机械原理课程设计—插床机构说明书

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 总结机械原理课程设计任务书、设计题目 插床传动系统方案设计及其运动分析、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。、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 图 1 所示），已知数据如下表（参考图 2 ）参数nrHLo1O2C1C2GGG3GJs3QK单位rpmmmmmmmmmmmmmNNKgrnN数 据6010015

2、0120505012016032010002另：iBdl BO=1,工作台每次进给量，刀具受力情况参考图 2。机床外形尺寸及各部份联系尺寸如图 1 所示(其中：l i =1600, l 2 =1200, l 3 =740, I 4 =640, l 5 =580, l 6 =560, l 7 =200, l 8 =320, I 9=150, I io=36O, I ii =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

3、坐标纸一张：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)1 P *3 *4 *5fSl插床图咖)插床执背机构制麒h)刀貝工作阳力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 O1O2=150mm BC/BO21，行程 H=100mm行程比系数 K=2,根据以上信息确定曲柄O1A, BC,BO2长度，以及02到YY轴的距

4、离1. OiA长度的确定图 1 极限位置由K (180)/(180)，得极为夹角：600，首先做出曲柄的运动轨迹，以 O1为圆心，O1A为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知 道，当O2A转到O2A1，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当 O2A转到O2A2，与 圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到O2A1与O2A2得夹角即为极为夹角600。由几何关系知，A1O1O2A2O1O2 ，于是可得，A1O1O2A2O1O2 600。由几何关系可得：代入数据， O1O2=150mm，600，得即 曲柄长度为 75mm 2.杆BC、BO2的长度的确定图2杆BC, BO,长度确定由图2知道，刀具

5、处于上极限位置C2和下极限位置&时，C1C2长度即为最大行程H=100mm ，即有 C1C2 =100mm。在确定曲柄长度过程中， 我们得到 A1O1O2A2O1O2 600 ， 那么可得到BQ2B260，那么可知道三角形 Bi B2O2等边三角形。又有几何关系知道四边形Bi B2C2C1是平行四边形，那么B2 Bi C2C1，又上面讨论知Bi B2O2为等边三角形，于是有B1O2 B2B1，那么可得到B2O2 100mm ,即BO2 i00mm又已知 BC / BO2 i ，于是可得到即杆 BC, BO2 的 100mm3. O2到丫丫轴的距离的确定图3。2到YY轴的距离有图我们看到，丫丫轴

6、由yiyi移动到yy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当丫丫轴与圆弧B2B1刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧B2B1相切与B1 点时，当B点转到B2, B1，将会出现最大压力角。2.当丫丫轴与B2B1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，我们可以选取丫丫轴通过CB1中点（C点为O2B1与B2B1得 交点）。又几何关系知道: 由上面的讨论容易知道 B2O2C 300 ，再代入其他数据，得：即 O2 到 YY 轴的距离为综上，插床主体设计所要求的尺寸

7、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w 60r/m，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 175O（1）位移在 1：1 的基础上，量的位移为。 ，即 曲柄转过 175时位移为 。（2）速度由已知从图中可知，VA2与OjA垂直，Va3A2与O2A平行，VA3与O2A垂直，由理论力学中不 同构件重合点地方法可得其中，Va2是滑块 上与A点重合的点的速度，Va3A2是杆AOB上与A点重合的点相对于滑块 的速度，Va3是杆AO

8、B与A点重合的速度。又由图知，Vb与O2B垂直，Vcb与BC垂直，Vc与丫丫轴平行，有理论力学同一构件不同点 的方法可得： 其中，Vc是C点，即插刀速度，Vbc是C点相对于B点转动速度，Vb是B点速度。又B点是杆件3上的一点，杆件3围绕。2转动，且B点和杆件与A点重合的点在。2的两侧，于是可得：由图量的 O2A3 220 mm , 则可到由已知可得vA2 w O1A 275 47imm/s,规定选取比例尺u 15mm s 1 /mm，则可的矢量图如下：最后量出代表 VC 的矢量长度为 12mm,于是，可得VC=s即曲柄转过 175时，插刀的速度为 s。（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其

