牛头刨床主传动课程设计.doc

芜 湖 职 业 技 术 学 院
Wuhu Institute of Technology

课 程 设 计

题 目 机械设计Ⅰ课程设计
——牛头刨床主传动机构设计
姓 名 LX 学 号 1500000000
学 院 机械工程学院 年 制 三年制
专 业 机械设计与制造 班 级 机制15（2）

2016 年 6 月 20 日

芜 湖 职 业 技 术 学 院
课 程 设 计 任 务 书

2015 — 2016 学年

机械工程 学院 机械设计与制造 专业

编号150100000000

学生 LX

1.设计题目：机械设计Ⅰ课程设计
——牛头刨床主传动机构设计
2.原始资料：

牛头刨床传动系统设计任务书
一、牛头刨床简介
牛头刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件——刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台（执行构件之二）应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。
二、设计内容
1.运动方案设计和选择；
2.执行机构的尺寸设计；
3.轮系传动比设计计算；
原始数据：
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
刨枕往复运动（次/min）
48
49
50
52
50
48
47
55
60
机架lO2O4(mm)
380
350
430
360
370
400
390
410
380
工作行程H(mm)
310
300
400
330
380
250
390
310
310
行程速比系数K
1.46
1.40
1.40
1.44
1.53
1.34
1.50
1.37
1.46
连杆与导杆之比
lBC/ lO4B
0.25
0.3
0.36
0.33
0.3
0.32
0.33
0.25
0.28
横向进给量
0.33～3.3十档可调
电机转速（r/min）
1450

我们小组选择第7组数据

三、设计要求及设计参数
要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。设计参数如表1所示（以第3组数据为例）。刨床主传动机构参考示意图如图1所示。刨刀阻力曲线如图2所示。刨刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程。

表1 牛头刨床设计参数
主执行机构
曲柄转速n1
50
机架LAC
390
刨刀行程H
390
行程速比系数K
1.50
连杆与导杆之比LDE/LCD
0.33
工作阻力F(N)
4700
导杆质量m3(kg)
22
导杆转动惯量JS3(kgm2)
1.2
滑块质量m5(kg)
80
进给机构
从动件最大摆角y
15°
凸轮从动件杆长(mm)
130
推程许用压力角[a]推程
40°
回程许用压力角[a]回程
50°
滚子半径rr(mm)
15
刀具半径rc(mm)
0.08

图1
0.05H
0.05H
H
S
Pmax
P
图2 刨刀阻力曲线

芜湖职业技术学院

Wuhu Institute of Technology

课程设计说明书

设 计 题 目 机械设计Ⅰ课程设计——牛头刨床主传动机构设计
学 院 机械工程学院
专 业 机械设计与制造
学 号 及 姓 名
指导教师 姓 名

2016 年 6月

摘要
通过几周的学习，让我懂得牛头刨床的结构和作用，牛头刨床是用于加工小尺寸的平面，多用于单件或小批量生产，是一种刨削或加工平面的机床。这也是机械原理课程设计的一个重要环节。这次课程设计是分组完成的，不仅让同学们知道团结，也要懂得知识的互用。培养同学的团队合作精神。这次设计是对以前所学知识的巩固和加深，也培养同学的设计经验。让我的学习进一步提高，这将使我受益终生。

目录
摘要 7
第1章 运动方案设计和选择 10
1.1 运动方案设计和选择； 10
1.1.1运动方案设计 10
1.1.2 运动方案的选择 13
第二章 凸轮机构的设计 14
2.1凸轮的数据参数 14
2.1.1凸轮基本参数 14
2.1.2 运动规律选择 14
2.1.3.运动规律参数 14
2.1.4包络类型： 14
2.1.5设计方向 15
2.1.6.凸轮理论轮廓数据 15
2.2凸轮机构的设计 15
2.2.1凸轮轮廓曲线 15
2.2.2从动件运动角位移曲线 17
2.2.3机构工艺动作分解及运动循环图 18
第三章 轮系的传动比计算 19
3.1轮系的设计 19
总传动比i0 = 输入转速/输出转速 = 145°/47 =30.9 19
3.1.2 总带轮传动比 19
3.1.4 传动系统图 20
第四章 执行机构的尺寸设计 21
4.1执行机构的尺寸设计 21
第5章 棘轮机构的设计 24
5.1棘轮机构的设计 24
5.1.1棘轮的基本参数 24
5.1.2确定棘轮齿数Z并选择齿形 24
5.1.3棘轮的最大转角θmax 25
5.1.4几何尺寸计算 25
5.1.5棘轮和棘爪的工作图 26
第6章 结论与展望 28
6.1结论 28
6.2展望 28
参考文献 29
致谢 29

