机械原理课程设计—插床机构说明书

1、目录第一章绪论第一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），己知数据如下表（参考图2）参数nrHLO1O2CiC2C3C4G3G5JS3QK单位rpmmmmmmmmmmmmmNNKgm2N数据60100150120505

2、01201603200.14100020.05另：Ibc/Ibo2=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:h=1600, =1200, Is =740, k=640, 15=580,16 =560, I? =200,18 =320, 19=15O,li0 =360,lii=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) 三号坐标纸一张：Med ( )、Me r曲线；4)

3、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)可编辑word文档啊mi I I!指导教师签名日期年一月一日系主任审核日期年一月_日第二章插床主体机构尺寸综合设计机构简图如下:己知 OiO2=150mm, BC/BO21,行程 HTOOmm,行程比系数 K=2 ,根据以上信息确定曲柄0代BC,BO2长度，以及6到丫丫轴的距离I.OiA长度的确定I7J其上權限图1极限位置由K（180。）/（180。），得极为夹角：60。首

4、先做出曲柄的运动轨迹，以Oj为圆心，OjA为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道，当OzA转到OzA,于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当O?A转到0必2,与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到o 2人与O2A2得夹角即为极为夹角60% 由几何关系知， A1O1O2 A2O1O2,于是口J得，AjOiO2A2O1O2 60o 由几何关系可得:O1A1 cos ?OiO2代入数据，OQzilSOmm,60,得OiA 75mm即曲柄长度为75 mm2杆BC、BO2的长度的确定由图2知道，刀具处于上极限位置C?和下极限位置G时，GC?长度即为最大行程H=100mm,即有 CGTOOmm。

5、在确定曲柄长度过程中，我们得到A1OQ2A2OQ260 ,那么可得到B1O2B2 60,那么可知道三角形BiB2O2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B2O2100mm,即卩BO2100mm 又已知BC/BO2 1,于是可得到BC BO2 100mm 即杆 BC, BO?的 100mn% 3.02到丫丫轴的距离的确定图3 02到YY轴的距离有图我们看到，丫 丫轴由yy移动到沟5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

6、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BzBi相切与B1点时，当B点转到B2, Bi,将会出现最大压力角2当丫 丫轴与重合时，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，我们可以选取丫 丫轴通过CB1中点(C点为6B1与B,得交点)。 又几何关系知道：I O2B?cos B2O2C (O2B2 O2B?cos B2O2C)/2由上面的讨论容易知道B2O2C 30,再代入其他数据，得：I 93.3mm即。2到丫丫轴的距离为93.3mm1:1的是比例尺，画出图形如综上，插床主体设计所要求的尺寸已

7、经设计完成。选取 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。己知w60r/ 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 175。(1)位移在仁1的基础上，量的位移为79.5mmo ,即曲柄转过175。时位移为79.5mm。(2)速度由已知从图中可知，VA2与3A垂直，VA3A2与。2A平行，VA3与人垂直，由理论力学中不 同构件重合 点地方法可得VA3VA3A2VA2大小？方向其中，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

8、AOB上与A点重合的速度。又由图知，vb与垂直，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：VB VCB大小？方向其中，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点重合的点在的两侧，于是可得：2BVb XvA3由图量的2A3220mm,则可到100220由已知可得VA2 w iA 275471mm/s,规定选取比例尺u15mm s 1 /mm,贝 U 可的矢量图如下:A2kA3A2rA3A2722A2 =OiA4 4752957.88mm/s ,23 VA3A21080mm/s2,

9、q方向垂直O?A4向下；A3A2是A4相对于滑最后量出代表Vc的矢量长度为12mm,于是，可得vc=0.174m/s即曲柄转过175。时，插刀的速度为0.174m/s,(3)加速度由理论力学知识可得矢量方程：A3大小？方向？苴中.“是厝快卜与A占重合占的加凍底.方向由A4指向；A3A2是科氏加速度，A3A2(其中VA3,VA3A2大小均从速度多边形中量得)块 的加速度，大小位置，方向与0?A4平行；A3A2是点相对于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B时杆AOB的一点，构AOB围绕02转动，又A4与B点在O2

