工程技术学院 课程设计
题 目： 牛头刨床刨刀的往复运动机构 专 业： 车辆工程 年 级： 2005
学 号： 20050988 姓 名： 任永东 指导教师： 张海东
日 期： 2008-1-15
云南农业大学工程技术学院
目录：
1、课程设计任务书……………………………………………………2
原始数据及设计要求……………………………………………… 3
2、设计（计算）说明书……………………………………………… 4
（1）画机构的运动简图 …………………………………………… 4
（2）对位置(0. 05H ) 1点进行速度分析和加速度分析………………… 4
(3) 对位置(0. 05H ) 1点进行动态静力分析……………………………6
（4）对位置(0. 05H ) 2 点进行速度分析和加速度分析…………………8
(5) 对位置(0. 05H ) 2点进行动态静力分析……………………………9
3、位置线图, 速度线图，和加速度图………………………………10
4、参考文献 …………………………………………………………11
5、课程设计指导教师评审标准及成绩评定…………………………… 12 6、附件……………………………………………………………… 13
一、课程设计任务书
1、工作原理及工艺动作过程
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图(a ）所示，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有极回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。切削阻力如图(b ）所示。
(a)
(b)
原始数据及设计要求
设计指导教师(签字) ：
二、设计（计算）说明
（1）画机构的运动简图 （选取尺寸比例尺为 μl
=2mm
mm
）
1、以C 为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出A 点，C 点，
O 点。如图1所示。
2、确定机构运动时的左右极限位置，此位置AB CD。 3、在左右极限位置，由运动副D 点为圆心，ED 的长度为半径分别作圆，并与导轨运动线相交，并判断E 点的正确位置，确定E 点的位置，此时可确定工作行程H ，并量取H 的长度。
4、由任务书中切削阻力图1B 中的比例关系0.05H 确定位置编号(0. 05H ) 1和(0.05H)2两点，即分别为刨刀开始切削工作时杆4的运动副E 点和刨刀离开工件时杆4`的运动副E '点。如图（1）所示。
5、再由E 点和E '点，以ED 长度为半径作圆，与以C 点为圆心，CD 的长度为半径的圆相交，相交点即分别为运动副D 和D '点。至此，就确定了机构在位置编号(0. 05H ) 1和(0.05H)2两个位置。
（2）对位置(0. 05H ) 1点进行速度分析和加速度分析。 a 、速度分析 如图纸上图（3）所示 取速度比例尺μl =
对与B 点： V B 3
= V B 2
+V B 2B 3 = V B 1+ V B 2
B 3
方向：⊥CD ⊥
AB //CD
大小： ？ √ ？
V B 3
=μv ⨯
pb
=m
0. 01
s
mm
⨯33. 2mm =0. 332m
s
ωV B 3
. 332m
3=
s
μ0. 798r
l CB
=
02⨯208mm
=s
m
V B 3B 2=μv ab
=0. 01
s
mm
⨯61mm =0. 61m
s
V S =ω3⨯l m 3
CS =0. 223
s
对于E 点： V E = V D + V ED 方向： //H H ' ⊥CD ⊥
DE
大小： ？ √ ？
V D =ω3l m
CD
=0. 798
r
s ⨯0. 54m =0. 43s
m
V E =μv ⨯
pe
=0. 01
s
mm
⨯38mm =0. 38m
s
m
V ED =μv ⨯ed =0. 01
s
mm
⨯11. 8mm =0. 118m
s
m 0. 01
s
mm
ω4=
V ED l DE
=0. 87
m
r
s
V S =V E =0. 118
5
s
m s
2
b 、加速度分析 选取加速度比例尺为μa =0. 05
对于B 点：
a B 3= a B 3
n
mm
t r
+ a B = a B + a B K B + a B B
3
23232
方向： B→C ⊥BC B→A ⊥BC //BC
大小： √ ？ √ √ ? 由
a B 3
n
a B 2
=
2
ω1⨯
l
AB
=
m s
4. 338m
s
2
，
a B 3B 2
K
=2
ω3
V
B 3B 2
=0. 97m
s
2
，
=ω32*μl
CB
=0. 265
2
已知，根据加速度图（如图纸上图3所示）
