机械原理课程设计说明书
牛头刨床设计说明书
学号:11104020414
姓名:刘瑜
班级:111040207
组别:第一小组
指导老师：吴敏
目录
第一章 概论……………………………………………3
1、设计目的………………………………………………3
2、设计任务………………………………………………3
3、设计方法………………………………………………3
第二章头刨床机构简介及工作原理………………………………3
三、导杆机构的运动分析…………………………4
1、速度分析………………………………………………6
2、刨头位移线图…………………………………………….11
四、凸轮机构设计…………………………………11
1、凸轮设计要求…………………………………………11
2、凸轮机构从动件位移、速度、加速度线图…………13
五、齿轮机构设计…………………………………14
1、齿轮设计要求…………………………………………14
2、齿轮计算………………………………………………15
3、绘制齿轮啮合区图……………………………………18
六、设计自我评述与体会…………………………………18
七、设计参考文献……………………...................20
一、概论
1.机械原理课程设计目的
机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于常用机构（连杆机构、凸轮机构和齿轮机构）设计和运动分析有比较完整的认识，。以及熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力。
2、机械原理课程设计任务
机械原理课程设计任务是对主体机构进行设计和运动分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上绘制凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求学生根据设计任务在规定时间内完成1# 设计图一张，3# 设计图两张，设计说明书一份（20页左右）。
3、 机械原理课程设计方法
机械原理课程设计方法大致可以分为图解法和解析法。图解法几何概念较清晰直观；解析法精度较高，本设计主要用图解法进行设计
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，如图一，电动机经皮带和
齿轮传动，带动曲柄2 和固接在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动滑枕6和刨刀7作往复运动。要求工作行程时，滑枕6应速度较低，且近似等速移动，而空回行程时，滑枕具有较高速度，实现快速返回。另外，齿轮等速转动时，通过四杆机构带动棘轮G转动。棘轮与丝杆相连，实现自动进刀。刨床机构在一个工作循环内，主轴速度波动很大，为此，常采用飞轮调整速度波动。
三、牛头刨床导杆机构的运动分析
1、牛头刨床导杆机构设计已知条件
2、导杆机构设计要求
导杆机构设计应根据连杆5传力给滑枕的最有利条件确定摆动导杆长度和滑枕导路X—X的位置，即曲柄和摆杆转动副连线应垂直于导路X—X，且X—X应位于摆杆端点所画圆弧高的平分线上。作机构运动位置图。以滑枕6的左极限位置时曲柄 的位置作为起始点1，每隔30°取一个位置，共12个位置。每个小组的每一个人分配一个位置（特殊位置除外）作运动分析，绘速度多边形和加速度多边形。
以刨头左极限点为基点，收集12个位置测量出的位移，绘出刨头位
移线图。分析连杆机构的结构组成（拆分杆组），并说明该机构的级别。
3速度分析
（1）基本尺寸
确定各杆件的长度：
=36度
=6.28rad/s
LO2A4=170.0mm
L04B=
lBC=
（2）速度分析：
选取速度比例尺μ=1/40m∕s∕mm
大小：1.66 ？ ？
方向：⊥O2A ⊥O4A ∥O4B
VA2=1.66*sin6.7=0.194m/s
W2=VA2/O4A=0.65rad/s
VB=W2*O4B=0.534m/s
VC=VB+VCB
大小： ？ 0.534 ？
方向：水平 ⊥O4B ⊥CB
量得VC=0.45m/s
（2）加速度分析：
选取加速度比例尺μ=0.01m∕
∕mm
A点：aAn=aA4n+aA4t+aAA4 k+ar
方向：//O2A //O4A ⊥O4A ⊥O4A //O4A
大小：√ √ ？ √ ？
aAA4 k=2w2*VA1A2
=2*0.65rad/s*1.65m/s2
=2.145m/s2
aAn=w*w*Lo2a
=8.37*8.37*197.8mm
=13.857m/s2
aA4n=w2*w2*Lo2a
=0.65*0.65*197.8mm
=0.084m/s2
取u=0.01m/s2/mm
作图量得 aA4t=15.4m/s2
O4B的角加速度为@=aA4t/Lo2A=7.786rad/s
C点：aC=aBt+aBn+aCB
方向：水平 //O4B ⊥O4B ⊥BC
大小： ？ √ √ ？
aBn=w2*Lo4B
=0.65rad/s*821.6mm
=0.534m/s2
aBt=@*Lo4B
=6.39m/s2
取u=0.1m/s2/mm
量得ac=0.7m/s2
