机械原理课程设计-插床机构综合设计说明书

《机械原理课程设计-插床机构综合设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计-插床机构综合设计说明书（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械原理课程设计插床机构综合学生姓名： 专业班级： 08 机电二班 学号： 2目录一、设计题目简介二、设计数据与要求三、设计任务四、插床主体机构尺寸综合设计五、插床切削主体结构运动分析六、重要数据及函数曲线分析七、工作台设计方案八、 总结九、参考文献3设计题目： 插床机构综合一、设计题目简介插床是常用的机械加工设备，用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。图示为某插床机构运动方案示意图。该插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成。电动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄 1 回转，再通过导杆机构 123456，使装有刀具的滑块沿道路 yy 作往复运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空程时间

2、，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 上的凸轮驱动摆动从动件和其他有关机构（图中未画出）来实现的。针对图所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析。二、设计数据与要求依据插床工况条件的限制，预先确定了有关几何尺寸和力学参数，如表 64 所示。要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。插床机构设计数据插床机构运动方案示意图插刀所受阻力曲线4三、设计任务1. 针对图所示的插床的执行机构（插削机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；2. 假设曲柄 1 等速转动，画出滑块C 的位移和速度的变化规律曲线；3. 在插床

3、工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4. 取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；5. 用软件（VB、MATLAB、ADAMS 或SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。 四、插床主体机构尺寸综合设计方案选择：方案一：结构简图如下插刀往复次数 （次/min） 60插刀往复行程 （mm） 100插削机构行程速比系数 2中心距 （mm） 150杆长之比 1质心坐标 （mm） 50质

4、心坐标 （mm） 50质心坐标 （mm） 120凸轮摆杆长度 （mm） 120凸轮摆杆行程角 （ 0） 15推程许用压力角 （ 0） 45推程运动角 （ 0） 90回程运动角 （ 0） 60远程休止角 （ 0） 15推程运动规律 3-4-5 次多项式回程运动规律 等速速度不均匀系数 0.05最大切削阻力 （N） 1000阻力力臂 （mm） 120滑块 5 重力 （N） 320构件 3 重力 （N） 160构件 3 转动惯量 （kgm 2） 0.145方案二：机构简图如下：经过对方案一和方案二的比较，我们发现方案一的优点是结构简单，易于实现。方案二的优点是可承受的力要大。考虑到插床需要较大的进给

5、里用已加工零件，所以我们选择方案二，下面我们就相对于方案二进行进一步的计算和设计。6已知 =150mm， ，行程 H=100mm，行程比系数 K=2，21O1/2BOC根据以上信息确定曲柄 长度，以及 到 YY 轴的距离,A2,2O1. 长度的确定A1图 1 极限位置由 ，得极为夹角：)180/()(0K，06首先做出曲柄的运动轨迹，以 为圆心， 为半径做圆，随着曲柄的转1OA17动，有图知道，当 转到 ，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；AO212当 转到 ，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到A2与 得夹角即为极为夹角 。由几何关系知，1O2 06，于是可得， 。由几何关系

6、可得：21 021216OA211cosO代入数据， =150mm， ，得2106mA751即曲柄长度为 75m2. 杆 的长度的确定2BOC、图 2 杆 BC，BO 长度确定2由图 2 知道，刀具处于上极限位置 和下极限位置 时， 长度即C1C21为最大行程 H=100 ，即有 =100mm。m21在确定曲柄长度过程中，我们得到 ，那么可021216OA得到 ，那么可知道三角形 等边三角形。0216BOB8又有几何关系知道四边形 是平行四边形，那么 ，又12CB121CB上面讨论知 为等边三角形，于是有 ，那么可得到21OB12O,即m02m0又已知 ，/2C于是可得到 BO102即杆 的

7、100mm。,3. 到 YY 轴的距离的确定2图 3 到 YY 轴的距离2O有图我们看到，YY 轴由 过程中，同一点的压力角先减小，31yy移 动 到后又增大，那么在中间某处必有一个最佳位置，使得每个位置的压力角最佳。考虑两个位置：1 当 YY 轴与圆弧 刚相接触时，即图 3 中左边的那条点化线，与圆弧12B相切与 B1 点时，当 B 点转到 ，将会出现最大压力角。2B12,B192.当 YY 轴与 重合时，即图中右边的那条点化线时，B 点转到 B1 时将12出现最大压力角为了使每一点的压力角都为最佳，我们可以选取 YY 轴通过 CB1 中点（C 点为与 得交点） 。又几何关系知道：12BO1

8、2 2/)cos(cos 2222 OBBOCl 由上面的讨论容易知道 ，再代入其他数据，得：03Bml.9即 到 YY 轴的距离为 93.3mm2O综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成已知 =150mm，21O，行程 H=100mm，行程比系数 K=2，1/2BC根据以上信息确定曲柄 长度，以及 到 YY 轴的距离,1AO2,BC21. 长度的确定AO110图 4 极限位置由 ，得极为夹角：)180/()(0K，06首先做出曲柄的运动轨迹，以 为圆心， 为半径做圆，随着曲柄的转1OA1动，有图知道，当 转到 ，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；A22当 转到 ，与圆相切于下面时，刀

