机械原理课程设计-插床设计

1、EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY长江机械原理课程设计说明书设计题目：插床机构设计学院：机械与电子工程学院专业：班级：设计者：学号：指导老师：2016年7月1日目录题目及设计要求 31 机构简介 32 设计数据 4二、插床机构的设计内容与步骤 51、导杆机构的设计与运动分析 5 、设计导杆机构。 5、作机构运动简图。5、作滑块的运动线图。5、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 62 、导杆机构的动态静力分析 7、绘制机构的力分析图（图1-4）。7、选取力矩比例尺 口 M（N.mm/mm,绘制等效阻力矩 Mr的曲线图 8、作动能增量一0线。93、用解析法较好

2、机构运动分析的动态静力分析结果 10、图解微分法10、图解积分法134、飞轮设计 135、凸轮机构设计 156、齿轮机构设计 18三、感想与体会 20四、参考文献 21题目及设计要求1机构简介插床是一种用于工件内表面切削加工的机床， 也是常用的机械加 工设备，用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。图 1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1 2-3-4-5 6，使装有刀具的滑块沿道路y y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

3、台之间的进给运动，是由固结于 轴。2上的凸轮驱动摆动从动件 O4D和其他有关机构（图中未画出） 来实现的。为了减小机器的速度波动，在曲柄轴 。2上安装一调速飞 轮。为了缩短空回行程时间，提高生产效率，要求刀具具有急回运动， 图2为阻力线图。图2G0nh T2设计数据内容导杆机构设计及运动分析导杆机构的动态静力分析及飞轮转 动惯量确定符号n?KHLBC/L02BLO203ab cJS3G3G5Ftd单位r/minmmmmkg m3Nmm数据60210011605060,400.14160320 10001200.04内容凸轮机构设计齿轮机构设计符号Lbc Lo2b r?r?S?S?S?S4运动规

4、律z?z?ma单位（0）mm等加速等 减速mm(o)数据1514712561156010 6023014418201、插床机构的设计内容与步骤1、导杆机构的设计与运动分析、设计导杆机构。按已知数据确定导杆机构的各未知参数，其中滑块5导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条 件来确定，即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上(见参考图例 1) 、作机构运动简图。选取长度比例尺卩i(m/mm),按表1-2所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图1-2 ;取滑块5在下极限时所对应的曲柄位置为起始位置 1,按转向 将曲柄圆周十二等分，得12个曲柄位置，位置5对应于滑块5处于

5、 上极限位置。再作出开始切削和终止切削所对应的5 /和12 /两位5切削始点图1-2曲柄位置图、作滑块的运动线图。 为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，取位移比例尺口 s二口 i,根据机构及滑块5上C点的各对应位置，作出滑块的运动线图Sc(t)、然后根据Sc(t)线图用图解微分法(弦线法)作滑块的速度vc(t)线图(图1-2)，并将其结果与4)相对运动图解法的结果比较图1-2用图解微分法求滑块的位移与速度线图、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。选取速度卩a(m s-2)/mm，作该位置比例尺v(m s-1)/mm和加速度比例尺 的速度和加速度多边形(见图1-3)求Va r i其中12

6、nJ 60 gd/s)列出向量方程，求求VA3和aA3VA3VA2VA3A2ntkraA3aA3aA2 aA3A29a3A2用速度影像法求和aB列出向量方程，求VC和aCntVcVb Vcbac aB acBacBa）速度图b ）加速度图图1-3位置7的速度与加速度图2、导杆机构的动态静力分析已知 各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图1 1）及已得出的机构尺寸、速度和加速度。、绘制机构的力分析图（图1-4）。力分析的方法请参考机械原理教材已知 各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图 1-1）及已得出的机构尺寸、速度和加速度，求出等效构件 1的等效 阻力矩Mr。（注

7、意：在切削始点与切削终点等效阻力矩应有双值）、选取力矩比例尺卩M（N.mm/mm）,绘制等效阻力矩Mr的曲线图（图1-4）图1-4等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲线图利用图解积分法对 Mr进行积分求出Ar- 曲线图，假设驱动力 矩M为恒定，由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等， 所以驱 动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线并且与 Ar曲线的终点相 交如图1-4中Ad所示，根据导数关系可以求出 M曲线(为一水平直 线)。、作动能增量一线取比例尺 卩e =卩a=k a m (J/ mm,动能变化厶已二人dA r,其值可直接由图1-4 上Ad ()与A r ()曲线对应纵坐标线 段相减得到，由此

8、可作出动能变化曲线 A与Ar相减的曲线图(如图 1-5)图1-5作动能增量一线图3、用解析法较好机构运动分析的动态静力分析结果、图解微分法F面以图1-6为例来说明图解微分法的作图步骤，图1-6为某一位移 线图，曲线上任一点的速度可表示为vdssdystan图1-6位移线图其中dy和dx为s=s(t)线图中代表微小位移ds和微小时间dt的线 段，a为曲线s=s(t)在所研究位置处切线的倾角。上式表明，曲线在每一位置处的速度v与曲线在该点处的斜率成正比, 即vXtg a ,为了用线段来表示速度，引入极距K(mm)则vsdy tan S K tanvKtandt tdxttK式中口 v为速度比例尺，

9、口 v =卩s/ tK ( m/s/mm )。该式说明当K 为直角三角形中a角的相邻直角边时,(Ktg a )为角a的对边。由此可 知，在曲线的各个位置，其速度v与以K为底边，斜边平行于s=s(t) 曲线在所研究点处的切线的直角三角形的对边高度(Ktg a )成正比。该式正是图解微分法的理论依据，按此便可由位移线图作得速度线图 (v-v(t)曲线)，作图过程如下：先建立速度线图的坐标系v=v(t)(图1-7a),其中分别以口 v和at作为 v轴和t轴的比例尺，然后沿轴向左延长至o点,oO=K(mm),距离K称 为极距，点o为极点。过o点作s=s( t)曲线(图1-6)上各位置切线的 平行线o1

