机械原理课程设计插床设计

1、长江学院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1机构简介2设计数据、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。 、作机构运动简图。 、作滑块的运动线图。 、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 2、导杆机构的动态静力分析 、绘制机构的力分析图(图1-4 )。(2)、选取力矩比例尺 卩M(N.mm/mn，绘制等效阻力矩Mr的曲线图、作动能增量一© 线。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、图解积分法4、飞轮设计5、凸轮机构设计 6、

2、齿轮机构设计 三、感想与体会四、参考文献题目及设计要求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 作台之间的进给运动，是由固结于轴 Q上的凸轮驱动摆动从动件 QD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

3、曲柄轴Q2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22设计数据、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

4、 上极限位置。再作出开始切削和终止切削所对应的5 /和12 /两位置12,切削终点图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，取位移比例尺卩s=yi,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。选取速度比例尺卩v(m s-1)/mm和加速度比例尺 卩a(m s-2)/mm，作该位置的速度和加速度多边形(见图 1-3 )。求vA其

5、中12 nJ 60 (rad/s)列出向量方程,求vA3和 aA3用速度影像法求和aB列出向量方程，求vC和aCa）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。（注意：在切削始点与切削终 点等效阻力矩应有双值）（2）、选取力矩比例尺卩M（N.mm/mm）

6、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A =Ky e卩皿（J/ mm,动能变化AEmA d A 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，由此可作 出动能变化曲线A与Ar相减的曲线图(如图

7、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、图解微分法下面以图 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 :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v*tg a ,为了用线 段来表示速度,引入极距K(mm),则式中卩v为速度比例尺，卩v =卩s/卩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,(

8、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),其中分别以卩v和卩t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"、 o2"、 o3". 等,在纵坐标轴上截得线段 01&

9、quot;、 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）。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 =s（t）曲线上相邻两点,可得弦线12、23、3'4'.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

10、在该区间（例2,3）中点的垂直线上。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'、04'.等,使分别平行于弦 线01'、12、23、3'4'.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22"33"）,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

11、法的逆过程。取极距K （mi）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/ dxK tanm K tan由于A其中故取A r -曲线纵坐标比例尺 A K M求Ar的理论依据如下：4、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机器在曲柄轴 1上转速ni,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,则所以Jf为：所求飞轮转动惯量为:Ted /N*m109.303591.6149175.1485559.8341JF/kg*m2875.77

12、71187.114175.387738.188625、凸轮机构设计1、等加速等减速2、余弦3、正弦4、五次多项式回程运动规律：修正后的等速回程?d01 = 15取丸=dof /（2d。- 2尙）正弦加速度加速阶段（d£1°）：等速阶段 正弦加速度减速阶段（d°- d?10）：6齿轮机构设计已矢口 zi=14, Z2=41, m=8, a =2°o所以D112D2328Db1105.28Db2308.32H.18旦28H11°H210Dd128344Dfi9202308P25.12P25.12s12.56s12.56Pbl23.61R223.61

13、a220a220、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