(完整版)插床毕业课程设计.doc

1、目录第一章绪论第二章插床主体机构尺寸综合设计第三章插床切削主体结构运动分析第四章重要数据及函数曲线分析第五章工作台设计方案第六章总结第一章绪论一，设计的题目：插床运动系统方案设计及其运动分析。二，此设计是工科专业在学习机械原理后进行的一次较全面的综合设计训练，其目的：1.巩固理论知识，并应用于解决实际工程问题；2.建立机械传动系统方案设计、机构设计与分析概念；3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据的能力训练。三，主要内容：1.确定插床主要尺寸， 然后按 1：1 的比例画出图形。 对插刀进行运动分析，选取适当比例尺画出不同点速度，加速度矢量图得到不同点的速度，加速

2、度，并对两处位移，作出位移，速度，加速度同转角的图像2.在内容 1 运动分析的基础上作出运动循环图，在运动循环图的指导下，根据设计要求确定工作台进给运动机构传动方案设计（包括上下滑板1 和2 进给运动的机构传动方案设计；回转台 3 分度运动的机构传动方案设计；刀具与工作台在运动中的协调性分析；）3.整理和编写说明书一份，对图纸进行详细说明时间安排（ 1） .第一天明确任务，准备作图工具，并打扫教室。（ 2）. 第二、三天在老师的指导下确定构建尺寸，作出机构简图，并进行运动分析，并作出一个周期的位移、速度、加速度随转角变化的图像（ 3）. 第四、五天在老师的指导下，完成工作台的机构传动方案设计，

3、并画出传动示意图。（ 4）. 第六、七、八天自己总结，整理并编写说明书一份机械原理课程设计任务书学院名称：专业：年级：学生姓名 :学号 :指导教师 :一、设计题目插床传动系统方案设计及其运动分析二、主要内容1）对指定的机械进行传动系统方案设计；2）对执行机构进行运动简图设计（含必要的机构创意实验）；3）飞轮设计；4）编写设计说明书 。三、具体要求插床是用于加工各种内外平面、成形表面，特别是键槽和带有棱角的内孔等的机床（如图1 所示），已知数据如下表（参考图2）。参nrHL O1C1C2C3C4G3G5 JS3QK数O2单rpmmmmmmKgNNN位mmmmmmmm2数0.11000.0据601

4、0015012050501201603202405另： lBC BO2工作台每次进给量，刀具受力情况参考图。机床外l=1,0.5mm2形尺寸及各部份联系尺寸如图1 所示（其中： l1 =1600， l2 =1200, l3 =740, l4=640, l5 =580, l6 =560, l7 =200, l8 =320, l9 =150, l10 =360, l11 =1200,单位均为mm，其余尺寸自定。四、完成后应上交的材料1) 机械原理课程设计说明书；2) 一号图一张，内容包括：插床机构运动简图、速度及加速度多边形图、S（ ）- 曲线、 V（）-曲线和 a（ ）- 曲线；3) 三号坐标纸

5、一张： Med（）、Me r （）- 曲线；4) 一号图一张，内容包括：插床工作循环图、工作台传动方案图。五、推荐参考资料1) 机械原理课程设计指导书 （西华大学机械学院基础教学部编）2) 机械原理（孙桓主编，高等教育出版社）3) 机械原理较程（孙桓主编，西北工业大学出版社）啊1111指导教师签名日期年月日系 主 任审核日期年月日第二章插床主体机构尺寸综合设计机构简图如下：已知 =150mm，行程 H=100mm，行程比系数 K=2 ，根据以上信息确定曲柄 长度，以及到 YY 轴的距离1.长度的确定图1 极限位置由，得极为夹角：，首先做出曲柄的运动轨迹，以为圆心，为半径做圆，随着曲柄的转动，有

6、图知道，当转到，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当转到，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到与得夹角即为极为夹角。由几何关系知，于是可得，。由几何关系可得：代入数据，=150mm，得即曲柄长度为 752. 杆的长度的确定图2 杆 BC，BO 长度确定由图 2 知道，刀具处于上极限位置和下极限位置时，长度即为最大行程 H=100 ，即有 =100mm。在确定曲柄长度过程中， 我们得到， 那么可得到， 那么可知道三角形等边三角形。又有几何关系知道四边形是平行四边形，那么，又上面讨论知为等边三角形，于是有，那么可得到,即又已知，于是可得到即杆的 100mm。3.到 YY 轴的距离的

7、确定图 3到 YY 轴的距离有图我们看到， YY 轴由过程中，同一点的压力角先减小，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， 与圆弧相切与 B1 点时，当 B 点转到，将会出现最大压力角。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：lO 2 BcosB2 O 2 C(O 2 B 2O 2 BcosB 2 O 2 C) / 2由上面的讨论容易

