插床设计计算说明书

1、 第 24 页 机械原理课程设计设计计算说明书设计题目 学院 专业 级 班学生姓名 完成日期 指导教师 （签字）重庆大学国家工科机械基础教学基地设 计 任 务 书1.1 设计题目插床1.2 插床简介 插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即插刀具有急回现象；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。1.3 设计要求及

2、设计参数设计要求：要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。进给机构压力角不超过许用值。 设计参数如下所示： 主执行机构机构名称曲柄转速n1机架LAC刨刀行程H行程速比系数K连杆与导杆之比LDE/LCD工作阻力F(N)导杆质量m3(kg)导杆转动惯量JS3(kgm2)滑块质量m5(kg)数据45152.1141201.80.559000281.250进给机构机构名称从动件最大摆角y凸轮从动件杆长(mm)推程许用压力角a推程回程许用压力角a回程滚子半径rr(mm)刀具半径rc(mm)数据101404050150.081.4 设计任务1）完成各执行机构的选型与设计计算，选择原动机，拟定机械传动方

3、案，确定各级传动比，画出机构运动简图及机械系统传动方案设计图；2）按工艺要求进行执行系统协调设计，画出执行机构的工作循环图；3）对主执行机构用解析法进行运动分析，用相对运动图解法对其中的一个位置加以验证，并根据计算机计算结果画出插刀位移线图，速度线图和加速度线图；4）用图解法对主执行机构的一个位置进行动态静力分析；5）用解析法对控制工作台横向进给的凸轮机构进行运动分析；6）用图解法绘制控制工作台横向进给的凸轮机构的位移曲线及凸轮轮廓曲线；7）根据机电液一体化策略和现代控制（包括计算机控制）理论，大胆提出一种或一种以上与该机现有传统设计不同的创新设计方案。设 计 目 录一：主执行机构方案的选择

4、51、执行机构方案的选择、分析与评价 52、原动机的选择 53、拟定传动系统方案 6二：主执行机构设计与分析 71、插床机械设计参数以及相关参数计算 72、插床软件分析 9三：主执行机构运动分析 101、主执行机构速度分析 102、主执行机构加速度分析 113、主执行机构受力分析 12四、凸轮机构设计与分析 151、凸轮机构相关参数的确定 152、凸轮基本参数设置 17心得与体会 21参考文献 22设计计算与说明计算结果一：主执行机构方案的选择1、执行机构方案的选择、分析与评价（1）运动是否具有确定的运动该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中Pl=7,Ph=0。机构中存在虚约束，改善了

5、机构的受力状况，提高运动的可靠性。由以上条件可知：机构的自由度F=3n-2Pl-Ph=1。机构的原动件是曲柄，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。（2）机构传动功能的实现在原动件曲柄1带滑块2的作用下，摇杆3在一定的角度范围内摆动。通过摇杆杆3带动连杆4运动，从而实现刨刀的往复运动。（3）主传动机构的工作性能曲柄1 的角速度恒定，通过滑块2带动摇杆3摆动，连杆4也随着杆3的摆动不断的改变角度，使刨刀的速度变化减缓，速度趋于匀速；在机构的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。（4）机构的传力

6、性能 该机构在设计上不存在影响机构运转的死点，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。 （5） 机构的动力性能分析。由于原动件曲柄具有运动稳定平衡性，在运转过程中，不会引起整个机构的震动，保证整个机构的寿命。（6） 机构的合理性此机构使用六连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。（7） 机构的经济性该机构使用的连杆都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。2、原动机的选择根据上述的设计参数数据以及插床自身工作特点，选择合适的原动机使得在通过它来传递动力或改变运动形式、参数。原动机的机械特性

7、以及各项性能与机械执行系统的负载特征和工作要求的匹配，在很大程度上决定了整个机械系统的工作性能和机构特征。根据本机构设计的特点，参考机构运动简图以及传动特征，参照原动机选择的要求，根据题目所给插床的数据分析，驱动电动机暂时采用：Y180L-6,额定功率N=22KW，额定转速n=970r/min，设计参数如表所示。Y系列三相异步电动机型号规格Y180L-6极数6额定功率 （kw）15转速 （r/min）970电压 （V） 380额定电流 （A）6.5效率 （%）89.5功率因数 （cos） 0.81重量 （kg）200最大长、宽、高（mm）710x465x4303、拟定传动系统方案根据上述电动机

