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机械原理课程设计——牛头刨床设计说明书（3）待续

2.6．滑块6的位移，速度，加速度随转角变化曲线

§

其位移，速度，加速度随转角变化曲线如图所示：

三．设计方案和分析

§3.1方案一

3.1.1方案一的设计图

3.1.2方案一的运动分析及评价

（1）运动是否具有确定的运动

该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中Pl=6,Ph=1.凸轮和转子、2杆

组成运动副中有一个局部自由度，即F=1。机构中不存在虚约束。.由以上条件

可知：机构的自由度F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1

机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定

的运动。

（2）机构传动功能的实现

在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。通过连杆3推动滑块4

运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。

（3）主传动机构的工作性能

凸轮1的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1随着角速度转动时，连杆3也

随着杆2的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度

变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，

两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，

而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程

中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传

动的稳定性。

（4）机构的传力性能

要实现机构的往返运动，必须在凸轮1和转子间增加一个力，使其在回转时能

够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。几何封闭为在凸轮和转子设

计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。

机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。但是在切削过

程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。杆2回受到弯力，因此对于杆2的

弯曲强度有较高的要求。同时，转子与凸轮1的运动副为高副，受到的压强较

大。所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型

工件。

该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本

身的问题而突然停下。

（5）机构的动力性能分析。

由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的

寿命。所以在设计使用的过程中应处理好机械的震动问题，可以增加飞轮减少机

械的震动，以免造成不必要的损失和危险。

（6）机构的合理性

此机构使用凸轮和四连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。同时，机构的

尺寸要把握好，如杆2太长的话，弯曲变形就会很大，使杆2承受不了载荷而压

断，如果太短的话，就不能有效的传递凸轮1的作用力和速度。同时。凸轮具

有不平衡性，在设计中尽量使凸轮的重量小一些，减小因为凸轮引起的整个机构

的不平衡和机器的震动。

（7）机构的经济性

该机构使用的连杆和凸轮都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也

不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的

经济效益，制作方便，实用。不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染；凸轮

机构为高副机构，不宜承受较大的载荷。

§3.2方案二

3.2.1方案二的设计图

3.2.2方案二的运动分析和评价

（1）运动是否具有确定的运动

该机构由齿条、扇形齿轮3、滑块2和杆1组成，其中杆1为主动件。滑块2以

移动副的方式和扇形齿轮3连在一起。机构具有3个活动构件。机构中的运动副

有原动件1的铰接，1和2的转动副以及2和3的移动副。机构中的运动副全都

是低副，且Pl=4.在该机构中没有高副，也不存在局部自由度和虚约束。由此可

知：

F=3n-(2Pl+Ph-p)-F=1

机构中有一个原动件，原动件的个数等于该机构的自由度。所以，该机构

具有确定的运动。

（2）机构功能的实现

根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件1带动的。杆1通过滑块2

带动扇形齿轮3的运动。扇形齿轮3和与刨头连接的齿条啮合。从而实现刨刀的

往复运动。

（3）机构的工作性能

该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。但是原动件1的长度较

小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1的变化速度对于扇形齿轮3的影响不是很

大，同时机构是在转速不大的情况下运转