牛頭刨床機構的分析與綜合
一、課程設計的目的和任務
1、目的
機械原理課程設計是培養學生掌握機械系統運動方案設計能力的技術基礎課程，它是機械原理課程學習過程中的乙個重要實踐環節。其目的是以機械原理課程的學習為基礎，進一步鞏固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養學生分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力，使學生熟悉機械系統設計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學和動力學的分析和整體設計等，並進一步提高計算、分析，計算機輔助設計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力。
2、任務
本課程設計的任務是對牛頭刨床的機構選型、運動方案的確定；對導桿機構進行運動分析和動態靜力分析。並在此基礎上確定飛輪轉慣量，設計牛頭刨床上的凸輪機構和齒輪機構。
二、工作原理與結構組成
牛頭刨床的簡介
牛頭刨床是用於加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削工具機，多用於單件或小批量生產。
為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執行構件—刨刀能以數種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復直線移動，且切削時刨刀的移動速度低於空行程速度，即刨刀具有急回現象。刨刀可隨小刀架作不同進給量的垂直進給；安裝工件的工作台應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作台還應具有公升降功能，以適應不同高度的工件加工。
圖1為其參考示意圖。電動機經過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動執行機構（導桿機構和凸輪機構）完成刨刀的往復運動和間歇移動。刨床工作時，刨頭6由曲柄2帶動右行，刨刀進行切削，稱為工作行程。
在切削行程h中，前後各有一段0.05h的空刀距離，工作阻力f為常數；刨刀左行時，即為空回行程，此行程無工作阻力。在刨刀空回行程時，凸輪8通過四桿機構帶動棘輪機構，棘輪機構帶動螺旋機構使工作台連同工件在垂直紙面方向上做一次進給運動，以便刨刀繼續切削。
圖1三、設計方案的確定
方案（a）採用偏置曲柄滑塊機構。結構最為簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點。一是由於執行件行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機構所需活動空間較大；二是機構隨著行程速比係數k的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。
方案（b）由曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構串聯而成。該方案在傳力特性和執行件的速度變化方面比方案（a）有所改進，但在曲柄搖桿機構abcd中，隨著行程速比係數k的增大，機構的最大壓力角仍然較大，而且整個機構系統所佔空間比方案（a）更大。
（c）方案（c）由擺動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯而成。該方案克服了方案（b）的缺點，傳力特性好，機構系統所佔空間小，執行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。
比較以上三種方案，從全面衡量得失來看，方案(c)作為刨削主體機構系統較為合理。
四、減速方案的確定
1. 構思乙個合理的傳動系統。它可將電機的高速轉動（960 轉/分）變換為執行機構的低速轉動。構思機構傳動方案時，能較為合理地分配各部分的傳動比，最後繪出機構傳動示意圖。
齒輪箱中齒輪的齒數z1=10；z2=20；z3=10；z4=20；
根據傳動比i14=所有從動輪的齒數積/所有主動輪的齒數積
所以i14=20x20/10x10=4
所以總的傳動比 i=4x4=16
符合條件要求
五、確定傳動機構的尺寸
已知條件：刨刀的行程h=310 mm； 行程速比係數k=1.46；最大切削阻力 pr=6000；
1）.根據所給資料確定機構尺寸
極位夾角：
導桿長度： mm
連桿長度： =0.28 =150mm
曲柄長度: mm
為了使機構在運動過程中具有良好的傳動力特性；即要求設計時使得機構的最大壓力角具有最小，,應此分析得出:只有將構件5即b點移到兩極限位置連線的中垂線上,才能保證機構運動過程的最大壓力角具有最小值。分析如下：
解：當導杆擺到左邊最大位置時，最大壓力角為，刨頭可能的最大壓力角位置是導桿b和，設壓力角為， （見下圖）。根據幾何關係=。
由於與，呈背離關係，即增加則，減小且＞。則要使機構整體壓力最小，只要有=，當刨頭處於導桿擺弧平均置處=，則所以
2）.機構運動簡圖的繪製
選取一長度比例尺，機構運動簡圖的繪圖工作要求在計算機上使用cad完成。如圖所示
六.運動分析及公式推理
1、導桿的運動分析