可得：
a B 3
t
=μa
3
'p b 3
=2. 75m
3
s
2
r
， a B B =μa
3
2
'k 'b 3
=1. 875
m
s
。
而a S n =ω32l S =0. 175 a S t =α3⨯ l S =
3
m s
2
=6. 61
r s ⨯l S 3
a B 3l μL BC
2
t
3
⨯ l S 3
2
=1. 82m
s
2
则a s
3
=1. 83m
s
⨯l cd
t
另外还可得出：a D =α
=3. 57m
s
2
n
a D =ω32 l cd =0. 34m
s
2
对于E 点
a E
r r r n t
=a D +a ED = a D + a D + a ED + a ED
n
t
方向：//H H ' //CD ⊥CD //ED ⊥
ED
大小： ？ √ √ √ ？
r
由a ED =ω42⨯l ED = 0. 1m
n
s
2
t
, a D =α3⨯l cd =3. 57m
s
2
n
, a D =ω32 l cd =0. 34m
s
2
已知，根据根据加速度图（如图纸上图3所示）可得：
a E
=a S =μa
5
pn
=3. 45m
s
2
r
，a ED =μa
t
mn
=0. 65m
s
2
(3) 对位置(0. 05H ) 1点进行动态静力分析
按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，原动件1和固定架。
并由杆组5、6开始分析。先取杆组5、6为分离体，建立直角坐标系，如图纸上图9所示。
根据∑Fx =0可得： F 54'cos α-F I -F r =0
S
从图中量得α
=19
︒
即得：F 54'cos 19︒-F 54
'
G 5g
a S 5-F r
=0
⇒
=7658.76N
则运动副E 的运动反力F 45= -F 54'=-7658.76N，方向如图纸上图（6）所示。
对于杆4，由于不计重力和运动副的摩擦力，因此此杆为二力杆件，则有F 45=-F 34
⇒F 34
=7658.76N
即：运动副D 的反力大小为7658.76N ，方向如图纸上图（6）所示。
再取杆组2、3为分离体，受力情况分析如图纸上图（7）所示。 在图7上，以C 点为原点，CD 垂直方向的直线为X 轴，CD 方向上的直线为Y 轴，建立坐标系，如图所示。
由于F R 过转动副C 的中心，且不计转动副的摩擦力，故可将F R 分
C
C
解为F R 和F R 。
CX
CY
根据∑M S =0可列：
3
'l DS sin 64+F 21'l BS cos 27+J s α-F R l CS =0 ① F 34
333CX 3
根据∑F X
=0可列：
'sin 64-F 21'cos 27-F I cos 5. 5-G 3sin 15+F R =-F 34
3Cx
②
根据∑F y
=0可列：
'cos 64+F 21'sin 27+F I sin 5. 5-G 3cos 15+F R =0 ③ F 34
3CY
联立①②③可得：
F R CX
'=14699.8N =40900N F R =-9838.5N F 21
CY
即：F R =42066.7N F R =14699.8N
C
B
（4）对位置(0. 05H ) 2点进行速度分析和加速度分析。
a 、速度分析 如图纸上图（4）所示 选取速度比例尺
μl
=
m 0. 01
s
mm
3
2
对与B '点： V B ' = V B '+ V B 'B '3 = V B ' + V B 'B '3
2
1
2
方向：⊥C 'D ' ⊥
A 'B ' //C 'D '
大小： ？ √ ？
V B 3'
=μv ⨯
pb
=0. 29m s ，ω3'=
3
V B 3'
μl C 'B '
=0. 67
s
r
s
V B 2'B '
3
=0. 6m s ，V S '=ω3'⨯l C 'S '=0. 185
3
m
对于E '点： V E ' = V D ' + V E D ' 方向： // H H ' ⊥C 'D ' ⊥
D 'E '
大小： ？ √ ？
'l C 'D '=0. 36m V D '=ω3
， V E '=μv ⨯s
pe
=3. 75m s
V 'D 'E 'D '=μv ⨯ed =0. 1m s ，ω4'=
V E l
=0. 74
r
s
，V S '5
=V E '=3. 75m s
D 'E '
'
m b 、加速度分析 选取加速度比例尺为μa =0. 05
s
2
mm
a B 3'
= a n + a t K r
B 3
'B 3
' = a B '2
+ a B '3
B '2
+ a B '3
B '2
方向： B→C ⊥B 'C ' B→A //B 'C ' ⊥B 'C '
大小： √ ？ √ √ ?
