河南工业大学牛头刨床课程设计附带计算程序.doc

目录
一、 牛头刨床机构运动···································7
二、 原始设计数据·······································8
三、 机械原理课程设计任务书雨设计指导···················1
四、 电机至大齿轮6之间的减速传都系统设计···············8
五、 主机构（即摆动导杆机构）的设计·····················9
六、 凸轮机构的设计·····································11
七、 棘轮机构的设计·····································15
八、 连杆机构的设计·····································16
九、 解析法分析计算滑轮8的速度和加速度·················17
十、 参考资料···········································20
十一、 设计总结···········································21
十二、 附图（A2一张，A3两张）·····························22

二、牛头刨床机构运动
电机 带轮 齿轮

如结构图所示：
图中1、2为带轮，1与电机固定，、、、为传动齿轮，BC为曲柄（与齿轮6固结），CD为滑块、7为摆杆AD，8、9为带刀架之滑枕，10为盘型凸轮（与齿轮6固结），电动机经带传动将运动和动力传至齿轮，驱动齿轮和曲柄转动；曲柄回转经滑块C带动摆杆7，再通过滑块D带动滑枕8，使刀架往复移动完毕刨削运动。此外，盘型凸轮10与曲柄同时转动，推动带有滚子的摆杆11经四杆机构拨动棘轮14转动，而棘轮与进给丝杠15相连，通过螺母推动工作台（6完毕自动进给运动）。
三、原图设计数据
速度（次/分）
63
电机转速
1440
行程（H）
300
小齿轮数
18
行程速比系数（K）
1.27
经给量(6级)
0.18-1.08
凸轮机构从动
件运动规律
余弦加速度运动规律
四、电机至大齿轮6之间的减速传动系统（见图1）设计
1. 拟定总传动比
由原始数据可知：6齿轮的转速=63转/分
电机的转速=1440转/分
故可知总传动比i==960/32=33
2. 分派各级传动比
a. 带传动：一般带传动比约3左右，若i过大，带轮的轮廓尺寸很大，运动时惯性大，产生的刚性冲击、易损坏带轮和轴，故可取==3
b. 齿轮传动：依推荐=一般取2～5， =一般取3～6，且由总传动比i=••综合分析取=2.75，=4.
3. 带轮直径的拟定：
小带轮的基准直径由查阅带轮直径的标准系列来拟定为=100mm，则大带轮2的基准直径=•=300mm，查表核对在标准系列。
4. 齿轮齿数的拟定：
由原始数据知道小齿轮5的齿数=18（齿），所以大齿轮6的齿数
=•=4×25=100(齿)，对于与齿数的拟定，综合考虑齿轮的大小后取=24（齿），则齿轮4的齿数=•=2.75×24=66（齿），最后检查实际的传动比i与理论总传动比i的相对误差：
易知：实际总传动比=••=40
故 =×100%=×100%=0%
由于0%在误差5%以内，故该系统设计符合规定。
5. 对于齿轮啮合的模数选取：
齿轮5与齿轮6间取m=6
则=m•=600mm ,=m•=150mm
与之间取5，
则=•=120mm,=•=330mm
五、主机构（即摆动导杆机构）的设计
1. 滑枕8与摆杆7的回转中心A之间的相对位置拟定：
为避免滑枕8所手里的依用线偏离滑枕的滑道太远，滑枕的轴线可位于滑块口的轨迹线的割线位置， 现取该割线在D与的正中间，如下图所示：
如图示：由原始数据知滑枕8的行程为750mm，即图中相应的两级位之间的水平距离。又知行程速比系数K=1.50。
故极为夹角=•=由几何关系转换可知极为摆杆和的夹角=
故由图示关系应有：
===H=220mm
由Sin==1081.08mm
在直角三角形内
=COS=1078.44mm
根据滑枕8的轴线位置分析规定，知点A（机架）距滑枕轴线的距离
=+=+(—)=1079.76mm
2. 机架AB和曲柄BC的长度拟定：
曲柄回转中心B的位置影响牛头刨床的力学性能的优劣。
由经验可知，机架AB的长度应满足=0.5～0.7.
现取 = 0.5 =539.88mm
而对于曲柄的长度由上页图分析可知：
=Sin=109.85mm
3. 用解析法分析计算滑枕8的速度和加速度，具体方法及数据见目录所示。
4. 齿数分度圆直径的拟定：
齿数模数由教材中标准模数系列表选取==5=，齿数3与齿轮4按情况综合分析选取===5
故 =m=5×25=125mm
= =5×100=500mm
==5×24=70mm
==5×66=330mm
易知齿轮6的齿顶圆半径= +=251mm且有
=251mm<==539.88mm
制规定，且有<
故=109.85mm，也符合结构限制规定。
六、凸轮机构的设计：
1. 凸轮转角的分派：
根据就投刨床的工作特点，在刨力（滑枕）工作行程时工作台处在静止状态，但刨刀空回程时，工作太才干进给，并且在刨刀回程结束之前，工作台要完毕进给。因此凸轮推程角必须满足<-，取富余转角=为完全可靠，取=--，远休止角、回程角、近休止角三者之和应满足+ + =++。
故取=， 则==
远休止角==
满足++=++，如下表所示:
曲柄BC
+
-
刨力
工作行程
空回行程
工作台
停止
停止
进给
停止