10、、o2、o3 等，在纵坐标轴上截得线段01、02、03 等。由前面分析可知，这些线段分别表示曲线在2、3、4等位置时的速度，从而很容易画出位移曲线的速度曲线(图1-7a)。a）切线法b）弦线法图1-7.速度线图a）切线作图 b）弦线作图上述图解微分法称为切线法。该法要求在曲线的任意位置处很准确地 作出曲线的切线，这常常是非常困难的，因此实际上常用“弦线”代 替“切线”，即采用所谓弦线法，作图方便且能满足要求，现叙述如下: 依次连接图1-6中s二s（t）曲线上相邻两点，可得弦线12、23、 34 等，它们与相应区间位移曲线上某点的切线平行。当区间足够小时，该点可近似认为在该区间（例2,3）中点的

11、垂直线上。因此我们 可以这样来作速度曲线：如图1-7b所示,按上述切线法建立坐标系v=v（t）并取定极距K及极点o,从o点作辐射线o1、o2、o3、o4等，使分别平行于弦线01、12、23、34并交纵坐标轴于1、2、3 等点。然后将对应坐标点投影相交，得到一个个小矩形（例 图1-7b中矩形2233）,则过各矩形上底中点（例图1-7b中e,f点等） 的光滑曲线，即为所求位移曲线的速度线图（v=v（t）曲线）。、图解积分法图解积分法为图解微分法的逆过程。取极距K （mm,用图解积分法由力矩M r曲线求得力矩所做的功A r曲线（图 1-4 ）。M dA/ dAdy / dx由于貸 KtanM K t

12、an其中故取A r曲线纵坐标比例尺 A求Ar的理论依据如下:22A M rdMy dx00nM K tan i xi 12Kdx0Ktan iXi4、飞轮设计计算飞轮的转动惯量Jf已知机器运转的速度不均匀系数3,机器在曲柄轴 1上转速n1,在图1-5中， E的最大和最小值，即3 max和3 min位置，对应纵坐标 Emax和厶Emin之间的距离gf ,则Amax EmaxEmin (gf) E所以Jf为:I900AmaxJfni所求飞轮转动惯量为:109.30391.614975.1485Ted /N*m51559.8341875.777187.11438.1886JF/kg*m21175.3

13、8772KM.I 1 JftEf-L* *5、凸轮机构设计1、等加速等减速|j = 2f d2 / d0 w = 4f w1d / d0?a = 4f w12 / d02、余弦专=e1- cos(pd/d0)/2 ?w= pf w1 sin(pd/d0) / (2q)?a = p2f w12cos(pd /d0)/(2d02)3、正弦j = f (d/d0)- sin(2pd /d0) /(2p) w= f w11 - cos(2pd / d0) / d022a = 2pf w12sin(2pd /d0) /d024、五次多项式C0+ C1d+ C2d2 + C3d3+ C4d4+ C5d52

14、 3 4 C1w1 + 2C2w1d + 3C3w1d2 + 4C4 w1d3 + 5C5w1d4 2C2w12 + 6C3w12d + 12C4w12d2 + 20C5w12d3回程运动规律：f (1- d /d0)- f w1 / d00修正后的等速回程羽01 = 15 取%= doif /(2do- 2doi)正弦加速度加速阶段(d10)：f + f 1(- d / d01 + sin(pd / d01) / p) f 1w1(cos(pd / d01)- 1)/ d01- pf 1w12 sin(pd / d01) / d012等速阶段多=fi+ (f - fi)(1- (d- dG-

15、 2doi) 貂=-(f - f i)Wi / (do- 2doi)?a = o正弦加速度减速阶段( do- d? 1o)：| = fi(do- d)/doi- sin(p(do- d)/doi)/p) ?w= f 1W1 (cos(p(do- d)/doi)- 1)/doi?a = pf 1W12 sin(p(do - d) / do1) / do12凸轮理论实际轮廓曲线（A）6040200-20-40-60-60-40-807一一1j J11 jr/I1 X11实际轮廓理论轮廓40-80-20x/mm20606、齿轮机构设计已知 zi=14, Z2=41, m=8, a =20o所以Di1

16、12D2328Dbi105.28Db2308.32Hal8Ha28Hfi10Hf210Dai128Da2344Dfi92Df2308p25.12P25.12s12.56s12.56Pbi23.61Pb223.61a220a220三、感想与体会通过这段时间的设计，我受益匪浅，不仅在学问方面有所提高， 而且在为人处事方面有了更多的认识。当我们遇到一个问题时，首先不能畏惧，而是要对自己有信心， 相信通过自己的努力一定能解决的。 就象人们常说的在战略上藐视它。 但是在战术上的重视它。 通过慎重的考虑认真的分析， 脚踏实地去完 成它，克服重重困难，当你成功实现目标时，那种成就感一定会成为 你成长的动力。这次设计的题目是插床。主要是确定机械传动的方案，通过导 杆机构到飞轮设计，再到凸轮机构和齿轮机构设计，带动棘轮传动， 再传到工作台， 从而使工作台进行间歇进给运动， 使刀具能安全的进 行切削。这次设计课程不仅让我加深了对机械原理理论课程的理解和认 识，更培养了我用理论知识去解决实际问题的能力。 也许我的这种方 案不是很好的方案， 但它解