a B 2'
=ω21⨯l A 'B '=4. 338
m s 2
a K
B 3'B 2'=2ω'3
V B 'm
3B '2=0. 804
s
2
a n
B 3'=ω3'2⨯μl C 'B '=0. 19m
s
2
a t B 3'
=μa
p 'e '=4. 7m
s
2
a r
B 3''B 2'=μa c 'd '=2. 13m
s
2
a n
S 3'
=ω3'2l S =0.1809m
's
2
3
a t S '3
=α
⨯l a t
B 3'
S 3'
=
μ* l S '3
=11.29r
⨯0.5⨯0.54mm=3.05m
L B 'C '
s
2
s
2
即：a S
3
=3.055m
s
2
a t D '=α⨯l c 'd '=6. 1m
s
2
a n =ω'2D '3 l m c 'd '=0. 24
s
2
对于E '点：a a r n t
r n
r t
E '=a D '+E 'D ' = a D ' + a D ' + a E 'D ' + a E 'D '
方向：//H H ' //C 'D ' ⊥C 'D ' //E 'D ' ⊥E 'D ' 大小：？ √ √ √ ？
a r
n 2
E 'D '=ω4⨯l
E 'D '
=0. 07m
s
2
a E '
=a S '=μa
''m
5
p e =6. 35s
2
a r
t E 'D '=μa m 'n '=2m
s
2
（5）对位置(0. 05H ) 2点进行动态静力分析
按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，原动件1和固定架。
并由杆组5、6开始分析。先取杆组5、6为分离体，如图10所示。
根据∑Fx =0可得： F 54'cos α-F I -F r =0
S
从图中量得α
=19
︒
即得：F 54'cos 14 -F 54
'
G 5g
a S 5-F r
=0
⇒
= 7345N
则运动副E 的运动反力F 45=-7345N，方向如图纸上图（12）所示。 对于杆4，由于不计重力和运动副的摩擦力，因此此杆为二力杆件，则有F 45=-F 34
⇒F 34
=7345N
即：运动副D 的反力大小为7345N ，方向如图纸上图（12）所示。 再取杆组2、3为分离体，受力情况分析如图纸上图（13）所示。 在图13上，以C 点为原点，CD 垂直方向的直线为X 轴，CD 方向上的直线为Y 轴，建立坐标系，如图所示。
由于F R 过转动副C 的中心，且不计转动副的摩擦力，故可将F R 分
C
C
解为F R 和F R 。
CX
CY
根据∑M S =0可列：
3
'l DS sin 92+F 21'l BS cos 27+J s α-F R l CS =0 ① F 34
333CX 3
根据∑F X
=0可列：
'sin 92-F 21'cos 27-F I cos 3. 39-G 3sin 15+F R =-F 34
3Cx
②
根据∑F y
=0可列：
'cos 92+F 21'sin 27+F I sin 3. 39-G 3cos 15+F R =0F 34
3CY
③
联立①②③可得：
F R CX
=112316N =107419.4N F R =-50798N F 21
CY
即：F R =118824.57N F R =112316N
C
B
三、根据以上各式, 将已知参数代入作出机构的位置线图, 速度线图，和加速度图，如图纸上所示。
四、参考文献
1、《机械原理》第七版
西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编 主编：孙 桓 陈作模 葛文杰 出版社：高等教育出版社
2、《机械设计课程设计指导书》 作者：宋宝玉
出版社：高等教育出版社
五、课程设计指导教师评审标准及成绩评定
六、附件
1、设计图纸共1张
2、电子文档（1份）
指导教师签字：张海东2008年 1 月 15 日
工程技术学院 课程设计
题 目： 牛头刨床刨刀的往复运动机构 专 业： 车辆工程 年 级： 2005
学 号： 20050988 姓 名： 任永东 指导教师： 张海东
日 期： 2008-1-15
云南农业大学工程技术学院
目录：
1、课程设计任务书……………………………………………………2
原始数据及设计要求……………………………………………… 3
2、设计（计算）说明书……………………………………………… 4
（1）画机构的运动简图 …………………………………………… 4