4、拆分杆组
该六杆机构可看成由Ⅰ级机构、一个RPRⅡ级基本组和一个
RRPⅡ级基本组组成的，即可将机构分解成图示三部分。
5、绘出刨头位移线图
四、凸轮机构设计
1、凸轮设计要求
根据牛头刨床导杆机构结构选定凸轮轴径30mm。凸轮基圆直径大于或等于轴径的2倍凸轮滚子半径等于基圆半径的0.2倍。绘制凸机构从动件位移、速度、加速度线图
根据反转法原理绘制凸轮轮廓。
2、凸轮机构设计已知条件
本组选择第七种方案
3、根据以上数据及运动规律得运动方程如下
Ψ=h[(б∕б0) -sin(2лб∕б0)( 2л)]
每隔十度进行角位移求解带入得
Ψ1=20°[(10∕120) -sin(2л×10∕120)( 2л) ]
Ψ2=20°[(20∕120) -sin(2л×20∕120)( 2л) ]
Ψ3=20°[(30∕120) -sin(2л×30∕120)( 2л) ]
Ψ4=20°[(40∕120) -sin(2л×40∕120)( 2л) ]
Ψ5=20°[(50∕120) -sin(2л×50∕120)( 2л) ]
Ψ6=20°[(60∕120) -sin(2л×60∕120)( 2л) ]
Ψ7=20°[(70∕120) -sin(2л×70∕120)( 2л) ]
Ψ8=20°[(80∕120) -sin(2л×80∕120)( 2л) ]
Ψ9=20°[(90∕120) -sin(2л×90∕120)( 2л) ]
Ψ10=20°[(100∕120) -sin(2л×100∕120)( 2л) ]
Ψ11=20°[(110∕120) -sin(2л×110∕120)( 2л) ]
Ψ12=20°[(120∕120) -sin(2л×120∕120)( 2л) ]
3、绘制凸轮机构从动件位移线图
4、绘制凸轮机构从动件速度线图
5、绘制凸轮机构从动件加速度线图
五、齿轮机构设计
1、 齿轮设计要求
要求齿轮不根切，且实际中心距的尾数取为0或5，设计该传动并完成计算和验算；绘制齿轮啮合区图（可以不绘制齿廓形状），标出基圆、齿顶圆、节圆、啮合角、啮合起始点B2、B1和啮合极限点N1、N2，并注明单齿啮合区和双齿啮合区；用图上量取的实际啮合线段
B2B1确定重合度，并与公式计算值进行比较。
2、齿轮机构设计已知条件
3、齿轮机构的运动示意图
4、齿轮计算
二、计算过程：
已知：Z1=15 Z2=65 m=12 ɑ=20° ha*=1 c*=0.25
分度圆：d1=mz=180mm d2=mz=780mm
标准中心距: a=m(z1+z2)/2=480mm
实际中心距：a’=480mm
啮合角：ɑ’=ɑ=20°
变位系数：x1+x2=0 x1=(17-z1)/17=0.118 x2=-0.118
中心距变动系数： y=(ɑ’-ɑ)/m=0
齿顶高降低系数： Δy=(x1+x2)+y=0
节圆： d1’=d1cosɑ/ cosɑ’=180mm
d2’=d2cosɑ/ cosɑ’=780mm
齿顶圆：da1=d1+2ha*= d1+2(ha*+x1-Δy)m=206.832mm
da2=d2+2ha*= d2+2(ha*+x2-Δy)m=801.168mm
齿根圆：df1=d1-2hf1=d1-2(ha*+c*-x1)m=152.832mm
df2=d2-2hf2=d2-2(ha*+c*-x2)m=152.832mm
基圆： db1= d1cosɑ=169.14mm
db2= d2cosɑ=732.96mm
重合度： =[z1(tanɑa1-tanɑ’)+Z2(tanɑa2-tanɑ’)]
ɑa1=arcos(r1cos/ra1)=35°
ɑa2=arcos(r2cos/ra2)=24°
=1.64
如啮合图： B1B2=52mm
Pb=Pcosɑ=лmcosɑ
=B1B2/ Pb=1.47
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半径: r1 ，r2，r1’，r2’， ra1 ，ra2，rb1 ，rb2，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
即为理论啮合线的一段，也是渐开线发生线的一段．
5、绘制齿轮啮合区图
六、设计自我评述：
通过一段时间的设计，让我对所学知识得到了更深的理解，也学会了运用各种资料、工具，熟练了CAD等软件的使用，体会到了同伴
之间的密切合作的重要性等等。同时这之间的种种工作也离不开老师的热情指导，在此表示深深的谢意。
首先,对机械原理这门课程有了更深入的了解.平时的只停留在一个初等的感性认识水平,没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题,但在自己做设计过程中老在问为什么,如何解决,通过这样的想法,是自己对自己所学的理论有了深入的理解.在设计过程中,如何才能
把所学的理论运用到实际中,这才是我们学以所获,学以致用的真正
宗旨,这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力,这也更是从学到时间的过程,才能为自己在以后的工作中游刃有余,才能为机械工业的发展尽绵薄之力.
