牛头刨床课程设计12 4点位置说明书

机械原理 课程设计说明书

设计题目：牛头刨床的设计

机构位置编号：12,4

方案号：1

班 级：25041001 姓 名：宋函卿 学 号：13

2013年 1 月 11 日

1

目录

一、机构简介 ………………………………………………………2

导杆机构的运动分析 ……………………………………2 计算数据 …………………………………………………2

二、设计（计算）说明书…………………………………………5 1.导杆机构的设计

（1）画机构的运动简图 …………………………………………6 （2）对位置12,4进行速度分析和加速度分析…………………8 （3）对位置12点进行动态静力分析………………………………12

2.凸轮机构的设计……………………………………………………16 3.齿轮机构的设计……………………………………………………21 三、课程设计总结…………………………………………………24 四、参考文献 ……………………………………………………… 25

2

一、设计题目：牛头刨床

牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。

它的主要五大特点有：

1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。

2、刨床的进给系统采用凸轮机构，有10级进给量。改变走刀量，也非常方便。

3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。

4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。

5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停车时，可不必切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。 我的课设是方案一

二、牛头刨床机构简介

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，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（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，见图1，b），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。

3

图一：牛头刨床机构简图及阻力曲线图

4

三、设计数据

方案 单位 符号 内容 导杆机构的运动分析 导杆机构动态静力分析 n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6 G4 G6 P yp Js4 r/min mm N mm kg.m2 一 方案 单位 符号 内容 60 380 110 540 135 270 240 50 200 700 7000 80 1.1 凸轮机构的设计 齿轮机构的设计 ￠ lo7D [a] &0 &01 &0\ do5 do3 m12 mo31 a ° 一

15 mm 125 ° 40 75 10 mm 75 100 300 6 3.5 ° 20

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四、设计内容

一、导杆机构的运动分析

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：（1）做机构的运动简图

（2）并作机构上12,4两位置的速度、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。

曲柄位置图的作法为取1 和8?为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1?和7?为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…12 等，是由位置1 起顺?w2 方向将曲柄圆周作12 等分的位置。

步骤：

1）设计导杆机构。

按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6 的导路x-x 的位置可根据连杆5 传力给滑块6 的最有利条件来确定，即x-x 应位于B 点所画圆弧高的平分线上。

2）作机构运动简图。选取比例尺在1号图纸上画出12,4两个曲柄位置作出机构的运动简图， 其中12位置用粗线画出。取滑块6 在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14 个机构位置。

导杆机构的速度加速度图作图过程

1.选取长度比例尺μ 1:2，作出机构在位置12，4的运动简图。

2.

12号位置速度加速度分析：

6

A点的速度分析图

取构件3和4的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。 对构件2：VA2=ω2·LO2A=（60X2π）/60x0.11=0.69 m/s

对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.69 m/s 对构件4：VA4=VA3+VA4A3

大小： ？ √ ？

方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4

取速度极点P，速度比例尺μv =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如下图所示。 得：VA4

?4= VA4/ LO4A

VA4A3

VB4 =

?4 X LO4B

VB5 = VB4

对构件4：VC5=VB5+VC5B5 大小： ？ √ ?

方向：//XX ⊥o4B ⊥CB

取速度极点P，速度比例尺μv =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如上图所示。 得：VC5=0.6168 m/s

位置12的加速度分析

对构件2：aA2=w2 2·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s2

对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4.338 m/s2 对构件4：aA4= a A4n + a A4τ= aA3+ a A4A3k + a A4A3r

大小：? ω42lO4A ? √ √ ? 方向：? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B //O4B