（2）对位置(0. 05H ) 1点进行速度分析和加速度分析………………… 4
(3) 对位置(0. 05H ) 1点进行动态静力分析……………………………6
（4）对位置(0. 05H ) 2 点进行速度分析和加速度分析…………………8
(5) 对位置(0. 05H ) 2点进行动态静力分析……………………………9
3、位置线图, 速度线图，和加速度图………………………………10
4、参考文献 …………………………………………………………11
5、课程设计指导教师评审标准及成绩评定…………………………… 12 6、附件……………………………………………………………… 13
一、课程设计任务书
1、工作原理及工艺动作过程
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图(a ）所示，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有极回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。切削阻力如图(b ）所示。
(a)
(b)
原始数据及设计要求
设计指导教师(签字) ：
二、设计（计算）说明
（1）画机构的运动简图 （选取尺寸比例尺为 μl
=2mm
mm
）
1、以C 为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出A 点，C 点，
O 点。如图1所示。
2、确定机构运动时的左右极限位置，此位置AB CD。 3、在左右极限位置，由运动副D 点为圆心，ED 的长度为半径分别作圆，并与导轨运动线相交，并判断E 点的正确位置，确定E 点的位置，此时可确定工作行程H ，并量取H 的长度。
4、由任务书中切削阻力图1B 中的比例关系0.05H 确定位置编号(0. 05H ) 1和(0.05H)2两点，即分别为刨刀开始切削工作时杆4的运动副E 点和刨刀离开工件时杆4`的运动副E '点。如图（1）所示。
5、再由E 点和E '点，以ED 长度为半径作圆，与以C 点为圆心，CD 的长度为半径的圆相交，相交点即分别为运动副D 和D '点。至此，就确定了机构在位置编号(0. 05H ) 1和(0.05H)2两个位置。
（2）对位置(0. 05H ) 1点进行速度分析和加速度分析。 a 、速度分析 如图纸上图（3）所示 取速度比例尺μl =
对与B 点： V B 3
= V B 2
+V B 2B 3 = V B 1+ V B 2
B 3
方向：⊥CD ⊥
AB //CD
大小： ？ √ ？
V B 3
=μv ⨯
pb
=m
0. 01
s
mm
⨯33. 2mm =0. 332m
s
ωV B 3
. 332m
3=
s
μ0. 798r
l CB
=
02⨯208mm
=s
m
V B 3B 2=μv ab
=0. 01
s
mm
⨯61mm =0. 61m
s
V S =ω3⨯l m 3
CS =0. 223
s
对于E 点： V E = V D + V ED 方向： //H H ' ⊥CD ⊥
DE
大小： ？ √ ？
V D =ω3l m
CD
=0. 798
r
s ⨯0. 54m =0. 43s
m
V E =μv ⨯
pe
=0. 01
s
mm
⨯38mm =0. 38m
s
m
V ED =μv ⨯ed =0. 01
s
mm
⨯11. 8mm =0. 118m
s
m 0. 01
s
mm
ω4=
V ED l DE
=0. 87
m
r
s
V S =V E =0. 118
5
s
m s
2
b 、加速度分析 选取加速度比例尺为μa =0. 05
对于B 点：
a B 3= a B 3
n
mm
t r
+ a B = a B + a B K B + a B B
3
23232
方向： B→C ⊥BC B→A ⊥BC //BC
大小： √ ？ √ √ ? 由
a B 3
n
a B 2
=
2
ω1⨯
l
AB
=
m s
4. 338m
s
2
，
a B 3B 2
K
=2
ω3
V
B 3B 2
=0. 97m
s
2
，
=ω32*μl
CB
=0. 265
2
已知，根据加速度图（如图纸上图3所示）
可得：
a B 3
t
=μa
3
'p b 3
=2. 75m
3
s
2
r
， a B B =μa
3
2
'k 'b 3
=1. 875
m
s
。
而a S n =ω32l S =0. 175 a S t =α3⨯ l S =