其次对所学的专业课产生了很大的兴趣.在做设计的过程中,发现机械的很多东西渗透在我们生活的方方面面,小到钟表,大到航天器，都用到了机械的相关内容。这也给自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培养。
最后对团队的合作有了更深的体会。每个人不可能方方面面都会，这就需要团队组员各自发挥自己的优点，说出各自的想法，取长补短，这样才能从别人身上学到自己所缺的能力和品质，在现代的企业合作中，团队合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心血，这样才能是企业有长远的发展。
虽然这次设计已告一段落，但是我知道学海无涯、学无止境，这是一个结尾，同时也只是一个开始。今后，我会以更饱满的热情投入到今后的学习生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。
此方案分析及其评价
1，机构具有确定运动，F=3*5-(2*7+1)=1,曲柄为机构原动件。
2,通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动,实现切削功能，能满足功能要求.且滑块行程可以根据杆长任意调整；
3,工作性能, 工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求, 摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求；
4,传递性能, 机构传动角恒为90度，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大；
5,动力性能 ,传动平稳，冲击震动较小.
6,结构合理性,结构简单合理,尺寸和重量也较小,制造和维修也较易.
7,经济性，无特殊工艺和设备要求,成本较低.
七、参考文献
[1] 孙恒，陈作模。机械原理（第七版）。北京：高等教育出版社，2001.5
[2] 李 笑 刘福利 陈 明。机械原理课程设计指导书（试用稿）。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.7
[3] 牛鸣歧 王保民 王振甫。 机械原理课程设计手册. 重庆：重庆大学出版社，2001
[4]王知行 李瑰贤. 机械原理电算程序设计. 哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社.2003
[5] 孟宪源 姜琪. 机构构型与应用. 北京：机械工业出版社，2003
[6] 申永胜. 机械原理教程. 北京：清华大学出版社，1999
[7 ] 陈明等. 机械系统方案设计参考图册
第二篇：牛头刨床机械原理课程设计说明书__(不带图)[1]
内蒙古农业大学机电工程学院
课程设计说明书
课题名称：机械原理课程设计
学 院：机电工程院
专业班级：农业机械化及其自动化蒙1班
学 号：2009127096
学 生：俄日格力
指导老师：张雷
日 期：20##年7月05日
摘 要
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，本次课程设计的主要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同设计方案的比较。全班同学在分为三个小组后每人选择一个相互不同的位置，独立绘制运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动曲线图，最后将上述各项内容绘制在一张0号图纸上，并完成课程设计说明书。
本次《机械原理》课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念。
目 录
摘要.....................................................................................................................Ⅲ
一、设计任务.........................................................................................................1
1、设计数据.......................................................................................................1
2、机构运动简图.................................................................................................1
二、导杆机构的运动分析.....................................................................................2
1、速度分析.......................................................................................................2
2、加速度分析...................................................................................................3
三、导杆机构的动态静力分析.............................................................................5
1、运动副反作用力分析......................................................................................5
2、曲柄平衡力矩分析........................................................................................6
四、方案比较.......................................................................................................7
总结......................................................................................................................10
参考文献..............................................................................................................11
一、设计任务
机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节
机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析、动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计。同时根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。
二、导杆机构的运动分析
取曲柄位置“6”进行速度分析、加速度分析。
1、速度分析
由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于ω2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60
计算得： ω2=6.28rad/s
υA2=ω2·lO2A
计算得： υA3=υA2=6.28×0.11m/s=0.69m/s （⊥O2A）
（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： υA4=υA3+υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ，作速度多边形如图。
由图得：
υA4=0.58m/s (⊥O4A向左)
因B与A同在导杆4上，由速度影像法
υB4/υA4= lO4B/ lO4A
计算得： υB4=0.59m/s
而： υB5=υB4=0.59m/s
（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。
得： υC = υB + υCB
大小： ? √ ?