取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。

a A4A3k= 2ω4υA4 A3

2=?4?lAO4

作加速度多边形如下图所示。

对构件5：: aC5= aB5 n + aB5 t+ aC5B5n+ aC5B5τ

大小: ？ √ √ √ ？ 方向： ∥xx B→O4 ⊥BO4 ⊥CB C→B

取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。 作加速度多边形如下图所示。得：

=9.059m/s2,

7

==9.059m/s2 （→）

得出：

VC = 0.6168 m/s

得出：

aC=9.059m/s（→）

2

4号位置

位置4的速度分析

取构件3和4的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。

对构件2：VA2=ω2·LO2A=（60X2π）/60x0.11=0.69 m/s

对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.69 m/s 对构件4：VA4=VA3+VA4A3 大小： ？ √ ？

方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4

取速度极点P，速度比例尺μv =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如下图所示。

8

得：VA4=0.0.67212m/s，

?4= VA4/ LO4A=0.67212/0.48633=1.382 rad/s（顺时针）

VA4A3=0.15607m/s（A指向o2）

VB4 =

?4 X LO4B=1.382*0.54=0.74628 m/s

VB5 = VB4=0.74628m/s 对构件4：VC5=VB5+VC5B5

大小： ？ √ ?

方向：//XX ⊥o4B ⊥CB

取速度极点P，速度比例尺μv =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如上图所示。 得：VC5=0.74845 m/s

位置4的加速度分析

对构件2：aA2=w2 2·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s2

对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4.338 m/s2 对构件4：aA4= a A4

n +

τ

a A4= aA3+ a A4A3

k

+ a A4A3

r

大小：? ω42lO4A ? √ √ ? 方向：? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B //O4B

取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。

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a A4A3 2ω4υA4 A3=2*1.382*0.15607=0.4314 m/s2

2=?4?lAO4=1.382*1.382*0.48633=0.92889 m/s2

k=

作加速度多边形如上图所示。得：

= 0.5498m/s2 ，

=1.1079m/s2

0.5498/0.48633=1.1305

1.1305*0.54=0.61407 m/s2 1.382*1.382*0.54=1.03136m/s

对构件5：: aC5= aB5 n + aB5 t+ aC5B5n+ aC5B5τ

大小: ？ √ √ √ ？ 方向： ∥xx B→O4 ⊥BO4 ⊥CB C→B

取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。 作加速度多边形如上图所示。得：

=0.6176m/s2, =

=0.6176m/s2

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三、凸轮机构设计

㈠ 凸轮机构的设计要求概述：

⒈已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓㈠ 凸轮机构的设计要求概述 画在2号图纸上。

该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。 各数据如表： 符号 ψmax lO9D Φ Φs Φ’ 【α】 单位 数据

度 mm 度 75 10 75 度 40 15 . 125

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2.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表： 推程0≤2φ≤Φo /2 回程Φo+Φs≤φ≤Φo+Φs+Φ'o/2 ψ=24*Φ*Φ/(25*π) ω=96φ/25 β=192π/25 推程Φo /2≤φ≤Φo ψ=π/12-24（φ-17π/36）2/25π ω=-96（φ-17π/36）2/25 β=-192π/25 回程Φo+Φs+Φ’o/2≤φ≤Φo+Φs+Φ’o ψ=24（8π/9-φ）2/25π ω=-96（8π/9-φ）2/25 β=192π/25 ψ=π/12-24（5π/12-φ）2/25ω=96（5π/12-φ）2/12 β=-192π/25

3.依据上述运动方程绘制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲线： （1）、角位移曲线：

ψ（）φ（）φ（）图(1)

①、取凸轮转角比例尺μφ =1.25°/mm和螺杆摆角的比例尺μψ=0.5°/mm在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33＇代表(先做前半部分抛物线).做03的等分点1、2两点，分别过这两点做ψ轴的平行线。 ②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1＇和2 ＇。

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③、将坐标原点分别与点1＇,2＇,3＇相连,得线段O1＇,O2＇和03＇,分别超过1,2,3点且平行与Ψ轴的直线交与1＂,2＂和3＂.