3
m s
2
=6. 61
r s ⨯l S 3
a B 3l μL BC
2
t
3
⨯ l S 3
2
=1. 82m
s
2
则a s
3
=1. 83m
s
⨯l cd
t
另外还可得出：a D =α
=3. 57m
s
2
n
a D =ω32 l cd =0. 34m
s
2
对于E 点
a E
r r r n t
=a D +a ED = a D + a D + a ED + a ED
n
t
方向：//H H ' //CD ⊥CD //ED ⊥
ED
大小： ？ √ √ √ ？
r
由a ED =ω42⨯l ED = 0. 1m
n
s
2
t
, a D =α3⨯l cd =3. 57m
s
2
n
, a D =ω32 l cd =0. 34m
s
2
已知，根据根据加速度图（如图纸上图3所示）可得：
a E
=a S =μa
5
pn
=3. 45m
s
2
r
，a ED =μa
t
mn
=0. 65m
s
2
(3) 对位置(0. 05H ) 1点进行动态静力分析
按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，原动件1和固定架。
并由杆组5、6开始分析。先取杆组5、6为分离体，建立直角坐标系，如图纸上图9所示。
根据∑Fx =0可得： F 54'cos α-F I -F r =0
S
从图中量得α
=19
︒
即得：F 54'cos 19︒-F 54
'
G 5g
a S 5-F r
=0
⇒
=7658.76N
则运动副E 的运动反力F 45= -F 54'=-7658.76N，方向如图纸上图（6）所示。
对于杆4，由于不计重力和运动副的摩擦力，因此此杆为二力杆件，则有F 45=-F 34
⇒F 34
=7658.76N
即：运动副D 的反力大小为7658.76N ，方向如图纸上图（6）所示。
再取杆组2、3为分离体，受力情况分析如图纸上图（7）所示。 在图7上，以C 点为原点，CD 垂直方向的直线为X 轴，CD 方向上的直线为Y 轴，建立坐标系，如图所示。
由于F R 过转动副C 的中心，且不计转动副的摩擦力，故可将F R 分
C
C
解为F R 和F R 。
CX
CY
根据∑M S =0可列：
3
'l DS sin 64+F 21'l BS cos 27+J s α-F R l CS =0 ① F 34
333CX 3
根据∑F X
=0可列：
'sin 64-F 21'cos 27-F I cos 5. 5-G 3sin 15+F R =-F 34
3Cx
②
根据∑F y
=0可列：
'cos 64+F 21'sin 27+F I sin 5. 5-G 3cos 15+F R =0 ③ F 34
3CY
联立①②③可得：
F R CX
'=14699.8N =40900N F R =-9838.5N F 21
CY
即：F R =42066.7N F R =14699.8N
C
B
（4）对位置(0. 05H ) 2点进行速度分析和加速度分析。
a 、速度分析 如图纸上图（4）所示 选取速度比例尺
μl
=
m 0. 01
s
mm
3
2
对与B '点： V B ' = V B '+ V B 'B '3 = V B ' + V B 'B '3
2
1
2
方向：⊥C 'D ' ⊥
A 'B ' //C 'D '
大小： ？ √ ？
V B 3'
=μv ⨯
pb
=0. 29m s ，ω3'=
3
V B 3'
μl C 'B '
=0. 67
s
r
s
V B 2'B '
3
=0. 6m s ，V S '=ω3'⨯l C 'S '=0. 185
3
m
对于E '点： V E ' = V D ' + V E D ' 方向： // H H ' ⊥C 'D ' ⊥
D 'E '
大小： ？ √ ？
'l C 'D '=0. 36m V D '=ω3
， V E '=μv ⨯s
pe
=3. 75m s
V 'D 'E 'D '=μv ⨯ed =0. 1m s ，ω4'=
V E l
=0. 74
r
s
，V S '5
=V E '=3. 75m s
D 'E '
'
m b 、加速度分析 选取加速度比例尺为μa =0. 05
s
2
mm
a B 3'
= a n + a t K r
B 3
'B 3
' = a B '2
+ a B '3
B '2
+ a B '3
B '2
方向： B→C ⊥B 'C ' B→A //B 'C ' ⊥B 'C '
大小： √ ？ √ √ ?