方向： 水平 ⊥O4B ⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm ，作速度多边形如图。
由图得：
υC=0.57m/s (水平向左)
υCB=0.115m/s
ω4=υA4/ lO4A=1.1 rad/s
2、加速度分析
因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2n = aA3n其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
aA2n =ω22·lO2A
已知： ω2=6.28rad/s
计算得： aA3n = aA2n =6.282×0.11 m/s2=4.34m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程。
得：
aA4 = aA4n + aA4τ = aA3n + aA4A3k + aA4A3r
大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?
方向: ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。
由图知：
aA4 =5.1m/s2
由加速度影象法得：
aB4 / aA4= lO4B/ lO4A
计算得：
aB4=8.8m/s2
aB5= aB4=8.8m/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
得：
ac = aB + acBn + a cBτ
大小： ? √ √ ?
方向： 水平 √ C→B ⊥BC
取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。
得： ac5 =8.55m/s2 (方向水平向右)
三、导杆机构的动态静力分析
1、运动副反作用力分析
取“6”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析。
FI6=- G6/g×ac
已知： P =7000N
G6=700N
ac=ac5=8.55m/s2,
计算得： FI6 =598.5N
ΣF=P+G6+FI6+FR16+FR45=0
取极点P”，比例尺µN=10N/mm，作力多边形如图所示。
由图得：
FR45 =610N
FR16 =680N
2、曲柄平衡力矩分析
（1）分离3、4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图所示。
如图，对O
4点取矩得：
ΣM O4=FR45·h45+FR23·h23+G·hG+FI4τ·hI4+M=0
已知： FR54=-FR45=610N
h54=0.127m
G4=200N
hI4=17.93/88=0.018m
as4 =1/2* aB=4.4m/s2
所以： FI4=-m·as4=88N
α= a Bτ/lO4B=16.3 rad/ s2
得：
J=1.1kg·m 2
M= Jα=17.93
将数据代入式计算得：
FR23=64.2N
又：
ΣF=FR54+FR32+FI4+G4+F14=0
取极点P”，比例尺µN=40N/mm，作力多边形如图所示。
得 FR14=20*4.4=88N
（2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图所示。
得： FR32=- FR23=-64.2N
Mb=3.4N·m
四、方案比较
附表1
附表2
附表2中部分符号含义如下：
、
：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；
、
：分别与和相对应的曲柄转角
；
：一级四杆机构的最小传动角；
：二级四杆机构最小传动角。
附表3：
与
计算值表
以方案1为基准方案, 为比较评定因素，最终得出结论，方案2比其他两个方案更加合适。
总 结
通过本次课程设计，对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。同时在设计的整个过程中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。
另外在设计的过程中叶培养了自己的合作能力，自从第一天开始我们全组同学就积极投入到学习中去，完成各自的数据计算，基本草图的绘制，数据的简单处理，为了不影响全组同学的最后答辩时间每个人都很投入，每天都呆在绘图室里六七个小时，有些同学甚至晚上九点半回宿舍，我认为这种精神非常重要即便是在以后的工作岗位上……。而且大家积极的同他人交流，讨论设计过程遇到的难题，一起去解决，这样就会是一个问题越分析越明朗，直到最后每个人都真正的明白理解，这种学习的方法也是值得借鉴的，在讨论中学习，而且这种由同学自己得到的东西，同学们记得会更加的深刻，另外在讨论学习过程中同学们之间的关系会更加密切，非常有利于增进同学之间的友谊。
在最后课程设计结束后，这不仅使我们将相关的知识掌握的更加牢固，我们更学到了一些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，更深内切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，同学们所表现出来的积极向上勤奋好学的精神更值得我们在以后的学习生活中一直保持下去。
更重要的是通过本次课程设计使我明白了自己知识还比较欠缺，需要学习的东西好有很多，以前总认为自己掌握很好的东西，其实差的还很远，尤其是在机械这个大行业里面，学了那么一丁点的东西，根本拿不出手，要想真正的在这个行业中有所建树，付出是你必须的，而且是不遗余力的去努力，沉下心去学习。
最后感谢指导老师对我们的悉心指导以及各位同学的帮助，顺利的完成了本次的课程设计，努力的学习他们的优秀的品质，改正自己的缺点与不足，为以后的工作道路打下坚实的基础。
参考文献
1、《机械原理》/孙恒、陈作模、葛文杰主编——第七版
2、《简明理论力学》/程靳主编
3、《机械原理课程设计指导书》
4、《机械原理课程设计任务书》