④、将点0,1＂,2＂,3＂连成光滑的曲线,即为等加速运动的位移曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似. (2)角速度ω曲线:

①、选凸轮转角比例尺μφ=1.25°/mm和角速度比例尺μω=0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。

ω（）＇φ（°）10＇图(2)②由角速度方程可得φ=φo/2, ω= ωmax ,求得v换算到图示长度,3点处φ=Φ0/2,故ωmax位于过3点且平行与ω轴的直线.由于运动为等加速、等减速,故连接03＇即为此段的角速度图,下一端为等减速连接3＇6即为这段角速度曲线。 ③其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。 (3)角加速度曲线:

①选取与上述相同的凸轮转角比例尺μ

φ

=1.25°/mm和角加速度比例尺μ

β

=0.8038(rad/s)/mm在轴上截取线段代表。

②由角加速度方程求的角加速度β.因运动为等加速,等减速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.

③13段为加速段β为正值,β轴上取β做平行于13的直线段即为1、3段的加速度，其余各段与3做法相似。

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序号 0 偏角 0°

1 1.875° 2 3 4 15° 5 15° 6 13.125° 7 7.5° 8 9 7.5° 13.125° 1.875° 0° β(°)φ(°)图(3)

４作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计： ⑴设计原理

设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（－ω）（ω为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（－ω）绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心相对机架

摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。

⑵设计凸轮轮廓： Ａ、绘制凸轮的理论轮廓线［既滚子轴心实际轮廓］

①

将ψ－φ 曲线图（如图（1））的推程运动角和回程运动角个分成4等份，

按式求个等分点对应的角位移值：ψ1=μψ1*11＇＇，ψ1=μψ2*22＇＇，……，的数值见表（1）。

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②

选取适当的长度比例尺μl定出O2和O9的位置（选取μl=0.002m/mm）。

以O2为圆心，以r0/μl为半径，作圆，再以以O2为圆心，以rb/μl为半径作基圆。以O9为圆心，以l Oo9D/μl为半径，作圆弧交基圆与DO（D’O）。则O9DO便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置DO位于中心线O2O9的左侧。

③ 以O2为圆心，以l Oo9 O2/μl为半径作圆，沿（-ω）[即为逆时针方向]自O2O9开始依次取推程运动角Φ0=75°，远休止角Φs=10°，回程运动角 Φo’=75和远休止角Φs’=200°,并将推程和回程运动角各分成4等份,得O91 ,O92, O93……O99各点。它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。

④ 分别以O91 ,O92, O93……O99为圆心，以l O9D/μe为半径画圆弧，它们与基圆相交于D’1 ，D’2 ，D’3……D’9，并作∠D’1O91D1，∠D’2O9rD２……分别等于摆杆角位移ψ1，ψ2，ψ3……。并使O91D1= O91 D’1，O92D2= O92D’2，……则得D1，D2，……D9（与D’9重合）各点，这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹点。

⑤ 将点D1，D2，……D9连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。 B、绘制凸轮的实际轮廓：

① 在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。

② 作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。 C、校核轮廓的最小曲率半径ρmin：

在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径rt 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。

在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E，以E为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点F和G为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于H、I、J、K四点；连HI、JK得交点C，则C点和长度CE可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和曲率半径ρmin。

由图可知，CE＞rt，故该凸轮轮廓的最小曲率半径ρmin符合要求。

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三、齿轮机构的设计：

一 、设计要求：

计算该对齿轮传动的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动的啮合图，整理说明书。

1、齿轮机构的运动示意图

2、已知各数据如表： 符号 单位 数据

二、计算过程：

n0’ r/min 1440 Z1 20 d0＇ 100 d0＇＇

m1，2 6 m0＇＇，1＇ n2 3.5 ɑˊ

r/min 度 60 20 mm 300 mm 因为no′/no″=do″/do′ 得no″=480r/min 分度圆直径（mm） 基圆直径（mm） 齿顶圆直径（mm） Z1 Z2 (20) 120 112.76 132 (80) 480 451 492 21

齿根圆直径（mm） 分度圆齿厚（mm） 分度圆齿距（mm） 中心距 no/n2\105 9.42 18.84 300 465 9.42 18.84 ?z2z1/zoz1 得z2?zz1no\/z1n2 ∴z2=80