8、知道，再代入其他数据，得：即到YY轴的距离为93.3mm综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。选取1:1的是比例尺，画出图形如图纸一上机构简图所示。第三章插床切削主体机构及函数曲线分析主体机构图见第一张图。已知，逆时针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度。规定位移，速度，加速度向下为正，插刀处于上极限位置时位移为0.当（1）位移在 1： 1 的基础上，量的位移为 79.5mm。，即 曲柄转过 175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，由理论力学中不同构件重合点地方法可得大小vA3?vA3 A2?vA2方向其中，是滑块 上与 A 点重合的点的速度，

9、是杆 AOB 上与 A 点重合的点相对于滑块的速度，是杆 AOB 上与 A 点重合的速度。又由图知，与垂直，与 BC 垂直，与 YY 轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：vCvBvCB大小 ?方向其中，是 C 点，即插刀速度，是C 点相对于 B 点转动速度，是 B 点速度。又 B 点是杆件 3 上的一点，杆件 3 围绕转动，且 B 点和杆件与 A 点重合的点在的两侧，于是可得：由图量的 ,则可到由已知可得 v A 2wO1 A275471mm/ s ，规定选取比例尺，则可的矢量图如下：最后量出代表的矢量长度为12mm,于是，可得=0.174ms即曲柄转过 175时，插刀的速度为0.17

10、4ms。（ 3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：A3A2krA3A2A3A2大小?？方向？其中，是滑块上与 A点重合点的加速度，=2O1 A44 75 2957.88mm/ s2 ，方向由指 向；是科 氏加速度 ，k22A3A23 vA3A2 1080mm/ s （其中大小均从速度多边形中量得），q 方向垂直向下；是相对于滑块的加速度，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， =,方向过由 C 指向 B；是 C 点相对于 B 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。B 时杆 AOB 上的一点，构 AOB 围绕转动，又与B 点在的两侧，由

11、（是 角加速度）可得量出则可得到的大小和方向又由理论力学 ,结合图可得到；cBntCBCB大小?方向其中，在上一步中大小方向都能求得； 是 C 相对于 B 点转动的向心加速度，方向由 C 点指向 B 点；是 C 相对于 B 点转动的切向加速度，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下：最后由直尺量的长度为12mm，于是，可得当（ 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，由理论力学中不同构件重合点地方法可得大小vA

12、3?vA3 A2?vA2方向其中，是滑块 上与 A 点重合的点的速度，是杆 AOB 上与 A 点重合的点相对于滑块的速度，是杆 AOB 上与 A 点重合的速度。又由图知，与垂直，与 BC 垂直，与 YY 轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：vCvBvCB大小 ?方向其中，是 C 点，即插刀速度，是C 点相对于 B 点转动速度，是 B 点速度。又 B 点是杆件 3 上的一点，杆件 3 围绕转动，且 B 点和杆件与 A 点重合的点在的两侧，于是可得：由图量的 ,则可到由已知可得 v A 2wO1 A275471mm/ s ，规定选取比例尺，则可的矢量图如下：最后量出代表的矢量长度为2.16

13、mm,于是，可得：即曲柄转过 355时，插刀的速度为 方向沿 YY 轴向上。（ 3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：A3A2krA3A2A3A2大小?？方向？其中，为滑块上与 A点重合点的加速度，=2O1 A24752957.88mm/ s2，方向由指向；是哥氏加速度，k2vA3A2 2vA3vA3 A2 / O2 A5（其中大小均从速度A3A23多边形中量得），方向垂直向下；是相对于滑块的加速度，大小位置，方向与平行。 B 是杆 AOB 上的一点，杆 AOB围绕转动，又与 B5 点在的两侧，由（是角加速度）可得量出则可得到的大小和方向又由理论力学 ,结合图可得到；cBntCBCB大小?方向

14、其中，在上一步中大小方向都能求得；是 C 相对于 B 点转动的向心加速度n22，方向由 C 点指向 B 点；是 C 相对于 B 点CBvBC / B5C51.44mm/ s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下代入数据可得：所有数据详见第四章表格第四章重要数据及函数曲线分析角度位移 S（mm)速度 V(ms)加速度 (ms2)71.50.0032.051430.05522140.08251.96285.90.1151.953580.1251.8429.90.1361.654910.50.141.55615

15、.50.151.16319.50.1551.07023.50.160.8577250.180.7784300.1920.6391310.2010.559837.50.2070.15105410.2100.09112450.212-0.0211948.10.22-0.024126550.212-0.065133570.205-0.1214060.20.201-0.2314766.10.2-0.3215468.90.196-0.36161730.19-0.39168760.18-0.417579.50.174-0.432180830.172-0.45187850.17-0.59194900.140