要求：導桿機構的運動分析。根據已定出的尺寸引數及原動件轉速n,用解析法求出當曲柄轉角θ1從刨頭處於最左側起，沿轉動方向沒隔10度計算一組運動引數，其中包括各構件的角位置，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側為零點），速度和加速度；並用計算機輔助設計在同一副圖中繪出刨頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線，並分析結果合理性步驟：
分析：解：如圖建立一直角座標系，並標出各桿矢及其方位角
1） 由封閉形o2ao402可得： （為機架）
分別在x，y軸上投影可得1）
2）2）由封閉圖形bcg可得： （為g的距離）
分別在x，y軸上投影得3）
4）聯解（1）（2）（3）（4）得：
θ=arctan0, /2] [3/2,2]
θ=+ arctan2,3/2]
θ=arcsin0, /2] [3/2,2]
θ=- arcsin2,3/2]
*c點的位移： = lcosθ+ lcosθ
= lcosθ/ cosθ
*c點的速度： =
*c點加速度： =
七.靜力分析
1) 對曲柄,由平衡條件有：
=0, +=0； =0, +=0；
=0； lsinθ2-lcosθ2-t=0
2）對導桿，又平衡條件有：
=0, f+f-fsinθ=0 ；
=0, f+f+ fcosθ-mg=0；
=0, - flsinθ+ flcosθ-1/2 mg lcosθ+ fs=0
2) 對滑塊, 由平衡條件有
=0, fsinθ-f=0
=0, - fcosθ-f=0
4)對連桿，由平衡條件有
=0, -f-f=0；
=0, f-f=0；
=0， flcosθ+ flsinθ=0
綜上所述聯立方程求得
f=- f
f=- ftanθ
f=- ftanθ
f=（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）/ s
f=- f+（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）sinθ/ s
f= mg- ftanθ-（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）cosθ/ s
f=-（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）sinθ/ s
f=（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）cosθ/ s
= f= f
t=（flsinθ- ftanθlcosθ+1/2 mg lcosθ）lcos(θ-θ)/ s
*將資料和公式輸入excel 工作表中
分析結果如下所示：
各線圖如下：
平衡力矩的變化曲線如下
參考文獻
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4. 黃茂林，秦偉主編. 機械原理. 北京：機械工業出版社，2002
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8. 劉會英，於春生主編. 機械設計基礎. 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社， 1997
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12. 朱龍根，黃雨華主編. 機械系統設計. 北京：機械工業出版社， 1990
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14. 徐灝. 機械設計手冊，第二版. 北京：機械工業出版社， 2000
目錄一．課程設計的目的和任務
二．工作原理與結構組成
三．設計方案確定
四．減速方案的確定
五．確定傳動機構的尺寸
六．運動分析及公式推理
七．靜力分析
八．參考文獻
機械原理課程設計 牛頭刨床
一 課程設計任務書 1.工作原理及工藝動作過程 牛頭刨床是一種用於平面切削加工的工具機。刨床工作時,如圖 1 1 所示，由導杆機構2 3 4 5 6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低並且均勻 刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提...
機械基礎課程綜合設計 牛頭刨床 說明書
機械基礎課程綜合設計 設計計算說明書 設計題目牛頭刨床機械系統 機械學院機自專業 2 級班 姓名學號 完成日期 7月11日 指導教師杜靜老師 重慶大學國家工科機械基礎教學基地 檔案袋封面格式 題目 牛頭刨床機械系統 課程設計名稱 機械基礎課程綜合設計學年 學期 2006 2007第二學期 學生所在學...
機械原理課程設計說明書牛頭刨床
題目牛頭刨床主傳動機構的分析與設計 院系 資訊工程學院 班級 10機械2班 學號姓名指導教師 完成時間 2012年6月24日 目錄1,任務書3 2,摘要14 3，工藝原理分析15 4，工藝動作分析15 5，機械運動迴圈圖16 6，機構選型方案評價17 7，機械運動簡圖繪製22 8，運動分析，尺度綜合...