插床传动系统机构设计-机械原理课程设计说明书.docx

课程设计说明书设计课题： 插床机构 专业班级： 学生姓名：指导教师:设计时间： 机械原理 课程设计任务书姓 名：专 业：班 级：指导教师：职 称：副教授、讲师课程设计题目：插床传动系统机构设计已知技术参数和设计要求：一、技术参数：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）。参数nrHLO1O2C1C2C3C4G3G5JS3QK单位rpmmmmmmmmmmmmmNNKgm2N方案13015016013060601501503500.12230020.03方案26012015012555551401403400.11220020.03方案3909014012050501301303300.1210020.03另：lBC/lBO2=1,工作台每次进给量0.5mm，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：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。角度分配：90150二、设计要求：1）针对图1所示的插床的执行机构（插削机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；H0.05HG0.05HOS5图6-1插刀所受阻力曲线2）假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；3） 在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图6-1所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4）编写课程设计说明书；5）感想与建议。所需仪器设备：1） 直尺、三角板、量角器2） 计算机成果验收形式：1) 机械原理课程设计说明书；2) 图纸内容包括：插床机构运动简图、S（）- 曲线、V（）- 曲线和a（）- 曲线；3）力的分析计算参考文献：1) 机械原理课程设计指导书2) 机械原理（孙桓主编，高等教育出版社）时间安排一二、三四五、六七下发任务机构设计、速度、加速度计算画图说明书整理排版设计答辩指导教师： 教研室主任： 2017年5月22日注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够请另附页。课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。矿业学院 机械原理 课程设计成绩评定表专业：班级：学号：姓名： 课题名称插床机构设计任务与要求设计要求：1）针对图1所示的插床的执行机构（插削机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；H0.05HG0.05HOS5图6-1插刀所受阻力曲线2）假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；3） 在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图6-1所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；4）编写课程设计说明书；5）感想与建议。指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定评定成绩： 课程负责人：年 月 日目录一、概述、1二、方案确定、1三、主体机构尺寸综合设计、2四、切削主体结构运动分析、5五、切削主体结构受力分析、12六、重要数据及函数曲线分析、14七、总结、17八、参考文献、17第一部分 概述插床是利用插刀的竖直往复运动插削键槽和型孔的机床。插床一般用于插削单件、小批生产的工件，有普通插床、键槽插床、龙门插床和移动式插床等几种。普通插床的滑枕带着刀架作上下往复的主运动,装有工件的圆工作台可利用上、下滑座作纵向、横向和回转进给运动（见机床）。键槽插床的工作台与床身联成一体，工件安装在工作台上。从床身穿过工件孔向上伸出的刀杆，带着插刀一边作上下往复的主运动，一边作断续进给运动。它的特点是工件安装不像普通插床那样受到立柱的限制，故适于加工大型零件（如螺旋桨）孔中的键槽。第二部分 方案确定图1选用方案三，转过角度分别为90和150。已知LO1O2=140mm，LBC/LBO2=1，行程H=90mm，行程比系数K=2，根据以上信息确定曲柄O1A,BC,BO2长度以及O2到YY轴的距离第三部分 主体机构尺寸综合设计1、 O1A长度的确定图2由=180(K1)/(K+1)，得极位夹角：=60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，由图知道，当O2A转到O2A1，与圆相切于上面时，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的夹角即为极位夹角=60。由几何关系知A1O1O2=A2O1O2=60 。由几何关系可得：LO1A1=cosLO1O2代入数据,LO1O2=140mm，=60，得LO1A=70mm即曲柄长度为70mm。2、 杆BC、BO2的长度的确定图3由图可知，刀具处于上极限位置C2和下极限位置C1时，C1C2长度即为最大行程H=90mm，即有C1C2=90mm。在确定曲柄长度过程中，我们得到A1O1O2=A2O1O2=60，那么可得到 B1O2B2=60，那么可知道三角形B1B2O2为等边三角形。又有几何关系知道四边形B1B2C2C1是平行四边形，那么B2B1=C2C1，又上面讨论知三角形B1B2O2为等边三角形，于是有B1O2=B2B1，那么可得到B2O2=90mm ,即BO2=90mm 又已知LBC/LBO2=1，于是可得到BC=BO2=90mm即杆BC、BO2的长度为90mm。3、 O2到YY轴距离的确定图4由图我们看到，YY轴由y1y1移动到y3y3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：l 当YY轴与圆弧B2B1刚相接触时，即图中左边的那条点划线，与圆弧B2B1相切与B1点时，当B点转到B2B1，将会出现最大压力角。