16、-0.7201920.13-0.7920892.50.126-0.9215950.093-1.04222980.073-1.522998.50.05-1.9236990.03-2.12524399-0.03-2.625098-0.07-3.1425797-0.16-3.326492.5-0.25-4.127190-0.274-5.1227883.5-0.383-5.128573-0.52-4.929266-0.574-1.7429954.2-0.62-0.4430641.5-0.613.631328.2-0.444.732017.9-0.435.232712.5-0.35.473348.1-0

17、.235.53413-0.133.953482.6-0.0293.733551.5-0.02163.04360002.251、图的分析：随着曲柄 逆时针转动角度的增大，滑块C 位移由0 开始增大，大约在240 度时达到最大，然后开始减少，易知滑块C 进程与回程时，曲柄转动的角度并不相等，这说明了曲柄转动时存在急回运动。2、 图的分析：随着曲柄逆时针转动角度的增大，即的增加，速度V 正向增大，大约在 120 度时达到最大，然后呈现下降趋势，在240 度时下降为 0，表明位移以增大到最大， 即滑块 C 达到最下端，由曲线看出， 滑块 C 的正向平均速度比负向平均速度小，进一步表明了急回运动的存在。

18、进程时，速度比较小，更有利于进刀；回程时，速度较快，有利于提高工作效率，充分证明了此机构设计的合理性。下面对特殊点作一下分析：转角为 0 度时， V=0; 曲柄转动至 120 度，正向速度到达最大值 0.22ms，此时滑块 C 具有最大速度， 当曲柄继续转动至 240 度时正向速度减少至 0，此时由速度是位移的变化率可知，其位移达到最大值。当曲柄继续转动时，滑块 C 速度反向，变为负向速度，随着转角增大而增大， 曲柄转至 240 度，速度达到负向最大值 0.63ms 之后，当滑块继续由摇杆带动时，却曲柄由 300 度转至 360 度时，其速度由负向最大值变为 0.3、图的分析：随着曲柄 逆时针

19、转动角度的增大，滑块 C 先向下作加速运动，但加速度越来越小，但是加速度越来越小，然后反向增大知道位移达到最大，接着滑块进入空回程，由于存在急回运动，加速度迅速正向增大，达到最大后又开始减小，直到滑块C 进入工作行程。下面对一些特殊点进行分析：进程时，滑块 C 具有正向加速度， 由 2.2开始减少，在102 度时达到 0，当角度继续增大时，加速度反向增大，大约在 240 度时滑块位移达到最大值，但是加速度还是在反向增大，而且增长率明显比前段更大， 当角度达到 270 度时加速度增大到5.2ms2时到达峰值，开始减少，在300 度左右是达到0，然后正向增长，表明了滑块将要向上减速运动，最后回到0

20、 位移，然后往复运动。我们可以看出，在0 至240 度区间内，加速度都很平缓，而在240 至 360 度内，加速度变化很快，都说明了急回运动的存在。第五章工作台传动方案设计此章的主要问题有三个：运动怎样从电动机引下来；工作台的运动情况及相对位置；怎样确定凸轮的安装角，怎样让整个机构协调工作。第一个问题：由于插床机身高度较高，所选择的机构传动方案必须能够实现长距离传动，且保证定传动比，长距离传动方案多种多样，如：齿轮系传动；带传动；链传动；平行四边形机构传动等。齿轮系传动会使整个机器结构变得复杂；带传动本身具有个缺点：会产生弹性滑动，且其精度不高；链传动则会产生冲击，并伴随着很大的噪声；平行四边

21、形机构传动效率高，结构简单，完全复制了原动件的运动，且其刚度较高，故选取平行四边形机构这个方案来进行长距离传动。第二个问题：工作台最终可实现前后、左右作间歇直线送进运动和作间歇回转送进运动。送进运动必须与主切削运动协调配合，即进给运动必须在刀具非切削期时间即上超阶段以内完成，以防止刀具的切削运动与工作台的送进运动发生干涉。要实现工作台的三个间歇运动，即将原动件的连续往复摆动转化为从动件的单向间歇运动，根据机构的这个运动特性，知可选取棘轮机构，实现预期运动。同时，机构中添加复合锥齿轮，可实现改变锥齿轮的旋转方向，从而改变工作台的运动方向；同时加上离合器机构，以实现动力的传递或断开。这样，当机械运

22、动传递到棘轮时，棘轮作有规律的单向间歇运动，同时将摆动转化为沿轴的自转运动，再通过复合锥齿轮传递给工作台。除了靠各机械构件带动工作台运动外，还可用手柄操作，此时与棘轮连接的离合器处于断开状态，棘轮的运动及动力不继续传递，不影响手柄对工作台的操纵。要保证送进运动与主切削运动协调配合，即进入上超工作台开始运动，结束上超工作台停止运动，直到下一个上超阶段才重新运动，则必须保证推程运动角小于等于上超区间的角度。第三个问题：由于工作台的进给运动只能发生在上超阶段，故我们所选择的机构传动方案中机构的运动只有在上超阶段才能传递给工作台，其它时间工作台都是处于静止状态，故选择凸轮式间歇运动机构，同时为了保证机