8、选择Y180L-6,额定转速960r/min由题意得，假设插床每分钟的往复次数为1575次，6档，即转速级数Z=6由于本传动系统的最大传动比所以带传动的速比为8，齿轮传动的速比为也为8。公比则插床插刀各档的速度为：75、54、39、29、21、15。由假设得：电动机的转速采用970转/分。根据机构的选择，按已选定的两个执行机构形式和机械的传动系统画出机械运动方案简图。一个导杆插削机构和皮带传动机构，工作台的不完全齿轮间歇旋转机构。1）确定变速组数目和变速组排列方式由于转速级数Z=6，故取两个变速组，根据各变速组，根据各变速组中传动副数目应遵循前多后少的原则，选择: 即前面用一个三联齿轮，后面用

9、一个双联齿轮。2）确定基本组和扩大组根据前紧后松的原则，选择6=3123方案，即第一变速组为基本组，其三档传动比在转速图上相差一格；第二变速组为扩大组，两档传动比在转速图上相差三格。3）确定是否增加定传动比降速级由于本传动系统的最大传动比为减小二级变速组的传动比，考虑到主执行机构中的主动件必须与大齿轮固联，且驱动它的小齿轮不能做成滑动齿轮，故这一对齿轮的传动比固定。通过类比，选定为4。设增加一级V带传动，传动比选定为4.2，则二级变速组的最大传动比为：4)分配速比由上述计算知，变速组的最大传动比为3.811.44，设取第一变速组、第二变速组的最大传动比均为1.41.4=1.96，则第一变速组的

10、三个传动比分别为：1.96、1.4和1；第二变速组的二个传动比为1.96和0.714。二：主执行机构设计与分析1：插床机械设计参数以及相关参数计算曲柄转速曲柄长度插刀行程行程速度比系数连杆与导杆之比力臂工作阻力导杆3的质量D d导杆3的转动惯量滑块5的质量一、插床导杆机构的综合1、计算极位夹角 、曲柄角速度、曲柄角加速度2、求导杆长度、连杆长度、中心距根据插床机构结构示意图，由几何条件可得因为，3、求弓形高、导路距离2：插床软件分析插床刨床运动分析软件输入设计参数行程速比系数 K=1.8 插 刀 行 程 H=120mm曲柄长度 LAB=66mm 连杆长度 LDE =76.05mm导路距离 Le

11、 =283.55mm 曲柄角速度 =4.71rad/s曲柄角加速度=0rad/s2插床刨床运动分析软输出计算参数 极位夹角 =51.429 导杆长 LCD=138.286mm中心距 LAC=152.114mm 弓 形 高 b =13.695mm机架长 Le=283.553mm 最大压力角 max=5.166插床机构结构示意插刀运动线图插刀最大切削速度 V1max=0.197m/s 刨刀最大回程速度 V2max=0.499m/s插刀最大切削加速度 a1max=1.364m/s*s 刨刀最大加速度 a2max=3.061m/s*s三：主执行机构运动分析已知：曲柄的转速n=45 rad/min ，滑

12、块质量为50kg，导杆的质量为28kg，其质心转动惯量为1.2 kg，力臂d=110mm，工作阻力F=9000N。此时，曲柄AB与中心距LAC的夹角为45，即与垂直于曲柄AB方向的夹角为45。（1）主执行机构速度分析. 方向 方向 大小 ？ ？ 大小 已知 ？ ？曲柄转至当前角度对应的滑块速度： （2）主执行机构加速度分析方向 ？ /Lbc大小 ？ ? ? 方向 大小 已知 ? ?曲柄转至当前角度对应的滑块加速度：（3）主执行机构受力分析曲柄力矩平衡图；构件45示力图：构件2-3示力图： 对构件45：大小 已知 已知 已知 ？ ？方向 已知 已知 ？ ?对构件45单独的封闭力多边形可确定、大小

