

总 结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机械原理的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了构件的速度加速度分析；熟悉了牛头刨床的工作原理等等。在这次毕业设计中，不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，在其它能力上也都有了提高。更重要的是，通过这次课程设计，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

课程设计过程，也是对团队精神的考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

最后，感谢老师的精心指导以及同学们的帮助。

参考文献

[1] 机械原理/孙恒，陈作模，葛文杰主编——七版——北京2006.5 [2] 理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版——北京2002.8 [3] 机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——北京1986.10 [4] 机械原理与课程设计 上册/张策主编——北京2004.9