第一章 运动方案设计和选择
1.1 运动方案设计和选择；
1.1.1运动方案设计

设 计 计 算 与 说 明

主 要 结 果
方案一：

此方案结构简单，不会出现死点，由行程比系数k=1.5，极位夹角θ=36°，进而可算出在两极限位置摇杆所夹锐角为36°，又中心距LDD’=390mm,可知曲柄的长度LAF=126.7mm

θ=180°x （k-1/k+1）=36°

LAF=LAB/tan18°=126.7
比例 1：10

LAB=390mm
LAF=126.7mm
Smax=390mm
θ=36°mm

设 计 计 算 与 说 明

主 要 结 果
方案二：

此方案因为它的压力角较小不会出现压力角为90°的现象，此外它结构简单构件数和运动副比较少。
由左右极限位置处假设曲柄与摇杆垂直，由行程比系数k=1.5，极位夹角θ=36°，算出在两极限位置摇杆所夹锐角为36°，又中心距LAB=390mm,可知曲柄的长度LAF=120mm。根据导杆CD与BC比值为0.33算出LCD=208mm,摇杆长BC=632mm

θ=180°x （k-1/k+1）=36°

LAF=LAB/sin18°=120mm
LCD=LBC x 0.33=208mm

比例 1：10

LAB=390mm
LAF=120mm
LCD=208mm
LBC=632mm
θ=36°mm

设 计 计 算 与 说 明

主 要 结 果
方案三：

此方案中通过曲柄CD转动带连杆DAE旋转再由连杆DAE带动摆杆BE摆动，然后通过FG带动牛头刨往复运动，此机构虽然可驱使牛头刨往复运动，但其体积较大且摆杆较长，容易导致螺杆弯折。

θ=180°x （k-1/k+1）=36°

LCD=LAC/sin18°=121mm
LFG=LBF x 0.33=820mm

比例 1：10

LEG=820mm
LAB=390mm
LBF=2485mm
LCD=121mm
θ=36°mm
1.1.2 运动方案的选择

设 计 计 算 与 说 明

主 要 结 果

如图V所示此为主执行运动简图
最终选择此方案是因为它的最大压力角较小，不会出现死点，此外它是一个II级基本杆组，并且结构简单，构件数和运动副数目较少。

比例 1：10

LDD’=390mm
LAB=132mm
LDE=208mm
LCD=631mm
θ=36°mm
第二章 凸轮机构的设计
2.1凸轮的数据参数
2.1.1凸轮基本参数：
基圆半径 rb=90.000 mm
滚子半径 rt=15.000 mm
中心距 a=180.000 mm
摆杆长 L=130.000 mm
凸轮转速 n=50.000 rpm
刀具半径 rc=0.080 mm

2.1.2 运动规律选择：（中速中载）
推程运动规律:等加速等减速
回程运动规律:等加速等减速

2.1.3.运动规律参数：
最大摆角 Ψ=15.000°
推程角 Φ1=60.000°
远停角 Φ2=0.000°
回程角 Φ3=60.000°
近停角 Φ4=240°
初始角 Ψ0=27.796°

2.1.4包络类型：内包络

2.1.5设计方向：逆 向

2.1.6.凸轮理论轮廓数据：

转角Φ（°） 角位移ψ（°）
000° 00.00
015° 02.72
030° 09.32
045° 12.24
060° 15.00
075° 12.24
090° 09.32
105° 02.72
120° 00.00

μ=15°/11mm =1.36°/mm

2.2凸轮机构的设计
2.2.1凸轮轮廓曲线:

设 计 计 算 与 说 明
主要结果

1.基圆半径定为90mm，中心距定为180mm，目的是使得基圆半径不会超过AB的长度，即110mm，并且这样使得推程最大压力角较小。此时的推程最大压力角为25.033°，回程最大压力角为34.957°。使得最大压力角均在许用压力角范围内。
2. 推程角与回程角为60°，主要是考虑到刨刀回程为150°，则推程角与回程角之和不能超过150°。

图VII

2.2.2从动件运动角位移曲线

设 计 计 算 与 说 明
主要结果

图VII

2.2.3机构工艺动作分解及运动循环图
设 计 计 算 与 说 明
主要结果
（1）机构工艺工作：
牛头刨床的主运动为电动机→变速机构→
摇杆机构→滑枕往复运动；
牛头刨床的进给运动为电动机→变速机构→
棘轮进给机构→工作台横向进给运动。
（2）机构运动循环图