13、对构件2-3：大小 已知 已知 ? 已知 ？方向 已知 已知 已知 ?以垂直于DCB杆建坐标系：=0 联立方程组推出：其中、可以不用求，利用力多边形封闭性可直接求出=13650.26N. 四、凸轮机构设计与分析1、凸轮机构相关参数的确定已知： 从动件的最大摆角，许用压力角，从动件长度,从动件运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴，数据如表1所示。表1 插床设计参数题号10主执行机构曲柄转速n145曲柄LAB66插刀行程H120行程速比系数K1.8连杆与导杆之比LDE/LCD0.55力臂d(mm)110工作阻力F(N)9000导杆质量m3(kg)28导杆转动惯量JS3(kgm2)1.2滑块质

14、量m5(kg)50进给机构从动件最大摆角y10凸轮从动件杆长(mm)140推程许用压力角a推程40回程许用压力角a回程50滚子半径rr(mm)15刀具半径rc(mm)0.08要求： 按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，求出理论廓线外凸曲线的最小曲率半径，选取滚子半径，绘制凸轮实际廓线。以上内容作在3号图纸上（参考图例5）。整理说明书。插刀阻力曲线如图3所示。0.05H0.05HHSFmaxF图3刨刀阻力曲线根据已知值，以及给定的基圆建议值，在A3图纸上确定圆心O2位置。做出基圆，再根据滚子半径做出理论曲线。取一点为B点，由O2B=95mm，从动件杆长O1B=140mm，通过几何做法找到O1点。

15、连接O1O2，测得长度为160mm为中心距。由于由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，所以实际凸轮推程角应为除去空载行程后的摆角，我们计算得推程角。在此之后为了方便设计与分析，将推程角设，将回程角设为与推程角相等的度数，远停角大小为10。将以上的数据全部带入摆动从动件凸轮机构设计软件，计算得结果：摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数见附表1.根据计算结果德数值，求得各个坐标点距圆心的距离。以O2B为基线顺时针每转5确定一个坐标点。分别以这些点为圆心做出滚子的圆，用光滑的曲线连接各个点，得到实际凸轮轮廓线，再连接滚子圆的外切点，得到理论轮廓线。接着，根据软件中的要求，即每5一个单位，

16、做出116各个轨迹点与O1的旋转运动曲线。根据计算结果中的转角和 角位移两项在A3图纸右边做出从动件位移线图。连接个点做出光滑曲线。由给定数据的K值算出极位夹角大小为51.429。由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，最后做出相应的插刀工作行程图。2、凸轮基本参数设置基圆半径 rb=80 mm 3.运动规律参数滚子半径 rt=15 mm 最大摆角 =10中心距 a=160 mm 推程角 1=50摆杆长 L=140 mm 远停角 2=10 凸轮转速 n=45 rpm 回程角 3=50刀具半径 rc=0.08 mm 近停角 4=250.0002.运动规律选择: 初始角 0=29.99

17、5推程运动规律:正弦加速度 4.包络类型:内包络回程运动规律:余弦加速度 5.设计方向:正向 凸轮理论廓线与滚子包络线 凸轮轮廓曲线与刀具中心轨迹从动件运动规律曲线max=5.166s G5=500NR34=8522.67NR65=342.56NG3=280N=13650.26Nrb=80 mma=160 mm 推程角 1=50远停角 2=10回程角 3=50近停角 4=250.000初始角0=29.995心得与体会十几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制

18、,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,小组里的人都很有责任感,付出了最大的努力,尽最大的努力去解决自己任务里所遇到的问题.最终我们能完成于这种态度十分不开的。生活中的点点滴滴成功失败都是这样的吧与我们对待事情的态度相关。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解.也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的. 课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程,比如我组的张星红同学,人家的确有种耐得住寂寞的心态.所以他在学习上取得了很多傲人的成绩,但是我所赞赏的还是他追求的过程,当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是