机械原理 课程设计说明书

设 计学 院专 班 姓 学 指 导成 题 目：名 称： 业： 级： 名： 号：教 师：绩：

牛头刨床 理工学院 机械设计制造及其制动化 09级机械设计一班 2009131014 2010年 12月31 日

1前言 ..................................................... 3 2设计任务 ................................................. 4 2.1 设计题目............................................. 4 2.2 工作原理及工艺动作过程 ............................... 4 2.3 原始数据及设计要求 ................................... 5 2.4设计任务 ............................................. 5 3 系统传动方案设计 ......................................... 6 3.5减速方案的确定 ....................................... 6 4 执行机构运动方案的比较与选择 ............................. 7 5确定运动方案的尺寸 ........................................ 7 6导杆的运动分析 ............................................ 8 6.1曲柄位置“1”速度分析，加速度分析 ..................... 8 6.2曲柄位置“6”速度分析，加速度分析 .................... 10 7导杆机构的动态静力分析 ................................... 11 8设计心得与体会 ........................................... 13 9参考文献 ................................................ 14 10教师评语 ............................................... 14

1前言

机械课程设计是对我们这次学期学过机械原理的一次实际运用的检验，他涉及到了我们对机构的认识、对运动简图的应用，还有对齿轮的传动比的理解等等。

机械原理课程设计是机械基础系列课程中的重要一环.a该设计既具有承上启下的作用,4又具有独立的功能.a本次课程设计涉及的理论基础继承了机械原理课程的理论教学内容、方法和手段,4使机构学、齿轮学在设计中充分应用.a其中,也为下学期的机械设计打下铺垫，为我们的创新思维、实践创新设计提供了手段.a本次课程设计用涉及的机构运动分析、力分析的解析方法、机构设计方法等工程上的实用方法也能体现和应。

我们这组主要是牛头刨的设计，牛头刨床的滑枕带着刨刀，作直线住复运动。因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。主要用于加工平面、沟槽和成形面。刨削加工由于切削速度较低，且回程时不进行切削，因此生产效率较低。因而研究牛头刨床机构的急回运动特性，对产品质量的保证及其生产效率的提高具有重要的意义。一般的牛头刨床在工作前需要进行一些调整，即行程位置调整和行程长度调整。通过行程位置调整手柄调节滑枕丝杠可以调整刀架的行程位置；通过行程长度调整方撑调节摆杆机构的曲柄长度可调整滑枕的行程长度。通过后面的分析可知这将影响到机构的运动性能。

a

2设计任务

2.1 设计题目

牛头刨床

2.2 工作原理及工艺动作过程

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。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运动。刨床工作时，刨头由曲柄带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F位常数；刨刀左行时，即为空回行程，此次行程无工作阻力。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一次进给运动，以便刨刀继续

运动。

2.3 原始数据及设计要求

1.原始数据 导杆机构运动分析 转速n2 50 工作阻力Fmax 4500 从动件最大摆角 15 。机架 380 导杆质量m4 20 从动件杆长 125 行程速比系数K 1.46 导杆机构动态静力分析 滑块质量m6 70 凸轮机构设计 须用压力角 40 .工作行程H 310 连杆与导杆之比 0.25 导杆转动惯量j 1.1 远休止角 10 。推程运动角 75 。回程运动角 75 。

2.设计要求

电动机轴与曲柄轴平行，刨刀刀刃与铰链的垂直距离为50mm，水平距离为1.5H。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的转速偏差为±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允许须用值之内，摆动从动件9的升回运动规律均为等加速等减速运动，其他参数见设计数据。执行机构的传动率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。

2.4设计任务

①：拟定2~3个其他执行机构，并作出分析 ②：用图解法确定机构的运动尺寸 ③：导杆机构的运动分析 ④：导杆机构的动态静力分析

⑤：编写设计说明书

指导教师：

3 系统传动方案设计

3.1电动机类型和结构的选择

因为本传动的工作状况是：载荷力大转。所以选用常用的封闭式Y（IP23）系列的电动机。

3.2电动机容量的选择

1） 工作机所需功率Pw Pw＝30kW

2） 电动机的输出效率 η＝0.895

3.3电动机转速的选择

nd＝（i1’·i2’?in’）nw

初选为同步转速为750r/min的电动机

3.4电动机型号的确定

由资料查出电动机型号为Y225M-8,其额定功率为30kW，满载转速750r/min。基本符合题目所需的要求

传动装置的总传动比及其分配

由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为： i＝nm/nw nw＝50 i＝15

3.5减速方案的确定

构思一个合理的传动系统。它可将电机的高速转动（750 转/分）变换为执行机构的低速转动。构思机构传动方案时，能较为合理地分配各部分的传动比. 皮带传动比i0=3

由电动机传出的转速为750转/分，经过皮带轮减速度变为250，再经过齿轮减速最后输出的速度为48转/分。

齿轮箱中齿轮的齿数Z1=12；Z2=40；Z3=20；Z4=30；

根据传动比i14=所有从动轮的齿数积/所有主动轮的齿数积

所以 i14=40x30/12x20=5 所以总的传动比 i=3X5=15 基本符合条件要求

4 执行机构运动方案的比较与选择

方案一 方案二

摆动导杆机构和曲柄滑块机构 曲柄滑块机构与摇杆滑块机构串联

方案三

偏置摇杆滑块机构

方案（1）由摆动导杆机构和曲柄滑块机构而成。传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。

方案（2）由曲柄滑块机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比较好，但在曲柄摇杆机构中，随着行程速比系数K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间大。