9、具处于上极限位置。于是可得到AO2与 得夹角即为极为夹角 。由几何关系知，12 06，于是可得， 。由几何关系可得：21 021216OA211cosO代入数据， =150mm， ，得2106mA751即曲柄长度为 75m2. 杆 的长度的确定2BOC、图 5 杆 BC，BO 长度确定211由图 2 知道，刀具处于上极限位置 和下极限位置 时， 长度即2C1C21为最大行程 H=100 ，即有 =100mm。m1在确定曲柄长度过程中，我们得到 ，那么可021216OA得到 ，那么可知道三角形 等边三角形。0216BOB又有几何关系知道四边形 是平行四边形，那么 ，又12C121CB上面讨论知

10、为等边三角形，于是有 ，那么可得到2112O,即mOB02mB0又已知 ，/2C于是可得到 102即杆 的 100mm。,BO3. 到 YY 轴的距离的确定2图 6 到 YY 轴的距离2OB112有图我们看到，YY 轴由 过程中，同一点的压力角先减小，31yy移 动 到后又增大，那么在中间某处必有一个最佳位置，使得每个位置的压力角最佳。考虑两个位置：1 当 YY 轴与圆弧 刚相接触时，即图 3 中左边的那条点化线，与圆弧12B相切与 B1 点时，当 B 点转到 ，将会出现最大压力角。2B12,2.当 YY 轴与 重合时，即图中右边的那条点化线时，B 点转到 B1 时将12出现最大压力角为了使每

11、一点的压力角都为最佳，我们可以选取 YY 轴通过 CB1 中点（C 点为与 得交点） 。又几何关系知道：12BO12 2/)cos(cos 2222 OBBOCl 由上面的讨论容易知道 ，再代入其他数据，得：03Bml.9即 到 YY 轴的距离为 93.3mm2O综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。五、插床切削主体结构运动分析用图解法作机构的运动分析和动态静力分析已知 ，逆时针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度。规定位mrw/60移，速度，加速度向下为正，插刀处于上极限位置时位移为 0.13当 O175（1）位移在 1：1 的基础上，量的位移为 79.5mm。 ，即 曲柄转过 175

12、时位移为79.5mm。（2）速度由已知从图中可知， 与 垂直， 与 平行， 与 垂直，由理2AVO123AVO3AV2论力学中不同构件重合点地方法可得 方 向大 小 ?vv其中， 是滑块 上与 A 点重合的点的速度， 是杆 AOB 上与 A 点重合的2AV23AV点相对于滑块的速度， 是杆 AOB 上与 A 点重合的速度。3V又由图知， 与 垂直， 与 BC 垂直， 与 YY 轴平行，有理论力学同BvO2CBvCv一构件不同点的方法可得： ?B方 向大 小其中， 是 C 点，即插刀速度， 是 C 点相对于 B 点转动速度， 是 B 点速vBv v度。又 B 点是杆件 3 上的一点， ，杆件 3

13、 围绕 转动，且 B 点和杆件与 A 点重2O合的点在 的两侧，于是可得：2O32ABv由图量的 ,则可到mA2033201ABv由已知可得 ，规定选取比例尺smOwvA /47512，则可的矢量图如下：msu/15114最后量出代表 的矢量长度为 12mm,Cv于是，可得 =0.174m/s即曲柄转过 175时，插刀的速度为 0.174m/s。（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程： ？方 向 ？大 小 ? 23232A3 rAkA其中， 是滑块上与 A 点重合点的加速度， =2A 2A，方向由 指向 ； 是科氏加速212 /8.9574smO41OkA23度， （其中 大小均从速233 /

14、10svAkA,v度多边形中量得） ，q 方向垂直 向下； 是 相对于滑块 的加速度，42OrA234大小位置，方向与 平行； 是 C 点相对于 B 点转动的向心加速度，2n= ,方向过由 C 指向 B； 是 C 点相对于nA3O22/3.9/smBCvtO23B 点转动的切向加速度，大小位置，方向垂直 BC。次矢量方程可解，从而得到15。3AB 时杆 AOB 上的一点，构 AOB 围绕 转动，又 与 B 点在 的两侧，2O4A2O由 （ 是 角加速度）可得Rnt 2,32AB量出 则可得到 的大小和方向42AOB又由理论力学,结合图可得到； 方 向大 小 ?CBtnc其中， 在上一步中大小方

15、向都能求得； 是 C 相对于 B 点转动的向心加BnB速度 ，方向由 C 点指向 B 点； 是 C 相对于 B 点22/36/smCvnC t转动的切向加速度，大小未知，方向与 BC 垂直。次矢量方程可解，从而可得到 C 点，即插刀的加速度。取比例尺 ，可得加速度矢量图如msu/362下：最后由直尺量的 长度为 12mm，于是，可得caca2/43.0sm当 O3516（1）位移在 1：1 的基础上，滑块的位移为 1.5mm。 ，即 曲柄转过 355时位移为1.5mm。（2）速度由已知从图中可知， 与 垂直， 与 平行， 与 垂直，由理2AVO123AVO3AV2论力学中不同构件重合点地方法可得 方 向大 小 ?vv其中， 是滑块 上与 A 点重合的点的速度， 是杆 AOB 上与 A 点重合的2AV23AV点相对于滑块的速度， 是杆 AOB 上与 A 点重合的速度。3V又由图知， 与 垂直， 与 BC 垂直， 与 YY 轴平行，有理论力学BvO2CBvCv同一构件不同点的方法可得： ?B方 向大 小其中， 是 C 点，即插刀速度， 是 C 点相对于 B 点转动速度， 是