机械原理课程设计插床机构

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1、插 床机构 综合与 传动系 统设计目录题目及设计要求一、设计题目二、设计数据与要求三、设计任务设计：一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图1、插削机构的设计：2、送料机构（凸轮机构）的设计： 二、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（插削机构的运动学分析）1）位置分析2）角速度分析3）角加速度分析三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图2所示，在不考虑各 处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件，分析曲柄所需的驱动力矩.四、确定电动机的功率和转速。五、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。.六、感想与建议。七、参考文献。题目及设计要求一、设计题目插床是常用

2、的机械加工设备，用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。图615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12 3456,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，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。4和其他有关机构（图中未画出）来实 现的。画出）来实现的。针对图3-30所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析，并进行传动系统结构设计。图3-30插床机构运动方案示意图二、设计数据与要

3、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。表64插床机构设计数据分组1234插刀往复次数n （次/min）306090120插刀往复行程H (mm)1501209060插削机构行程速比系数K2222中心距Lo2o3(mm)160150140130杆长之比L (BC)/L(o3B)1111质心坐标a(mm)60555045质心坐标b(mm)60555045质心坐标c(mm)130125120115凸轮摆杆长度Lo4d(mm)125125125125凸轮摆杆行程角巾( )15151515推程许用压力角a( )45454545推

4、程运动角50( )60906090回程运动角邕( )90609060远程休止角6oi( )10151015推程运动规律等加等减余弦正弦5次多项式回程运动规律等速等速等速等速速度不均匀系数60.030.030.030.03最大切削阻力Q (N)2300220021002000阻力力臂d(mm)150140130120滑块5重力G5(N)350340330320构件3重力G3(N)150140130120构件3转动惯量J3(kg*m2)0.120.110.10.1三、设计任务1. 针对图1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

5、图；图3-31插刀所受阻力曲线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. 在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线 如图6-16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. 确定电动机的功率与转速；5. 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；6. 编写课程设计说明书；7. 感想与建议。设计:一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图1、插削机构的设计：由题知：杆1的极位夹角为0 =180* （K-1） / （K+1）；故有为了使构件4对构件5的平均传动角比较大，故应有: 则可得：所得数据如下:设计数据x(mm)1

6、401128456y(mm)75604530L3(mm)1501209060L4(mm)1501209060L1(mm)807570652、送料机构（凸轮机构）的设计:四种方案的推程运动规律：1、等加速等减速 = JcosG60)/22、余弦3 =sin(兀$ /(250)a = tt2%2 cos6 / $0)/Sp3、夕=(夕$0) sin(2 忐角)/(2兀) 正弦-s = %1cos(2忐/(50)/(50a =籽如；sin(2泌 / . / $024、五次多项式回程运动规律：修正后的等速回程仿一15% 4 ”20正弦加速度加速阶段（Q 10）:等速阶段正弦加速度减速阶段（% M10

7、）:所得数据如下：设计数据中心距Lo2o4(mm)1008510585滚子半径rt（mm）15151515基圆半径R0（mm）48544855四种方案下的凸轮轮廓曲线如下：第一组：第二组：第三组：第四组：设计简图：二、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（插削机构的运动学分析）1）位置分析建立封闭矢量多边形o 3O 2 + 4 =七T ! = XyS （式 1）、3 丁 4 丁 丁 5将机构的封闭矢量方程式（1）写成在两坐标上的投 影式，并化简整理成方程左边仅含未知量项的形式， 即得：rs3lO 3O 2+ 1l sin。COS（R + /）+ l4 C4 =l3sin（R

8、+%）+l4sin94s5 = y2cosns3l3（式2）解上述方程组得:（l sin &）2l cos g ）2l sin q+，cosarccos % _ l cos（兀14皿一arctanlO 3 O 2l sin（3兀 +。3）+。3）（式3）csq-忡。30sinqs3cosq00_/3sinS+q）-Z4si40cos（兀+q）2）角速度分析分别将（式2）对时间取一次导数，可得解之可得s3,3 3,3 4,s5。3）角加速度分析0S30%*Cos 传0%0_1S0一 5 .- -（式4）分别将（式2）对时间取二次导数，可得加速度关系-仙 sine1（式5）00采用高斯消去法可求解

9、（式5）可解得角加速度dds3,a3,a4,dds5；各方案滑块C的位移和速度变化规律曲线，即S5、S5的变化规律如下图:A组B组：C组D组三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图2所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件，分析曲柄所需的驱动力矩A组：01020304050259.3098255.3141245.8876231.1217211.3963187.16460708090100110158.9173127.146692.2860254.6429-1.100276.90638112013014015016017016.0754826.9690840.3150156.3