10、的两侧，由R,n2R （是角加速度）可得B02B2A3A3量出OaA4则可得到a的大小和方向B又由理论力学，结合图可得到；ntCBCBCB大小？方向?其中，B在上一步中大小方向都能求得；nCB是c相对于B点转动的向心加速度A3 cbVbc/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，方的切向加速度，大小位置，方向垂直BCo次矢量方程可解，从而得到向与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 s2/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 355。位移在1

11、:1的基础上，滑块的位移为1.5mmo即曲柄转过355时位移为1.5mmo(2)速度由己知从图中可知，VA2与OlA垂直，VA3A2与A平行，VA3与人垂直，由理论力学中不 同构件重 合点地方法可得VA3VA3A2VA2大小？方向其中，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上与A点重合的速度。又由图知，Vb与B垂直，Vcb与BC垂直，Vc与YY轴平行，有理论力学同一构件不同点的方 法可得：VC VBVCB大小？方向其中，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

12、转动，且B点和杆件与A点重合的点在勺的两侧，于 是可得：2BVbZvA3由图量的2A5 123.5mm，则可到100v b123 .5由已知可得VA2 w iA 2 75 471 mm/s,规定选取比例尺u 10m s 1 /m m,则可的矢量图如卜：最后量出代表VC的矢量长度为2.16mm,于是，可得：Vc 0.0216m/s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：A3大小方向kA2A3A2其中，A2为滑块上与A点重合点的加速度,OiA2A3A22752957.88mm/s,方向由A5指向A3A23 VA3A2是哥氏加速度

13、A3A22VA3VA3A2 / O2A5 （其中VA3 VA3A2大小均从速度多边形中量得），方向垂直0?A5向下;A3A2是A3相对于滑块的加速度，大小位置，方向与O2A5平行。B是杆AOB上的一点，杆AOB围绕6转动，又A5与B5点在。2的两侧，由lR,n2R （是角加速度）可得BO2B5A3O2A5量出0必5则可得到B的大小和方向又由理论力学，结合图可得到；ntCBCBCB大小？9方向其中，B在上一步中大小方向都能求得；nCB是c相对于B点转动的向心加速度cbVbc/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

14、可解，从而可得到C点，即插刀的加速度。取比例尺U 50m s2/mm ,可得加速度矢量图如下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S ,V ,a数据表角度7位移S(mm)速度(5)加速度a2.051.50.0031430.05522140.08251.96285.90.1151.953580.1251.8429.90.1361.654910.50.141.55615.50.151.16319.50.1551.07023.50.160.8577250.180.7784300.1920.6391310.2010.559837.50.2070.15105410.2100.09112450

15、.212-0.0211948.10.22-0.024126550.212-0.065133570.205-0.1214060.20.201-0.2314766.10.2-0.3215468.90.196-0.36161730.19-0.39168760.180.417579.50.174-0.432180830.172-0.45187850.17-0.59194900.1400.7201920.13-0.7920892.50.1260.9215950.093-1.04222980.0731.522998.50.051.9236990.03-2.12524399-0.032625098-0.07

16、-3.1425797-0.163.326492.5-0.25-4.127190-0.274-5.1227883.50.3835.128573-0.524929266-0.574-1.7429954.2-0.620.4430641.5-0.613.631328.2-0.444.732017.9-0.435.232712.50.35.473348.1-0.235.53413-0.133.953482.6-0.0293.733551.5-0.02163.04360002.25随着曲柄加，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，

17、曲柄加，转动的角度并不相等，这说明了曲柄OA,转动 时存在急回运动。2、V()图的分析:随着曲柄OA,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 0.22m/s,此时滑块C具有最大速度，当曲柄继续转动至240度

18、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0.63m/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0. A，逆时针转动角度的增大，滑块 C先向下作加速运动，但加速度越來越小，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

19、2.2 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5.2m/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