目 录
1前言............................................................ - 2 - 2设计任务 ........................................................ - 3 - 2.1 设计题目 .................................................. - 3 - 2.2 工作原理及工艺动作过程 .................................... - 3 - 2.3 原始数据及基本要求 ........................................ - 4 - 2.4设计任务 ................................................... - 4 - 3 运动简图 ....................................................... - 4 - 4确定运动方案的尺寸 .............................................. - 5 - 5导杆的运动分析 .................................................. - 6 - 5.1曲柄位置“1”速度分析，加速度分析 .......................... - 6 - 5.2曲柄位置“7”速度分析，加速度分析 .......................... - 7 - 6导杆机构的动态静力分析 .......................................... - 9 - 7位移、速度、加速度曲线图 ....................................... - 13 - 7.1位移曲线图 ................................................. - 6 - 7.2速度曲线图 ................................................. - 6 - 7.3加速度曲线图 ............................................... - 6 - 8设计心得与体会 ................................................. - 13 - 9参考文献 ....................................................... - 15 -
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。
- 2 -
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。
- 3 -
2.3 原始数据及基本要求
1.原始数据 项目 数量或条件 单位 曲柄长度lO2A 110 mm 刨头行程H 312.63 mm 行程速比系数K 1.4599 / 刨头驱动力的压力角 整个运动循环中的?max具有最小值 度 2.基本要求
（a）刀具切削行程H=312mm
（b）刀具行程速比系数K=1.4599
（c）电动机转速1440转/ 分钟，切削进给工作频率60次/分钟 （d）最大压力角?min＜5o
2.4设计任务
①：拟定2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
3运动简图
- 4 -
4确定运动方案的尺寸
已知条件： 项目 导杆重量G4 滑块重量G6 切削阻力Fr 数量 单位 200 N 700 N 7000 N LO4S4 YF XS6 YS6 导杆转动惯量JS4 1.1 kg?m2 1/2LO4B 80 240 50 mm mm mm mm
k?11.46?1?180??33.66? 夹角：??180?k?11.46?1H?312.63?/sin?539.89mm 导杆长度：LO4B=/sin?2222连杆长度：lBC=0.25lBO4=134.97mm LO2O4?lo2Asin??110sin??379.92mm
22 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?3减小且?3＞?1。呈背离关系，即?2增加则?1，则要使机构整体压力最小，只要有?2=?3，
- 5 -
1?lBO4(1?cos)2所以 当刨头处于导杆摆弧平均置处?1 =?2，则 arcsin?2?2lBC滑块导路与O4间的距离：L?
1?O4B(1?cos)?528.38mm 225导杆的运动分析
5.1曲柄位置“1”速度分析，加速度分析
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 υA3=υA4+υA4A3
大小 √ ？ ？ 方向 ⊥O2A ⊥O4A ∥O4B
作速度多边形：
则由图知： υA3A4=0.69 m/s
υB=0 m/s
υA4=0 m/s
又 υC = υB + υCB
大小 ? υA4*O4B/O4A ?
方向 水平 ⊥O4B ⊥BC
所以 υC=0 m/s
取曲柄位置“1”进行加速度分析。
ω2=6.28rad/s, aA3=ω22·LAO2=6.282×0.11 m/s2=4.34m/s2
ω4=υA4/LAO4=0m/s
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA3 = aA4n + aA4τ + aA3A4r + aA3A4K
方向: A→O2 A→O4 ⊥BO4 //BO4 ⊥BO4
22
大小： AO2ω2 AO4ω4 ? ? 2ω4υA3A4
- 6 -
作加速度多边形如图所示.
则由图知,
aA4t = 4.3m/s2 aAB = 4.3m/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
aC = aB + aCBn + aCBt
方向 水平 √ C→B ⊥BC
2
大小 ？ √ VC/BC ?
其加速度多边形如图所示
aC=6.5 m/s2
5.2曲柄位置“7”速度分析，加速度分析
取曲柄位置“7”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
υA3 = υA4 + υA3A4
大小 √ ？ ？ 方向 ⊥O2A ⊥O4A ∥O4B
作速度多边形如图
则由图知，
υ3 = 0.69m/s
υA4 = 0.34 m/s
υA3A4 = 0.58 m/s
取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC = υB+ υCB 大小 ? υA4*O4B/O4A ?
方向 水平 ⊥O4B ⊥BC
其速度多边形如图所示
- 7 -
υCB = 0.12 m/s υB = 0.46 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
ω2=6.28rad/s, aA3=ω22·LAO2=6.282×0.11 m/s2=4.34m/s2
ω4=υA4/LAO4=0.89m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA3 = aA4n + aA4τ + aA3A4r + aA3A4K
方向: A→O2 A→O4 ⊥BO4 //BO4 ⊥BO4 大小： AO2ω22 AO4ω42 ? ? 2ω4υA3A 作加速度多边形图
则由图知，
aA4″= 4.8 m/s2
aA3 = 4.3 m/s2
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
aC = aB + aCBn + aCBt
方向 水平 √ C→B ⊥BC
大小 ？ √ VC2/BC ?
其加速度多边形如图所示
- 8 -
aB = 6.1 m/s aC = 6.0 m/s2
2
6导杆机构的动态静力分析
取“7”点为研究对象，对构件6进行运动静力分析，作阻力体如图所示。
已知 G6 = 700N， Fr = 7000N 又aC = 6.0m/s2,
那么我们可以计算
- 9 -
Fi6 =- G6/g×ac =-700/10×6.0 = 420N
又ΣF = R56 + Fi6 + Fr + G6 + R16 = 0，
方向 C→B aC反向 水平向左 ↓ ↑
大小 ？ maC= √ √ ？
作为多边行如图所示
由图力多边形可得：
R56 = 7350N
R16 = 910N
对构件5进行运动静力分析，杆组力体图如图所示
得 R45 = 7350N
10 - -
对构件4进行运动静力分析，杆组力体图如图所示
已知： G4=200N Js4 = 1.1kg?m
2
由此可得：
Mi4= -JS4·α4 = -1.1×4.8/0.428 N·m= -12.34 N·m
在图中，对A点取矩得：
ΣMO4 = R54h54 - R34h34 – MI4 – Fi4hi4 – G4h4 = 0
11 - -
代入数据， 得R34 = 9072 N
又 ΣF = R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14 = 0
方向 √ ⊥O4B 与a4反向 ↓ ？
大小 √ √ mas4 √ ？
作力的多边形如图所示
R14 = 2500N
对构件3进行运动静力分析，作组力体图如图所示，
得 R43 = 9072N
R23 = 9072N
12 - -
对构件2进行运动静力分析，作组力体图如图所示
得 Mb = R32 * h = 5.44×10 KN·m
-2
7位移、速度、加速度曲线图
7.1位移曲线图
13 - -
7.2速度曲线图
7.3加速度曲线图
14 - -
8设计心得与体会
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。但是，在指导老师一次次的讲解之后渐渐的开始明白，思路也逐步清晰。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。
十几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势?..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题
15 - -
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] 陈忠安，王静。材料力学。北京大学出版社，2009 [3] 盛东安，刘军。理论力学。北京大学出版社，2007
[4] 张佑林，王琳。现代机械工程图学教程。科学出版社，2007
16 - -