10、231872.2219278.6399218019020021022023066.5666940.5702427.7800523.0548520.0794916.4677824025026027028029012.006896.9062111.38572356.1555195.39985131.6296300310320330340350164.36193.027217.0809236.0431249.542257.3333B组:01020304050219.3244214.5626205.6179192.1321174.4833153.112760708090100110128.499410

11、1.133571.4851639.9689-0.680418.22662812013014015016017019.2878433.7730753.3632678.50911102.322102.313118019020021022023061.53863-5.21395-20.8057-11.9901-1.159854.7897612402502602702802906.4522215.397332.72574945.4038979.88536111.5567300310320330340350140.0074164.749185.3081201.282212.3726218.403C组：0

12、1020304050182.1557176.4258167.8636155.5312139.815121.150660708090100110100.005876.86752.2295626.594530.0628619.9234212013014015016017022.7908540.5155365.5352398.36419128.3934122.325918019020021022023058.46421-46.5937-64.3631-44.1741-21.313-6.714072402502602702802900.676123.5188773.66432135.3277665.4

13、985693.02972300310320330340350117.573138.7052156.0211169.1897177.9851182.3018D组：01020304050147.7851141.2404133.1889122.0764108.294992.2716070809010011074.4543455.3136935.3437815.085881.27659611.4879512013014015016017025.0567244.095971.38969107.3844139.3778129.081418019020021022023055.4567-74.3289-91

14、.7908-65.0962-35.1491-15.1063240250260270280290-3.865111.7745334.07744625.3851551.4283275.0847930031032033034035096.03819113.9072128.3351139.0449145.8685148.7582四、确定电动机的功率和转速。1 寸 T1 T等效构件(曲柄1)上所需平均功率：P 丁 *2人/无 36T/ ed平均功率P(w)343.3871575.6334708.2583751.8974设减速机构中齿轮传动效率n 1=0.95 ；带传动效率n 2=0.9 ；查机械设计手册

15、，选择的电动机性能如下：型号Y801-4Y90L-6Y90L-6Y90L-6额定功率/kw0.551.11.11.1额定转速/(r/min)1390910910910额定转矩/(N*m)3.78666电机效率0.7050.7350.7350.735设计减速机构：传动比=额定转速/曲柄转速 设计各传动比如下：传动比46.315.210.17.6齿轮传动比5.8322带传动比8553.8齿轮参数设计如下:模数m(mm)1.522.52.5Z120202020Z2116604040Lo1o2(mm)102807575带轮设计参数如下:D1/mm160125125114D2/mm20252530五、取

16、曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。所求飞轮转动惯量为:T /N*m109.303591.6149175.1485559.8341JF/kg*m2875.7771187.114175.387738.18862六、感想与建议。感想：在设计过程中采用分块设计方法可以使问题得到简化，如：1、将整个插床机构分为插削机构 和送料机构，而插削机构乂以六杆机构为主，依据插床工况条件的限制，题中预先确定了有关几何尺 寸和力学参数，因此在满足所设计的插床结构紧凑，机械效率高的前提下设计了其他相应参数。设计 送料机构凸轮时，由于回程角比较小，若为简单的等速回程过程，则会出现尖点失真现象，故设计时

17、将将回程规律做了一定修正。2、电机选择时在满足高效率的前提下找到合适的传动比并通过查机械 设计手册找到合适的电机。在此假设了机构的效率，电机等速特性等，以便简化问题，且同时其对设 计目的影响较小。在整个设计过程中我们在分析清楚题目要求后讨论最佳解法并通过编程来解决。先做好分析后着手做设计具体细节达到了事半功倍的效果。另外由于知识的有限，将许多模型简化了也必将对设计造成一定负面影响。建议：希望老师能在以后的课程设计过程中，能给大家讲解一些在设计时理应注意的相关问题，并给 大家推荐一些设计书籍供学生参考学习，以保证我们的课程设计能达到预期的目的和要求。七、参考文献。机械原理第七版机械原理课程设计C程序设计教程西北工业大学教研室编 高等教育出版社王淑仁主编北京-科学出版社2006谭浩强着清华大学出版社MATLAB 5.x程序设计语言机械设计手册成大先主编楼顺天陈生潭雷虎民编着 西安电子科技大学出版社化学工业出版社