'\\'三、绘制啮合图

齿轮啮合图是将齿轮各部分按一定比例尺画出齿轮啮合关系的一种图形.它可以直观的的表达一对齿轮的啮合特性和啮合参数,并可借助图形做必要的分析。

(1) 渐开线的绘制: 渐开线齿廓按渐开线的形成原理绘制,如图以齿轮轮廓线为例，其步骤如下:

① 按齿轮几何尺寸计算公式计算出各圆直径: do” ，do’’b，d o’’a，d o’’f，画出各相应圆,因为要求是标准齿轮啮合,故节圆与分度圆重合.

② 连心线与分度圆(节圆)的叫点为节点P,过节点P作基圆切线,与基圆相切与N1,则N1P即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段．

③ 将N1P线段分成若干等份：P1、12、23……

④ 根据渐开线特性N1O'?N1P，圆弧长不易测得，可按下式计算N10＇弧所对应弦长N10'： 代入数据： N10'??dbsin???＇

?N1P180??? ???db?按此弦长在基圆上取0点。

⑤将基圆上的弧长N10＇分成同样等份，的基圆上的对应分点1＇，2＇，3＇。

＇＇＇

⑥过1，2，3点作基圆的切线，并在这些切线上分别截取线段，使其

＇＇＇＇＇＇＇

1'1''?1p、2'2''?2p3'3''?3p……得１＇，２，３诸点，光滑连接０，＇＇＇１＇，２＇，３＇，各点的曲线即为节圆以下部分的渐开线。

⑦将基圆上的分点向左延伸，作出５＇，６＇，７＇…，取5'5''?5?p1、

＇＇6'6''?6?p1、…，可得节圆以上渐开线各点５＇，６＇．直至画到超出齿顶圆

为止。

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⑧当df＜db时，基圆以下一段齿廓取为径向线，在径向线与齿根圆之间以r＝０.２mm为半径画出过渡圆角；当df>db时，在渐开线与齿根圆之间画出过渡圆角。

（２）啮合图的绘制：

＇＇

①选取比例尺μl=2mm/mm, 定出齿轮Z0＇与Z1＇的中心以O＇O心作出基圆，＇分度圆，节圆，齿根圆，齿顶圆．

②画出工作齿轮的基圆内公切线，它与连心线0102的交点为点P ，又是两节圆的切点，内公切线与过P点的节圆切线间夹角为啮合角?'t

③过节点P分别画出两齿轮在齿顶圆与齿根圆之间的齿廓曲线． ④按已算得的齿厚和齿距P计算对应的弦长s和p。

?s180s?dsin??d???o?? ????p180p?dsin??d???????

AB?s,?AC?p

按s和p在分度圆上截取弦长得A,C点，则

⑤取AB中点D连０D两点为轮齿的对称线，用纸描下右半齿形，以此为模

板画出对称的左半部分齿廓及其他相邻的３个齿廓，另一齿轮做法相同。 ⑥作出齿廓的工作段。

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总结

在这次课程设计的过程中遇到了很多麻烦和困难，使我更加深刻的理解了用图解法作机构的速度及加速度的分析和动态静力分析，以及凸轮和齿轮的设计，巩固了所学知识。同时体验到了团结协作的力量。但是在做课程设计时候，对机械原理的某些知识掌握不全面，导致出现了一些问题，最后经认真检查，还有同学帮助下完成。无论是画速度多边形，加速度多边形还是力多边形都要认真审查方向问题，否则很容易出现错误，而影响工作效率。

无论是计算机还是手工绘图必须要足够的耐心和细心才能做好一个项目，长时间的电脑作业也使我体会到，计算机制图的辛苦，让我对机械绘图有了更深的理解。

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参考文献

1、机械原理、孙恒，陈作模，葛文杰主编、七版、北京、 2、机械制图、大连理工大学工程图学教研室、六版 3、机械原理课程设计任务书、长安大学

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/niso.html