方案（3）采用。结构不能能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的摆杆，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏

比较以上三种方案，从全面衡量得失来看，方案（1）作为刨削主体机构系统较为合理。

5确定运动方案的尺寸

已知条件：刨刀的行程H=310 mm； 行程速比系数K=1.46；最大切削阻力 Pr=4500；极位

?夹角：??180导杆长度：lBO4k?11.46?1?180??33.66? k?11.46?1H13101???536mm

?2sin2sin16.832连杆长度：lBC=0.25lBO4=134mm 曲柄长度:lAO2?lO2O4sin?2?380*sin16.83?110mm

为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性；即要求设计时使得机构的最大压力角具有最小，,应此分析得出:只有将构件5即B点移到两极限位置连线的中垂线上,才能保证机构运动

过程的最大压力角具有最小值。分析如下：

解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为?3，刨头可能的最大压力角位置是导杆B和B，设压力角为?1 ，?2 （见上图）。根据几何关系?3=

'?2??1。由于?2与?1，?3呈背

离关系，即?2增加则?1，?3减小且?3＞?1。则要使机构整体压力最小，只要有?2=?3，当

1?lBO4(1?cos)2所以 刨头处于导杆摆弧平均置处?1 =?2，则 arcsin?2?2lBC1?1yCO4?LBO4?lBO4(1?cos)?536?*536(1?cos16.83)?536?11.5?524.5mm

2226导杆的运动分析

6.1曲柄位置“1”速度分析，加速度分析

（列矢量方程，画速度图，加速度图）

取曲柄位置“1”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。

ω2=2πn2/60 rad/s=6.28rad/s

υA3=υA2=ω2·lO2A=6.28×0.11m/s=0.69m/s（⊥O2A）

取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 υA4=υA3+υA4A3

大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2

a3P图1-2

则由图1-2知， υA3=Pa4·μv=69×0.01m/s=0.69 m/s

υ

A4A3

=0 m/s

用速度影响法求得，

υB5=υB4=0 m/s

又 ω4=υA4/ lO4A=0 rad/s

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

υC5=υB5+υC5B5

大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。

则由图1-2知， υC5= Pc5·μv=0m/s υC5B5=0m/s ωCB=0 rad/s

2加速度分析：

取曲柄位置“1”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，

故

aa=A2

nn,其大小等于ω2lO2A,方向由A指向O2。 A32

ω2=6.28rad/s,

aa

=A3nn

=ω2·LO2A=6.28×0.11 m/s=4.34m/s A2

2222

取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 =

a

nA4

+ aA4= aA3

τn

+ aA4A3

K

+ aA4A3

v

大小: ? ω4lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?

方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左） ∥O4B（沿导路）

2

取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s）/mm, 作加速度多边形如图1-3所示.

2

a'3P'b'c'图１—3

则由图1-3知,

2

aA4 =P′a4′·μa =4.3m/s

2

用加速度影象法求得aB5 = aB4 =6.38 m/s 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

nτ

ac5= aB5+ ac5B5+ a c5B5

大小 ? √ √ ? 方向 ∥XX √ C→B ⊥BC

其加速度多边形如图1─3所示,有

2

ac5 =p ′c5′·μa =0.58 m/s

6.2曲柄位置“6”速度分析，加速度分析

（列矢量方程，画速度图，加速度图）

取曲柄位置“6”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得

υA4=υA3+υA4A3

大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。

Pa3cba2

图１—4

则由图1-4知，υA4=pa4·μv=61×0.01=0.61 m/s

υA4A3=a3a4·μv=34×0.01m/s=0.34 m/s υB5=υB4=υA4·O4B/ O4A=0.81 m/s

取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得

υC5=υB5+υC5B5

大小 ? √ ?

方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC

其速度多边形如图1-4所示，有

υC5= Pc5·μv=79×0.01=0.79 m/s

取曲柄位置“6”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得

n τn kγ

aA4= a A4+ a A4= a A3+ a A4A3 + a A4A3

2

大小 ? ω4lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?