凸轮转角
++

2. 选择从动件运动规律：
本次设计按给定的运动规律设计：
余弦加速度运动规律。
由资料易知此运动规律可以从动件的刚性冲击，并有效地减小其柔性冲击。
3. 对余弦加速度运动规律：
由推荐使用的从动件摆杆11的摆角取，取＝，而摆长取（1-2）
a推程时：
由4＝（1-cos）,其中取为最大摆角，（为推程角，为凸轮转角）另取＝相应4如下表计算结果：

b回程时
与推程对称，由4＝［1＋cos（）］=120，同样取=，，……，相应4如下表计算结果：

具体凸轮设计，绘制过程及绘图见附A3图。
4. 凸轮机构许用压力角【】：
凸轮机构最大工作压力角max<[]
[]一般推程为30-40，回程可达70-。
求最大压力角max·需先拟定、。
凸轮基圆半径满足<。
可考虑在（-）之间选取，滚子半径根据结构而定，取（0.1-0.13）
故，=-（+）=270-1.25×6=262.5mm
==87.5mm
=0.2=17.5mm
摆杆取：=1.5=131.25mm
如图所示：
Sin=sin===运用诺模图
可知该凸轮最大压力角max
故符合设计规定。
5.凸轮安装及绘制时的注意事项：
a.由于棘轮机构在摆动带动下，回程时2工作台将不动，只有推程中才带动工作台进给，故如 图示w方向为凸轮转速，用相对静止法 .当C点转至E点时，用反转法相称于E转到C点，此过程中为回程，到家为工作行程。接下来C和E各通过的富余转角，之后刀架已在回程，而E摆动带动棘轮进给，在E到达N时，C
到M点时，即在开始工作行程前角时进给完毕，形成协调。故凸轮安装时，应使E与曲柄BC之间成+=的固定夹角。
b.绘制凸轮时，应先画理论基圆（+），再画实际基圆半径，从而得到理论凸轮廓线和实际凸轮廓线。
七、棘轮机构—螺旋机构的设计
1、棘轮齿数的拟定：
由原始数据知，工作台最小进给量为0.18mm，为丝杠导程，一般可在4—12mm范围内取为标准值（如：6、8、9、10、12）
一般取棘轮直径比较小，这样易操作，棘轮齿数过多虽然进给精确度提高了，但对操作不便。
故，取=9mm，而=0.18mm，
故棘轮的齿数==50（齿）
2、棘轮齿顶图直径d的拟定：
棘轮的直径d在80—120之间选取。
取d=100mm
3、棘轮摆杆的最大摆角的拟定：
通过棘轮遮板转动，可使棘爪往返摆动，一次拨过n—6n个齿，实现工作台的6级进给，此时n为自然数1.
故棘轮最大摆角（n取为1）
=×=×6×=43.2
4、棘轮摆杆的长度拟定：
由=（1-1.2）d
取=1.2d=120mm
八、四杆机构（连杆机构）的设计：
机架长度根据机床结构并依推荐使用=200-300mm，取=250mm
则对于连杆和连架杆由图解法来拟定：
如下页图作过程示：
先分别取干FG的两级位，夹角为=和杆KH的两极位，夹角为=43.2，连接逆时针转动得，连接,并作其中垂线在范围内取点H有无穷多个解，故可根据需要得数H点，从而拟定HK和GH长度。（取KH稍大于棘轮半径）。如下页作用过程：
HK等于图中=×27.5=55mm
=×114=228mm
九、解析法分析计算滑枕8的速度和加速度。
如下图示：BC=r，AB=e，BC以y轴为起点转动，当转至任意时，摆动，角，设BC的角速度为，杆的角速度为，角加速度为：
由
两边移项得:
再求反函数:
再求导：
再求导：
其中，=
且=Vcos=
由e==481.9mm，r==137.11mm
=984.12mm，=
以下是计算程序:(使用方法,将程序粘贴到c++,或者c,然后运营就可以了)
#include <stdio.h>
#include <math.h>
void main()
{ int b1=0;/*b1相称于ψ1 */
double c1,c2,t,w2,v,a,vx,ax;/* */
double e=0.4819,r=0.13711,lad=0.98412,w=2.93;/*只需要在此处输入相应的数据，然后运营即可*/
double m,n,p,d2;
printf("ψ1 t cosψ2 v a vx ax\n");
while(b1<=360)
{ c1=(3.*b1)/180;
c2=atan((r*sin(c1))/(r*cos(c1)+e));
t=c1/w;
m=r*r+e*e+2*r*e*cos(c1);
n=(r*r+e*r*cos(c1))*w;
w2=n/m;
v=w2*lad;
vx=v*cos(c2);
p=e*r*w*w*sin(c1)*(r*r-e*e);
d2=p/(m*m);
a=d2*lad;
ax=a*cos(c2);
printf("%3d %1.4f %1.4f %2.4f %2.4f %2.4f %2.4f\n",b1,t,cos(c2),v,a,vx,ax);
b1=b1+10;