23、构协调工作，凸轮的安装角必须在上超区间的角度范围内。图 工作台传动方案工作循环图：1.工作台的循环：工作台在刀具上下来回一周期间内只有上超阶段有进给运动，其它时间都处于静止。2.刀具在一个周期内的工作方式：刀具首先从上极限位置进入工作行程上超阶段，通过上超后刀具对工件进行切削，在刀具通过切削后进入工作行程下超，然后又经过回程下超、空回行程及回程上超，经过一周。3.工作循环图：工作循环图第六章总结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

24、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，通过凸轮机构到回杆机构，回杆平行机构带动棘轮传动，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，但它解决了工作台间隙进给运动的问题。作为初次接触设计的我，对未来的设计充满了信心。我希望学校多开设这类的设计课程，不仅帮助我们理解理论知识，更重要的是让我们学会用

25、理论知识解决实际问题，帮助我们把理论知识转化成一种能力，让我们更容易解决问题。1.巩固理论知识，并应用于解决实际工程问题；2.建立机械传动系统方案设计、机构设计与分析概念；3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据的能力训练。设计题目 :插床设计二、设计要求1功能要求： 插床用作往复运动的插刀加工铅垂方向的平面、成形表面及键槽、方孔等。为保证加工质量，要求在切削行程中切削速度尽可能平稳。为提高工效，要求尽量缩短非工作行程时间。插刀每切削一次，安装工件的工作台需完成一次进给。刀具行程能在一定范围内人工无级调整。2传力及动力特性要求插削时切削阻力较大，要求主传动机构具有

26、良好的传力性能。但在空回行程时，切削阻力为零，因此在一个工作循环中，载荷变化较大，将引起主轴回转的不均匀性。为保证加工质量和减小电机容量，要求采取措施减小主轴回转的不均匀性。3空间布置及外形尺寸参看图一。三、设计主要参数插刀最大行程H max=80 mm 100mm最大切削速度V max=0.2ms行程速比系数K=1.8 2.0最大切削阻力P=2000N ，切削阻力变化曲线如图二所示。凸轮机构中心距可按机床外形参考尺寸酌情选取，建议取L=125mm凸轮机构摆杆最大摆角max可根据走刀需要选取，建议取max =10 15凸轮机构推程许用压力角推建议取 推 =40凸轮机构回程许用压力角回建议取 回

27、 =70凸轮机构滚子半径rr应根据受力情况确定。建议取rr =10mm 。刀具半径 rc建议取 rc=0.075mm许用速度波动值 建议取 0.05其它参考数据见附表。四、设计内容及要求1传动方案设计根据功能要求及设计主要参数，确定插床的合理传动方案。2设计工作循环图。3尺度综合确定选定的主传动机构各杆的长度，并绘制机构运动简图。4运动分析用解析法做主传动机构的运动分析，绘制插刀的运动线图。用相对运动图解法校核一个位置的分析结果。5受力分析用图解法对主传动机构的一个位置进行动态静力分析，求出各运动副反力和曲柄的平衡力矩； 借用同组其他同学的结果， 绘制作用于曲柄上的平衡力矩图。6凸轮机构设计合

28、理选用从动杆推程和回程时的运动规律；用解析法计算凸轮的理论轮廓曲线和实际轮廓曲线及刀具中心轨迹曲线上各相应点的坐标；用图解法绘制凸轮理论廓线和实际廓线。7动力分析用解析法计算一个运动循环的、以曲柄为等效构件的等效转动惯量和等效阻力矩；作出最大盈亏功图并计算飞轮的转动惯量。8设计计算传动系统；对指定传动部件进行强度、结构设计，画出装配图及部分零件图。9编写设计计算说明书。五、需提交的文件1） 1号图 1张（含主执行机构指定位置的机构运动简图；图解法运动分析矢量方程和速度图、 加速度图； 图解法动态静力分析矢量方程和力矢量图；刨刀的运动线图）2） 3 号图 1 张（机械系统方案示意图）3） 3号图 1张（含图解法设计凸轮廓线的设计图；从动件位移曲线；系统工作循环图）4） 1 号图 1 张（传动系统装配图）5） 3 号图 1 张（教师指定的零件图）6）设计计算说明书一份附表：主传动机构参考方案及数据L ACLDE LCL CS3L DS4XYG2G3JS3D150m0.51150m1550m150m100500N1.4kgm2mmLDE 2mmN插床机构一、机构简介与设计数据