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1、工程学院机械原理课程设计 课程名称 机械原理课程设计题目名称 插床机构课程设计学生学院 机械工程系 专业班级 机械设计制造及其自动化 学 号 2010 学生 XXX 指导教师 XXX 目录一、工作原理 3二、设计要求 3三、设计数据 4四、设计容及工作量 4五. 设计计算过程 5(一). 方案比较与选择 5(二). 导杆机构分析与设计 71.机构的尺寸综合 72. 导杆机构的运动分析 73. 凸轮机构设计 13(1). 确定凸轮机构的基本尺寸 13(2). 凸轮廓线的绘制 16一、工作原理：插床机械系统的执行机构主要是由导杆机构和凸轮机构组成。下图为其参考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和
2、齿轮传动）带动曲柄2转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路yy作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。为了缩短回程时间，提高生产率，要求刀具具有急回运动。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件和其它有关机构（图中未画出）来完成的。二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴2平行，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为5。要求导杆机构的最小传动角不得小于60o；凸轮机构的最大压力角应在许用值之，摆动从动件8的升、回程运动规律均为
3、等速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。三、设计数据 导杆机构运动分析转速n2力臂d(mm)曲柄lo2A(mm)插刀行程H(mm)行程速比系数K60100601101.6导杆机构运动分析从动件最大摆角jmax从动件杆长许用压力角推程运动角do远休止角回程运动角do1512542651065四、设计容及工作量： 1、根据插床机械的工作原理，拟定23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸, 。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。分析导杆摆到两个极限位置及
4、摆到与机架O2O4位于同一直线位置时，滑块6的速度和加速度。 4、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮机构的基本尺寸（基圆半径ro、机架和滚子半径rb），并将运算结果写在说明书中。用几何法画出凸轮机构的实际廓线。 5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。 6、用Autocad软件按1：1绘制所设计的机构运动简图。设计计算及说明结果五. 设计计算过程(一). 方案比较与选择1. 方案I该方案如图11由两个四杆机构组成。使ba, 构件1、2、3、6便构成摆动导杆机构，基本参数为b/a=。构件3、4、5、6构成摇杆滑块机构。图11方案特点如下：1).是一种平面连杆机
5、构，结构简单，加工方便，能承受较大载荷。2).具有急回作用，其行程速比系数,而。只要正确选择，即可满足行程速比系数k的要求。3).滑块的行程，已经确定，因此只需选择摇杆CD的长度，即可满足行程H的要求。4). 曲柄主动，构件2与3之间的传动角始终为。摇杆滑块机构中，当E点的轨迹位于D点所作圆弧高度的平均线上时，构件4与5之间有较大的传动角。此方案加工简单，占用面积比较小，传动性能好。5).工作行程中，能使插刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。2.方案II该方案如图12将方案I中的连杆4与滑块5的转动副变为移动副，并将连杆4变为滑块4。即得方案II，故该方案具备第一方案的特点以外，因构件
6、4与5间的传动角也始终为，所以受力更好，结构也更加紧凑。图123. 方案III此方案如图13为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸为a、b、e。图13方案特点如下：(1).是四杆机构，结构较前述方案简单。(2). 因极位夹角，故具有急回作用，但急回作用不明显。增大a和e或减小b。均能使k增大到所需值，但增大e或减小b会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且使最小传动角减小，传动性能变坏。从以上3个方案的比较中可知，为了实现给定的插床运动要求，以采用方案II较宜。 (二). 导杆机构分析与设计1.机构的尺寸综合因为、 而K=1.6 由上面方程可得：又因为，可得: 根据几何关系: 可得
7、=72.89mm-87.47mm取 =80mm2. 导杆机构的运动分析1） .当在（a）所示位置时，此时构件4处在极位（a）速度分析: 曲柄的长度为，转速n=46r/min曲柄的角速度为 方向 大小 ？由图解法得：= （错误）因为=0所以竿4没有转动,即，又因为构件3，是一个滑块，竿4又有铰链定位。所以实际上：=0 求B点的速度： 由于构件4上点是B和A的绝对瞬心点， 点的速度已知，利用构件4上的速度影像有: 得 求： B、C是同一构件上的点，根据同一构件上点间的速度关系: 方向 导杆 大小 ？ 0 ？可得： 加速度分析：因为 根据速度合成原理有： 大小 ？ ? 0方向 可得： = =1.39
8、m/s 方向：又根据速度合成原理求6滑块C的速度： 大小 ？ ？ ？ 1.28方向 又图解法作图解： 的值通过在AB杆上由杠杆定理求得: , =1.28又速度比例=0.0088所以=1.294方向垂直向上(二). 滑块A在下极位的时候 对机构分析,同理可得：，=1.294方向垂直向下。(三). 滑块A于机架位于同一位置的右边时：速度分析： 又速度合成原理有： 大小 ？ 0.289/m/s 0方向 所以=0.289/m/s又杠杆原理有，方向 又速度合成原理： 大小 ？ 0.314m/s 0方向 所以=0.314m/s加速度分析： 因为，加速度合成原理有：大小 ？ 0 1.39 0 0方向 ？ 0
9、 0所以=加速度合成原理有：大小 ? 0 0 方向 0 0所以= ，方向 ，向下(四). 滑块A于机架位于同一位置的左边时：速度分析： 又速度合成原理有： 大小 ？ 0.289/m/s 0方向 所以=0.289/m/s又杠杆原理有，方向 又速度合成原理： 大小 ？ 0.702m/s 0方向 所以=0.702m/s加速度分析：因为，加速度合成原理有：大小 ？ 0 0 0方向 ？ 0 0所以=加速度合成原理有：大小 ？ 0 0 方向 0 0所以= ，方向 ，向上3. 凸轮机构设计(1). 确定凸轮机构的基本尺寸选定推杆的运动规律:选推杆的运动规律为二次多项式运动规律,即等加速等减速运动规律。其运动
10、规律表达式为:等加速段: ()等减速段: ()由以上两个表达式求得: () ()最大摆角时有: mm 如图3-1所示为摆杆盘形凸轮机构同向转动的尖底摆杆盘形凸轮机构,当推程尖底与凸轮轮廓上任一点接触时,摆杆摆角为为摆杆的初始摆角,P点为摆杆和凸轮的相对瞬心,此时机构的压力角和传动角如图所示.由于摆杆和凸轮在瞬心点P的速度相等得:(a+OP) =OP, (1)则 OP/(OP+a)= . (2)将(1)式分子分母同乘整理得:OP(1-)=a (3)由式(3)求出OP代入式(1)右边得: a+OP=A/(1-) (4)在三角形AP中由正统定理有: (5)将式(4)代入式(5)中得: (6)用代入式(6)中得: (7)过点O作O/P,则,再由式(2)得 ,等式(7)正是的正弦定理.将等式(6)中的展开得:tan= (8)由等式(8)求得 (9)将代入式(9)得: (10)如果在图3-1所示位置的接触点处的压力角正好满足,
