中环机械原理课程设计论文-插床机构设计

1、机械原理课程设计报告题目：插床机构设计专业：机械工程班级：13机械4学号：13130158姓名：张祥杰指导教师：天津理工大学中环信息学院机械工程系2015年6月26日工作原理2一设计任务2二设计数据3三设计要求4四主体机构尺寸的综合设计4五机构的运动分析8六数据汇总并绘图14七总结15八参考文献15课程设计一插床机构设计工作原理插床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1-1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 34 5 6, 使装有刀具的滑块沿道路y y

2、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02 上的凸轮驱动摆动从动件04d和其他有关机构（图中未画出）來实现的。图1-1插床机构运动方案示意图一设计任务1、针对图1-1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；h图1-2插刀所受阻力曲线31).0 5 h00.05h"2、假设曲柄1等速转动，画出滑块c的位 移、速度和加速度的变化规律曲线；3、编写课程设计说明书；4、感想与建议。二设计数据依据插床工况条件的限制，预先确定了有关 几何

3、尺寸和力学参数，如表1-1所示。要求所设 计的插床结构紧凑，机械效率高。表1-1插床机构设计数据分组1234插刀往复次数n (次/min)306090120插刀往复行程h (mm)1501209060插削机构行程速比系数k2222中心距lo2o3 (mm)160150140130杆长之比l (bc) /l (o3b)1111质心坐标a (mm)60555045质心坐标b (mm)60555045质心坐标c (mm)130125120115凸轮摆杆长度lo4d (mm)125125125125凸轮摆杆行程角v (° )15151515推程许用压力角：«(° )454

4、54545推程运动角s0(° )60906090回程运动角6 0 (° )90609060远程休止角501(° )10151015推程运动规律等加等减余弦正弦5次多项式回程运动规律等速等速等速等速速度不均匀系数§0. 030. 030. 030. 03最大切削阻力q(n)2300220021002000阻力力臂d(mm)150140130120滑块5重力g5(n)350340330320构件3重力g3 (n)150140130120构件3转动惯量j3(kg*m2)0. 120. 110. 10. 1三设计要求1、导杆机构的运动分析已知：行程速比系数k,滑

5、块5的冲程h,中心距比值ircigb，各构件重心s的位置，曲柄每分钟传。要求：设计导杆机构，作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，作滑块的运动线图。以上内容与后 面动态静力分析-起画在1号图纸上（参考图例1）。曲柄位置图的作法为（图1-2）取滑块5在上极限吋所对应的曲柄位置为起始位置1,按转向将曲柄圆周i二等分，得12个位置点，显然位置9对应于滑块5处于下极限得位置,表1-2机构位置分配图1学生编专12345679101112j;位咒编号112345678891011122456rs8,9jo111291 r再作出开始切削和终止切削所对应的1'和8两

6、位置，共计有14个位置，可按表2进行分 组。我的组号是2,位置编号分别为6和8。2、整理说明书四主体机构尺寸的综合设计机构运动简图如图所示：已知qowomm, bci bor,行程h = 120mm,行程比系数k=2,根据以上信息确定曲柄。2人 bcg 长度，以及到yy轴的距离i.o2a长度的确定由 k = (180°+0)/(180°-0),得极位夹角:6 = 60°,首先做出曲柄的运动轨迹，以。2为圆心，q4为半径做圆，随着曲柄的转动，有图 知道，当03转到。3人，与圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当。3人转到。3企， 与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置

7、。于是可得到与。3仏得夹角即为极位夹角 & = 60°。由儿何关系知，zao2o3=za2o2o3,于是可得，za1(?203 = za02(?3=60°o 由 儿何关系可得：02a =cos0o2o代入数据，oq3t 50mm, & = 60°,得(?i a = 75mm即曲柄长度为75 mm2.杆bc、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，cg长度即为最大行 程 h =20mm ,即有c&2 = 120mm。在确定曲柄长度过程小，我们得到,那么可得到乙803场=60°,那么可知道三角形3厶。3等边三角

8、形。又有几何关系知道四边形bb2c2g是平行四边形，那么b2bx = c2c,又上面讨论知 側场。3为等边三角形,于是有b03 = b2b,那么可得到b2o3=2qmm ,即b03 = 120mm乂已知眈/3。3=1，于是可得到bc = bo* = 120mm即杆bc, bq的长度为120mm。3.q到yy轴的距离的确定纠 ki沟图3。2到丫丫轴的距离有图我们看到，yy轴由儿儿移动到儿儿过程中，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yy轴与圆弧场目刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧禺色相切与b1点时，当b点转到场

9、,$,将会岀现最大压力角。2.当yy轴与禺色重合吋，即图中右边的那条点化线吋，b点转到b1吋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001与场色 得交点)。由几何关系知道:i = 0yb cos zb2o3c + (002 - 0<b cos zb2o3c)/ 2由上面的讨论容易知道zb2o3c = 30°，再代入其他数据，得：综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。选取1:1的比例尺，画出图形如 图纸上机构简图所示。五机构的运动分析1、6点速度分析，加速度分析已知vv = 60r/m,逆吋针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度