方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）

2

取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.05（m/s）/mm,作加速度多边形图1-5

110:1c6'a4'a''41a3'k'c5'b'

图1-5

τ″22

则由图1─5知， a A4= a4′a4·μa =24×0.05 m/s =1.2m/s

″τ2=2 α4= a A4∕lO4A = 21×0.05 m/s1.05 m/s

2 2

a A4 = p′a4′·μa = 33×0.05 m/s=1.65 m/s

用加速度影象法求得

2

a B5 = a B4 = a A4 ×lO4B/lO4A=0.125 m/s

取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得

nτ

aC5= aB5+ aC5B5+ aC5B5

大小 ? √ √ ? 方向 ∥xx √ C→B ⊥BC

其加速度多边形如图1─5所示，有

τ″22 aC5B5= C5′C5·μa =23×0.05 m/s =1.15 m/s

″22

aC5 = p′C5·μa =41×0.05m/s =2.05 m/s

7导杆机构的动态静力分析

取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图1─6所示。

FI6S6G6Fr45图1—6

2

已知G6=700N，又ac=ac5=0.58m/s,那么我们可以计算 FS6=- G6/g×ac =-700/10×0.58=-40.6N

又ΣF=P+G6+FS6+Fp45+FR16=0，作为多边行如图1-7所示，μN=10N/mm。

FrG6r45FI6G6

图1-7

由图1-7力多边形可得：

FR45=-aFR45·μN=-40×10N=-400N FR16= FS6 FR16·μN=4.06×10N=40.6N

分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，

已知： FR54=-FR45=400N，G4=200N

由此可得： FS4=-G4/g×aS4 =20×4.3=86N

MS4=-JS4·αS4=-1.1×4.3/0.3637 N·m= -11.N·8m 在图1-8中，对A点取矩得：

。。。τ

ΣMA=FR54cos8lAB+MS4-FS4·cos60·ls4A-G4sin13·lS4A+FO4·O4A=0

Fr54Fr23FI4G4Fr14Fr14

代入数据， 得FO4

τ

图1-8

=-170.6N 图1-9

Fr54Fr14Fr23Fr14FI4G4 又 ΣF=FR54+FR32+FS4'+G4+FO4+FO4=0,作力的多边形如图1-9所示，μN=10N/mm。 由图1-9可得：

τ

FR23=FO4FR32·μN=66.97×10N=669.7N

nn

FO4=aFO4·μN=4.9×10N=49N

对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-10所示， μL=10N/m。

n

τ

Fr12Fr32 图1-10

Fr32=669.7N

8设计心得与体会

首先在这儿我要感谢我们的老师，在这么冷的天还来教室指导我们课程设计，最开始我们是一点都不懂，是你们一步一步的引导我们进入主题，是你们在最困难的时刻给我们指导，是你们给了我们方向，这一周你们辛苦了！其次呢我要感谢我的组员们，没有你们的资料，没有你们的讨论我们是不可能完成这个课程设计的。

这次牛头刨的课程设计我们用了一周的时间，现在想起来感觉真的是很深，就是我们最开始对这个是一窍不通，一点眉目都没有，然后我们一个小组十多号人聚在一起就在那儿讨论，

从最开始的版面设计、方案设计、参数讨论等工作的继续，都凝聚我们小组的心血.从查资料到定稿，从理论到实践，组里的每个成员都付出了很多，也成长了很多。这一周不仅巩固了原来的所学东西，而且学到了很多理论和实际结合的知识和认识到了团队合作的力量。

我主要负责的是全局的一个整理和方案设计，这次对方案的设计我并非是叫同学们每人设计一个方案出来，这样的话我觉得可能有点难，因为要每个人都不想重是很困难的，于是我采取了，叫每人设计一个机构将我们这个方案分成原动机构、导杆机构和执行机构，这样的话对每个人的难度就会下降，然后我们再将这些构件拼接起来就成了。

机械原理课程设计使我们第一次认识到机械设计并最终在以后的日子了创造或者创新出新的机器，为这个社会的文明进步发挥着重要作用。我们应该珍惜每次的机会。珍惜这个机会不多的实践机会。

9参考文献

[1] 孙桓，陈作模．机械原理[M]。北京：高等教育出版社，2006 [2] 张春林，曲继芳.机械创新设计[M]。北京：机械工业出版社，2001 [3] 王大康。机械设计综合课程设计。机械工业出版社，2007 [4] 邓危梧，林茉君。理论力学。重庆大学出版社，2007 [5]王大康。机械综合设计。机械工业出版社，2007

10教师评语

教师点评： 该生在课程设计期间学习态度认真，能积极的问问题，能按要求设计，并能团结小组成员，积极组织小组成员讨论问题，综合运用运用所学知识，完成课程设计。说明书比较规范，图面整洁，布局合理，论文文理通畅，分析正确，书写工整，基本符合要求。答辩时能熟练、正确的回答问题。 成绩评定： 指导教师： 2011年1月9日