a B 2'
=ω21⨯l A 'B '=4. 338
m s 2
a K
B 3'B 2'=2ω'3
V B 'm
3B '2=0. 804
s
2
a n
B 3'=ω3'2⨯μl C 'B '=0. 19m
s
2
a t B 3'
=μa
p 'e '=4. 7m
s
2
a r
B 3''B 2'=μa c 'd '=2. 13m
s
2
a n
S 3'
=ω3'2l S =0.1809m
's
2
3
a t S '3
=α
⨯l a t
B 3'
S 3'
=
μ* l S '3
=11.29r
⨯0.5⨯0.54mm=3.05m
L B 'C '
s
2
s
2
即：a S
3
=3.055m
s
2
a t D '=α⨯l c 'd '=6. 1m
s
2
a n =ω'2D '3 l m c 'd '=0. 24
s
2
对于E '点：a a r n t
r n
r t
E '=a D '+E 'D ' = a D ' + a D ' + a E 'D ' + a E 'D '
方向：//H H ' //C 'D ' ⊥C 'D ' //E 'D ' ⊥E 'D ' 大小：？ √ √ √ ？
a r
n 2
E 'D '=ω4⨯l
E 'D '
=0. 07m
s
2
a E '
=a S '=μa
''m
5
p e =6. 35s
2
a r
t E 'D '=μa m 'n '=2m
s
2
（5）对位置(0. 05H ) 2点进行动态静力分析
按静定条件将机构分解为：基本杆组5、6，基本杆组2、3、4，原动件1和固定架。
并由杆组5、6开始分析。先取杆组5、6为分离体，如图10所示。
根据∑Fx =0可得： F 54'cos α-F I -F r =0
S
从图中量得α
=19
︒
即得：F 54'cos 14 -F 54
'
G 5g
a S 5-F r
=0
⇒
= 7345N
则运动副E 的运动反力F 45=-7345N，方向如图纸上图（12）所示。 对于杆4，由于不计重力和运动副的摩擦力，因此此杆为二力杆件，则有F 45=-F 34
⇒F 34
=7345N
即：运动副D 的反力大小为7345N ，方向如图纸上图（12）所示。 再取杆组2、3为分离体，受力情况分析如图纸上图（13）所示。 在图13上，以C 点为原点，CD 垂直方向的直线为X 轴，CD 方向上的直线为Y 轴，建立坐标系，如图所示。
由于F R 过转动副C 的中心，且不计转动副的摩擦力，故可将F R 分
C
C
解为F R 和F R 。
CX
CY
根据∑M S =0可列：
3
'l DS sin 92+F 21'l BS cos 27+J s α-F R l CS =0 ① F 34
333CX 3
根据∑F X
=0可列：
'sin 92-F 21'cos 27-F I cos 3. 39-G 3sin 15+F R =-F 34
3Cx
②
根据∑F y
=0可列：
'cos 92+F 21'sin 27+F I sin 3. 39-G 3cos 15+F R =0F 34
3CY
③
联立①②③可得：
F R CX
=112316N =107419.4N F R =-50798N F 21
CY
即：F R =118824.57N F R =112316N
C
B
三、根据以上各式, 将已知参数代入作出机构的位置线图, 速度线图，和加速度图，如图纸上所示。
四、参考文献
1、《机械原理》第七版
西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编 主编：孙 桓 陈作模 葛文杰 出版社：高等教育出版社
2、《机械设计课程设计指导书》 作者：宋宝玉
出版社：高等教育出版社
五、课程设计指导教师评审标准及成绩评定
六、附件
1、设计图纸共1张
2、电子文档（1份）
指导教师签字：张海东2008年 1 月 15 日