10、。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 0=150°(1) 位移在1： 1的基础上，量的位移为81.9mm,即 曲柄转过150。吋位移为81.9mm。(2) 速度由已知从图中可知，匕2与。3人垂直，匕3a2与q3平行，匕3与。2人垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法町得t>>03=*43人2大小v99方向vvv其中，匕2是滑块上与a点重合的点的速度，匕3a2是杆aob上与a点重合的点相对于滑块的速度，匕3是杆aob上与a点重合的速度。又由图知，仏与垂直，比§与bc垂直，与丫丫轴平行，有理论力学同一构件不同vv点的方法可得:大小 ？

11、方向 v+ vcb9其中，是c点，即插刀速度，卩眈是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q转动，且b点沿杆件3与a点重合的点在的两侧，于是可得：to.b t由图量的q人=217加加,则可到120% - 217""v由1知可得卩屈=wxqa = 2tfx75 = 47mm/ s ,规定选取比例尺” =4mm -1 mm ,则可的矢量图如下：.最后量岀代表的矢量长度为62mm,丁是，可得vc=248.8mm/s即曲柄转过150°时，插刀的速度为248.8mm/so（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：->+ ak+ 0603+

12、 af?v?7v7aa6 = co2 xo2a6 = 4ttx75 = 2957.88/m?7 /s2 ,>t0人6=0603大小vv方向7v其中，aa6是滑块上与a点重合点的加速度力向由人指向q ； a"是科氏加速度，a k = 2x co= 685 mm i s'（其中e a3a2©心3a2大小均从速度多边形中量得），其方向垂直o3a6向下；力是a6相对于滑块2的 加速度，方向与0/6平行； 603是a点相对于。3点转动的向心加速度， 笛603 =记2 /处03 - 902.37mm/?，方向过由人指向。3 ； "：603是人点相对于°

13、3点转 动的切向加速度，方向垂一直人。3。由矢量方程可解，从而得到乙。b是杆aob上的一点，杆aob围绕q转动，又人6与b点在o?的两侧，由g；6o3 吹可得0.b°3人6量出p e则可得到的大小和方向又由理论力学，结合图可得到;其中，61么在上一步中大小方向都能求得;是c相对于b点传动的向心加速度tt=ab+ acb+ &b大小9vv9方向vvvv咲b=v；clbc = vlmmls2,方向由c点指向b点；是c相对于b点转动的切向加速 度，大小未知，方向与bc垂宜。此矢量方程可解，从而叮得到c点，即插刀的加速度。取比例尺“ =21mm - s21 mm ,可得加速度矢量图如

14、下:最后由直尺量的p c长度为11.8mm,于是，可得q. 318.6mm/52当 0 = 210°(1) 位移在1： 1的基础上，滑块的位移为113mm。，即曲柄转过210。吋位移为113mm。(2) 速度由已知从图中可知，匕2与。/垂直，匕3a2与。/平行，匕3与qa垂直，由理论力学屮不同构件重合点地方法可得>t»大小va3v二 va3a29+ 529方向vv7其中，匕2是滑块上与a点重合的点的速度，匕3a2是杆aob上与a点重合的点相对于 滑块的速度，匕3是杆aob上与a点重合的速度。又由图知，6与o0垂直，与bc垂直，与丫丫轴平行，有理论力学同一构件 不同点的

15、方法可得：tttvc = vb +vcb大小？v?方向vvv其中，比是c点，即插刀速度,卩肚是c点和对于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o3转动，且b点和杆件3与a点重合的点在q的两侧，于是可得:t o.b t廿一兄3由图量的o3人=166. mm，则可到120v n = *a3166.1 心由已知可得 = wxo2a = 27tx15 = 471/777?/5 ,规定选取比例尺“ =4mm - 1 mm ,则可 的矢量图如下：最后量出代表比的矢量长度为34.9mm,于是，可得:vc = 139.6mm/$即曲柄转过21()。时，插刀的速度为139.6mm/5方向

16、沿yy轴向下。(3)加速度由理论力学知识可得矢量方程：“a8 =闵803人小 vv方向 vv其中，勺8为滑块上与a点重合点的加速度,?v9vvvtaas = a)2 xo2a6 = 4x75 - 2957.88mn? is1 ,方冋rh勺8指冋q ； 0c是科氏加速度，a*=2xe x v 1074 mm / 52 (其中 e a3a2©，3a2大小均从速度多边形中量得)，方向垂直0*8向下；/是4相对于滑块2的加速度，方向与。3蕊平行。b是杆aob±的一点，杆aob围绕。3转动，又人与b点在q的两侧，由必8。3 =沪/?可得量出。2人8则可得到的大小和方向又由理论力学，结

17、合图可得到;t二 abt+ cb 't卜&b大小9vv9方向v7vv其中，0為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 =</bc-39.45m/n/?,方向由c点指向b点；是c和对于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 = 21mm-s2 /mm ,可得加速度矢量图如卜代入数据可得：a.l0s0.0mm/s2六数据汇总并绘图数据如下表所示，数值屮的正负号表明方向，位移、速度和加速度的方向向下为正方向;点1,2345678&9101112转角(°)02630609012015018021021424027030033()位移 (mm)06720406082951131141201086013速度 (mm/s)01101302002302502452151401100-340-750-330加速度(mm/s2)240012501100500200-5()-300-550-1050-12002400-6100-3506150绘制的曲线图见图纸七总结通过对机械原理课程设计任务插床机构设计16个学时的学习，使我对绘制机构运动 简图、速度多边形、加速度多边形有了更为深入的理解。对比机械原理这门课机械原理 课程设计任务则是将理论和具休操作（绘图）相结