l 当YY轴与B2B1重合时，即图中右边的那条点划线时，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O2B1与B2B1得交点）。又几何关系知道：L=LO2BcosB2O2C+(LO2B2LO2BcosB2O2C)/2由上面的讨论容易知道 B2O2C=30，再代入其他数据，得：L=84mm即 到YY轴的距离为84mm。综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。图5第四部分 切削主体机构运动分析已知nr=90rpm，逆时针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度。规定速度，加速度向上为正，插刀处于下极限位置时位移为0。角度以竖直方向为0度。当=90时图61、 位移分析在1：1 的基础上，量的位移为45mm。，即曲柄转过90时位移为45mm。2、 速度分析是滑块上与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。由已知得如下矢量图：图7按比例尺量得VA3=VA2=0.67m/sVA3A2=0m/s又因为3=VA3/LO2A所以： 3=9.85rad/s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：即VB=0.89m/s由已知可得如下矢量图：图8按比例尺量得VC=VB=0.89m/sVCB=0m/s3、 加速度分析由理论力学知识可得矢量方程：nA3 + tA3= A2 + K + A3A2大小 23LO2A ? 2LAO1 0 ?方向 AO2 AO2 AO1 AB BA其中，是滑块上与A点重合点的加速度，=6.8m/s2；k=0m/s2;nA3 =6.60m/s2；矢量方程可解，从而得到。图9按比例尺量得：A3=6.6m/s2 A2=6.21m/s2 A3A2=12.81m/s2B时杆AOB 上的一点，构AOB 围绕转动，又与B点在的两侧，由（是 角加速度）可得又由理论力学,结合图可得到；其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相对于B点转动的向心加速度nCB=0m/s2；矢量方程可解，从而可得到C点，即插刀的加速度。图10按比例尺量得： C=0.83m/s2CB=12m/s2当=150时图111、 位移分析在1：1 的基础上，滑块的位移为90mm。，即曲柄转过150时位移为90mm。2、 速度分析是滑块上与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。由已知得如下矢量图：图12按比例尺量得 VA2=0.67m/sVA3A2=0.66m/sVA3=0m/s又因为3=VA3/LO2A所以： 3=0rad/s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：即VB=0m/s所以可得：VC=0m/s3、 加速度分析由理论力学知识可得矢量方程：nA3 + tA3= A2 + K + A3A2大小 23LO2A ? 2LAO1 0 ?方向 AO2 AO2 AO1 AB BA其中，是滑块上与A点重合点的加速度，=6.21m/s2；k=0m/s2;nA3 =0m/s2；矢量方程可解，从而得到。图13按比例尺量得： A3=A2=6.21m/s2 A3A2=0m/s2B时杆AOB 上的一点，构AOB 围绕转动，又与B点在的两侧，由（是 角加速度）可得又由理论力学,结合图可得到；其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相对于B点转动的向心加速度nCB=0m/s2；矢量方程可解，从而可得到C点，即插刀的加速度。图14按比例尺量得： C=3.75m/s2 CB=2.6m/s2第五部分 切削主体机构受力分析当=90时图15滑块5：图16G5 + FI5 + N + FR45=0大小 330N 22.6N ? ?方向 竖直 竖直 BC矢量图如下：图17由以上矢量图测得：N=19.56N FR45=353.14N连杆3：图18FR43 + G3 + FI3 + FRO2 + FR23=0大小 353.14N 130N m3s3 ? ?方向 CB s3 ? AB式中s3为S3点的加速度，在加速度矢量图中作相似三角形求得大小：图19由上图可得：s3=0m/s2因此有： FI3=0因为M=JS33; 3=tA3/LO2A; tA3=0m/s2因此有： M=0对O2点取矩可得:FR43LBO2FR23LAO2G3LO2S3=0代入数据可得：FR23=489.02N曲柄1：图20FR21=FR61=FR23=489.02NMd=FR61LO1A=34.23Nm第六部分 重要数据及函数曲线分析表1：S()、V()、()数据表角度位移S（m）速度V(m/s)加速度(m/s2)070.154-41250.1562.32440.035230004.143610.07843.24840.1866080.52-1.03角度位移S（m）速度V(m/s)加速度(m/s2)72200.58-0.290450.890.839654.340.85281.308108740.579612081-0.31-4.2113287.50.17-7.2144900.045-3.6150900-3.7515688.27-0.049-416886-0.1-518085-0.1541.419278-0.182-1.8421670-0.235-423860-0.257.824058-0.483.225254-0.58-827045-0.3-0.8327641.87-0.27841.2328824-0.2252.330029-0.1051.7731224-0.44-1.633616-0.4-4.63488-0.46-2.6图表1图表2图表3第七部分 总结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。作为初次接触设计的我，对未