机械原理课程设计题目（一）
牛头刨床设计
一、工作原理
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动， 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。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高 生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的 前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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少电动机容量。
(a)
(b)
d）
图1
二、设计数据见表1和表2
表2
表3
三、设计内容及要求
1、运动方案设计。
根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构，画出机构简图及机器运动循环图，并简单介绍其传动特点。 2、确定执行机构的运动尺寸。
根据表一对应组的数据，用图解法确定连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路xx位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。
3、进行导杆机构的运动分析。
根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的2个位置（如图2中1，2，3，……，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。 4、对导杆机构进行动态静力分析。
根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
注意：所有作图部分画在同一张纸上（3号图纸）。图纸上不要有计算说明。
如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。 5. 每组最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。(电脑绘图) 6、飞轮设计
根据表3中机器运转的不均匀系数，具有定传动比的各构件的转动惯量JO1、JO2、
JO、JO，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上)的转速n2及某些齿轮的参数z1、z0、z1。由动态静力分析所得的平衡力矩Mb，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。
7. 每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置（编号）。
8. 利用ADAMS或UG、Solidworks软件进行机构的建模，进行运动仿真及模拟验证。（每组一份）
分组情况说明：
1） 6人一组数据，每人分析2个对应位置（如1、7；2，8；3、9；….）的速度、加速度和动态静力分析，要画出该位置对应的机构简图，其他图形都与其对应，并严格按比例画图。 2） 分组可自由组合，要方便统计数据，且第2步的尺寸设计结果要统一。
选作内容：
利用解析法进行上述机构的运动分析和动力分析，比较与图解法结果的优劣。
四、方案设计举例
牛头刨床的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为刨头(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍几种仅供参考。
1、如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角始终为90o，且适当确定
构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使压力角尽量小。
图 2
2、如图3所示，牛头刨床的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在刨头往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律)。
刨刀切削工件时，受到较大的切削阻力作用，空程返回时无切削力作用，只须克服惯性力及运动副摩擦阻力。凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。
3、如图4所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构和扇 形齿轮、齿条机构。齿条固结于刨头的下方。导杆机构如1中所述，扇形齿轮、齿条机构具有精确的传动比，能够承受较大的载荷。扇形齿轮的加工，要求保证一定的精度，工艺上的难度大一些；且扇形齿轮、齿条的中心距要求较高。
图 3 图 4
其它设计方案自行构思。
机械原理课程设计题目（二）
自选题：
1. 根据参考资料，自行选择设计题目，如洗瓶机，剥豆机，自动打印机等，进行机械运动
方案设计：提出2-3种运动方案，绘制机构运动简图，说明方案特点，进行比较并选择； 2. 对最终的方案绘制运动方案简图和机器的运动循环图。（可参考教材第14章）；
3. 解析法或图解法进行机构尺寸设计，运动分析及动力分析，绘制运动线图及力平衡图。 4. 编写设计计算说明书。
5. 根据情况可选择是否完成动态演示。
题目选择说明：
设计题目一为传统设计题目，题目二为创新性设计题量，题目二稍有难度，可根据自己的情况、兴趣自行选择，自由分组或由学委安排，尽量不超过6人。每组安排一组长，负责掌握大家的情况和进度。时间为一周，根据情况安排简单答辩。
设计期间尽量在教室进行，如需查阅资料或用电脑，可自行选择其他场所，但要告知组长，以便随时统计大家的情况。
参考书目：
1. 机械原理教材
2. 图书馆借阅与“机械原理课程设计”相关的教材皆可。
机械原理课程设计题目（一）
牛头刨床设计
一、工作原理
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动， 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。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高 生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的 前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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少电动机容量。
(a)
(b)
d）
图1
二、设计数据见表1和表2
表2
表3
三、设计内容及要求
1、运动方案设计。
根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构，画出机构简图及机器运动循环图，并简单介绍其传动特点。 2、确定执行机构的运动尺寸。
根据表一对应组的数据，用图解法确定连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路xx位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。
3、进行导杆机构的运动分析。
根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的2个位置（如图2中1，2，3，……，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。 4、对导杆机构进行动态静力分析。
根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
注意：所有作图部分画在同一张纸上（3号图纸）。图纸上不要有计算说明。
如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。 5. 每组最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。(电脑绘图) 6、飞轮设计
根据表3中机器运转的不均匀系数，具有定传动比的各构件的转动惯量JO1、JO2、
JO、JO，曲柄(飞轮安装在曲柄轴上)的转速n2及某些齿轮的参数z1、z0、z1。由动态静力分析所得的平衡力矩Mb，驱动力矩为常数，进行飞轮计算。
7. 每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置（编号）。
8. 利用ADAMS或UG、Solidworks软件进行机构的建模，进行运动仿真及模拟验证。（每组一份）
分组情况说明：
1） 6人一组数据，每人分析2个对应位置（如1、7；2，8；3、9；….）的速度、加速度和动态静力分析，要画出该位置对应的机构简图，其他图形都与其对应，并严格按比例画图。 2） 分组可自由组合，要方便统计数据，且第2步的尺寸设计结果要统一。
选作内容：
利用解析法进行上述机构的运动分析和动力分析，比较与图解法结果的优劣。
四、方案设计举例
牛头刨床的主传动机构的原动件是曲柄；从动件为刨头(滑块),行程中有急回特性；机构应有较好的动力特性。要满足这些要求，用单一的四杆机构是难以实现的。下面介绍几种仅供参考。
1、如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角始终为90o，且适当确定
构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使压力角尽量小。
图 2
2、如图3所示，牛头刨床的主传动机构采用凸轮机构和摇杆滑块机构。适当选择凸轮运动规律，设计出凸轮廓线，可以实现刨头的工作行程速度较低，而返回行程速度较高的急回特性；在刨头往复运动的过程中，避免加减速度的突变发生(采用正弦加速度运动规律)。
刨刀切削工件时，受到较大的切削阻力作用，空程返回时无切削力作用，只须克服惯性力及运动副摩擦阻力。凸轮机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。
3、如图4所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构和扇 形齿轮、齿条机构。齿条固结于刨头的下方。导杆机构如1中所述，扇形齿轮、齿条机构具有精确的传动比，能够承受较大的载荷。扇形齿轮的加工，要求保证一定的精度，工艺上的难度大一些；且扇形齿轮、齿条的中心距要求较高。
图 3 图 4
其它设计方案自行构思。
机械原理课程设计题目（二）
自选题：
1. 根据参考资料，自行选择设计题目，如洗瓶机，剥豆机，自动打印机等，进行机械运动
方案设计：提出2-3种运动方案，绘制机构运动简图，说明方案特点，进行比较并选择； 2. 对最终的方案绘制运动方案简图和机器的运动循环图。（可参考教材第14章）；
3. 解析法或图解法进行机构尺寸设计，运动分析及动力分析，绘制运动线图及力平衡图。 4. 编写设计计算说明书。
5. 根据情况可选择是否完成动态演示。
题目选择说明：
设计题目一为传统设计题目，题目二为创新性设计题量，题目二稍有难度，可根据自己的情况、兴趣自行选择，自由分组或由学委安排，尽量不超过6人。每组安排一组长，负责掌握大家的情况和进度。时间为一周，根据情况安排简单答辩。
设计期间尽量在教室进行，如需查阅资料或用电脑，可自行选择其他场所，但要告知组长，以便随时统计大家的情况。
参考书目：
1. 机械原理教材
2. 图书馆借阅与“机械原理课程设计”相关的教材皆可。