9、中，A2是滑块上与 A点重合点的加速度，A2= 2 Oi A4 4 75 2957.88mm/s2，方向由A4指向Oi ； A3A2是科氏加速度，A3A2 23 vA3A2 1080mm/s2（其中Va3,Va3A2大小均从速度多边形中量得），q方向垂直02 A4向下；3A2是A4相对于滑 块 的加速度，大小位置，方向与O2A4平行； A3A2是C点相对于B点转动的向心加速 度， A3O2=vCb/BC 993.43mm/s2,方向过由C指向B； A3O2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 A3。B时杆AOB上的一点，构AOB围绕。2转动，又A

10、4与B点在0?的两侧，由t R, n2R （ 是 角加速度）可得量出O2A4则可得到 a的大小和方向B又由理论力学 , 结合图可得到；其中，a在上一步中大小方向都能求得；Cb是C相对于B点转动的向心加速度BCb vBc/BC 36mm/s2，方向由C点指向B点；Cb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 u 36mm s 2 /mm ，可得加速度矢量图如下：最后由直尺量的ac长度为12mm于是，可得ac 0.432m/s2当355O（1 ）位移在 1：1 的基础上，滑块的位移为。 ，即 曲柄转过 355时位移为

11、。（2）速度由已知从图中可知，Va2与OiA垂直，Va3A2与O2A平行，Va3与O2A垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得其中，VA2是滑块 上与A点重合的点的速度，VA3A2是杆AOB上与A点重合的点相对于滑块 的速度，Va3是杆AOB与A点重合的速度。又由图知，vB与O2B垂直，vcB与BC垂直，vC与丫丫轴平行，有理论力学同一构件不 同点的方法可得：其中，Vc是C点，即插刀速度，Vbc是C点相对于B点转动速度，Vb是B点速度又B点是杆件3上的一点，杆件3围绕。2转动，且B点和杆件与A点重合的点在。2的两侧，于是可得：由图量的 O2A5123.5mm , 则可到由已知可得vA2 w

12、 O1A 2 75 47imm/s，规定选取比例尺u 10m s 1 /m m,则可的 矢量图如下： 最后量出代表Vc的矢量长度为，于是，可得: 即曲柄转过355时，插刀的速度为0.0216m/s方向沿丫丫轴向上（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程:其中，A2为滑块上与A点重合点的加速度,2A2 =O1A2752957.88mm/s，方向 由 A5 指 向O1A3A2是哥氏加速度A3A23 VA3A2 2va3VA3A2 /2 A5 （其中Va3 ,Va3A2大小均从速度多边形中量得），方向垂直2A5向下；3A2是A3相对于滑块 的加速度，大小位置，方向与2A5平行。B是杆AOB上的一点，杆

13、 AOB围绕2转动，又A5与B5点在2的两侧，由 t R, n 2 R （ 是 角加速度）可得量出2A5则可得到口的大小和方向B又由理论力学 , 结合图可得到；其中， 在上一步中大小方向都能求得；CnB 是 C 相对于 B 点转动的向心加速度BCb v；c/B5C5 1.44mm/s2,方向由C点指向B点；Cb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u 50m s 2/mm ,可得加速度矢量图如下代入数据可得： ac 3.04m/s2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速度加速度角度位移 S( mm

14、)V(m/s)a (m/s2)714322142835842495625303141455557736370778491981051121191261331401471541611687683859092959899999897175180187194201208215222229236243250257264271278902857329266299306313320327334341 3348355360 0 01、 S( ) 图的分析：随着曲柄OiA,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OiA,转动的角度并

15、不相等，这说 明了曲柄 O1A, 转动时存在急回运动。2、V( ) 图的分析 ：随着曲柄OiA,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。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s，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

16、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s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、 a( ) 图的分析：随着曲柄OiA,逆时针转动角度的增大，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，由开始减

17、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 s2 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

18、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

19、，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