}

}
程序到此结束.
对分别取、、、，结果如下表：

i=33

=3
=2.75
=4

=100mm
=300mm

=24
=66
=100

=120 mm
=330mm
=150mm
=600mm
= = =5
m= = =6

=

=1071.44m

=1079.76mm

=539.88mm
=109.85mm

：

τ
cos

0
1
0.5669
0
0.5669
0

0.2222
0.9924
0.5354
-0.2909
0.5313
-0.2887

0.4444
0.9731
0.4302
-0.6823
0.4186
-0.6639

0.6667
0.9533
0.2149
-1.3068
0.2049
-1.2458

0.8889
0.9508
-0.1745
-2.2318
-0.1659
-2.1219

1.1111
0.9770
-0.7432
-2.5997
-0.7261
-2.5399

1.3333
1.0000
-1.0926
-0.0000
-1.0926
-0.0000

1.5556
0.9770
-0.7432
2.5997
-0.7261
2.5399

1.7778
0.9508
-0.1745
2.2318
-0.1659
2.1219

2.0000
0.9533
0.2149
1.3068
0.2049
1.2458

2.2222
0.9731
0.4302
0.6823
0.4186
0.6639

2.4444
0.9924
0.5354
0.2909
0.5313
0.2887

2.6667
1.0000
0.5669
0.0000
0.5669
0.0000
其中，、即为滑枕8的速度‘加速度
故滑枕8的速度‘加速度运动线图见附图（图）

十、参考资料：
郑文纬、吴克坚《机械原理》第七版，北京、北京高等教育出版社，1997
孙桓、陈作模、葛文杰《机械原理》第七版，北京、北京高等教育出版社，2023
罗洪田《机械原理课程设计指导书》，北京、北京高等教育出版社，1986
朱家诚、王纯贤《机械设计基础》，合肥、合肥工业大学出版社，2023
陆风仪《机械原理课程设计》，北京、北京机械工业出版社，2023

十一、设计总结

美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌.有开花才有结果,有付出才有收获.
通过几天日日夜夜的奋斗，在老师亲切地指导下，在同学们的密切配合下，当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完毕了,心里无比的快乐,由于这是我们 努力的结晶.
在这几天中，我有很多的体验，同时也有我也找到许多的毛病，仅就计算机辅助绘图而言，操作的就远远不够纯熟，专业知识也不能纯熟应用。但是通过这次实践设计，我觉得我有了很打的提高。
另一方面，通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法；
再次，自己的计算机绘图水平也有了一定的提高，并对所学知识有了进一步的理解。
当然，作为自己的第一次设计，其中肯定有太多的局限性，希望在此后的设计中，可以得到改正，使自己日益臻于成熟，专业知识日益深厚。
我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。这将使我受益终生。
“功到自然成.”只有通过不锻炼,自己才干迎接更大的挑战和机遇,我相信我自己一定可以在锻炼成长