图VIII

第三章 轮系的传动比计算
3.1轮系的设计
3.1.1 传动系统设计
总传动比i0 = 输入转速/输出转速 = 145°/47 =30.9

3.1.2 总带轮传动比
由于皮带轮具有过载保护，其传动比不宜过大，选择其传动比iv=3，主动轮D1=100mm ，从动轮D2=200mm

3.1.3 齿轮传动比
iz = i0/I =10.3
iz= （Z4 x Z2）/（Z1x Z3）=10.3
设计m=5 ；z1=30；z2=60；z3=20；z4=103
3.1.4 传动系统图

第四章 执行机构的尺寸设计
4.1执行机构的尺寸设计
4.1.1 主执行机构运动简图

比例 1：10

4.1.2 执行机构数据计算

设 计 计 算 与 说 明
主要结果

LAB=LACxsin18°=132.88mm

LDE=LBCx0.33=208.24mm

LCD=H/2 /2 x sin（θ/2）=631.03mm

θ=180°x（k-1/k+1）=36°

ly = LBC – [LBC-LBCxCOS（θ/2）]/2
= 1/2LBC+ 1/2LBC COS（θ/2）
= 1/2LBC[1+COS（θ/2）]
=1/2 x 632 [1+COS（θ/2）]
=616

LAC=430mm
LDD’=390mm
LAB=132mm
LDE=208mm
LCD=631mm
Ly=616mm
θ=36°mm
4.1.3 刨刀阻力曲线

0.05H
0.05H
H
S
Pmax
P
图VI 刨刀阻力曲线

0.05H=390x0.05=19.5

第五章 棘轮机构的设计
5.1棘轮机构的设计

5.1.1棘轮的基本参数
1.牛头刨工作台进给丝杆为单螺旋P=12mm
2.刨床的水平进给量l=0.33 – 3.33mm

5.1.2确定棘轮齿数Z并选择齿形

由于采用棘轮机构带动丝杆实现工作台的间歇进给运动，
根据工作台最小进给量Lmin
螺旋副关系式Lmin=θmin np/2∏
棘轮最小转角θmin=2∏lmin/np
Z= 2∏/θmin = np/lmin =1x12/0.33=36.
取棘轮齿数Z=36
由于刨床要求工作台能够正反向进给故选择棘轮的齿形为矩形

5.1.3棘轮的最大转角θmax
由于棘爪拨动棘轮转一个齿，丝杆带动工作台进给lmin = 0.33mm，因此实现最大进给量lmax=3.33时，棘爪每往复一次拨动的最多齿数
k=lmax/lmin = 3.33/0.33 = 10
所以 θmax = 360 x k/z = 360 x 10/36 = 100°

5.1.4几何尺寸计算

1. 参考同类机床，选取模数m=2mm，棘轮齿顶圆直径为
da= mz = 2x36 =72（mm）

2. 参考书选取齿高h= 2.0mm，对于双向传动，该齿槽深度太浅，可采用加大齿顶圆和减少齿根圆的方法弥补
取 da= 74mm h=3.3mm

5.1.5棘轮和棘爪的工作图

第6章 结论与展望

6.1结论
这次课程设计，由于没有设计经验，开始不知从何下手。但是通过指导老师和同学的帮助下，顺利完成了课程设计。不仅加深和巩固了以前的知识，而且让我明白学习的重要性，课程设计让我知道自己还有很多知识不明白，自己需要学习的东西还很多，在以后的学习中，都应该好好学习，提高自己的知识素养。再次感谢指导老师和同学的帮助。

6.2展望
牛头刨床在当今社会中技术已经基本成熟，此次课程设计对于我来说是一次很好的实践机会，从中学习到很多知识，牛头刨床在当今机械化发展中必不可少，这次学习在以后的工作中也将大有用处，让我看到我美好的未来。

参考文献
孙恒，陈作模 机械原理 六版 2011
张策 机械原理与课程设计 上册 2004.9
郭仁生 机械设计基础 北京清华大学出版社 2001.32-117
致谢
本次课程设计已经基本完成，感谢杨群老师的悉心指导，在设计中遇到的问题，杨群老师耐心的解答，我相信，这次课程设计将是我大学时光不可磨灭的美好的记忆，同时也培养了我表达和归纳总结的能力。同时，也要感谢帮助过我的同学，在我遇到难题时，帮助我解决问题，他们就是我学习的方向，今后，我会向他们学习

LX
2016年6月

29