插床机构的设计

1、机械原理课程设计计算说明书课题名称：插床机构的设计姓名：张超院别：工学院学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机设 1201 班指导教师：魏原芳2014年6月7日工学院课程设计评审表学生姓名张超专业机械设计动造及其自年级2级2学号2012010803设计题目插床机构设计评价内容评价指标评分 权值评定成绩业务水平有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计机构运动方案（或正确建立数学模型并运用matlab进行仿真）；对所设计机 构的特定位置进行运动分析和动态静力分析。独立进行设计工 作，能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处 理设计数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。40论

2、文（设 计说明 书、图纸） 质量论述充分，结论严谨合理；设计方法正确，分析处理科学；文 字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；图纸绘制符合国家标准；计算结果准 确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特 见解。40工作量、工作态度按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵 守纪律；工作作风严谨务实。20合计100指导 教师 评语设计目录1机械原理课程设计任务书.41.1课程设计的目的和任务 .41.2机构简介与设计数据 .41.3设计内容.61.4设计步骤和要求.62机构简介与设计数据设计 .71.1插床简介.71.2设计数据.8

3、3插床机构的设计及尺寸计算.93、1曲柄导杆机构的设计及尺寸计算.93、2用图解法进行机构的运动分析 .143、3用图解法进行机构的动态静力分析 .184凸轮机构设计.21心得与体会.22参考文献.:.23机械原理课程设计任务书学生姓名张超班级1201学号位置10设计题目一：插床机构设计及分析一、课程设计的目的和任务1.课程设计的目的机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要组成部分。机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的机械原理理论知识，培养学生独立解决实际问题的能力，使学生对机械的运动学和动力学的分析和设计有一较完整的概 念，并进一步提高电算、绘图和使用技术资料的能力，更为重要

4、的是培养开发和 创新机械的能力。2.、课程设计的任务用图解法对插床的连杆机构进行运动分析和动力分析，设计凸轮机构。要求 画出A1图纸一张，写出计算说明书一份。二、机构简介与设计数据1插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图1所示。电动机 经过减速装置（图中只画出齿轮 吕、Z2）使曲柄1转动，再通过导杆机构1-23-4-5-6,使装有刀具的滑块沿导路作往复直线运动，以实现刀具切削运动。 为了缩短空行程时间，提高生产效率，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O4D和其他有关机构（图中未画出）来完成的。为了缩短空回形成时间，提高生产效率

5、，要求刀具有 急回运动。在工作行程中，刀具上作用有相当大的切削阻力，在切削行程的前后各有一 段0.05H（H为刀具行程）行程，如图2所示。而在空回行程中则没有切削阻力， 因此在一个工作循环中，刀具受力变化很大，从而影响了主轴的匀速运转，为减 小主轴的速度波动，需采用飞轮调速，以减小电动机容量和提高切削质量。 插床机构简图如图1所示，题目数据列于表1。图1插床机构简图F |maxSc0.050.05H图2插刀阻力曲线2.设计数据见表1表1设计数据设计内容导杆机构的设计及运动分析符号n1KlBC/lO3ALO2O3abcHZ1单位r/minmm数据6021150505012510013设计内容导杆

6、机构的动态静力分析凸轮机构的设计符号Z2G3G5JS3Fr书maxLO2O4IO4D单位Nkg/m2mmN0mm数据401603200.14120100015147125设计内容凸轮机构的设计符号r0rT505015 502从动杆运动规律单位0等加速等数据6115601060230减速在导杆机构中，有30个连续等分的130个位置，其中工作上极限位置为1, 在本方案中行程速比系数为k=2,使等分位置21与工作行程的下极限位置重合。刀具距上下极限位置0.05H时曲柄所在位置为3和18。总共32个位置，插床机 构中曲柄位置分布如图3所示。图3插床机构中曲柄位置图三、设计内容四、设计步骤和要求1)设计

7、步骤1、 设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构各未知数，其中滑块5的导路 位置可根据连杆4传力给滑块5最有利条件来确定，即导路应位于B点所画圆弧 高的平分线上。2、 做机构运动简图。选取长度比例尺(i=O(m/s)/mm，先用虚线绘出机构极限位置1,然后用粗线画出所分配位置的机构运动简图，并确定当前位置C点位移sc03、 做运动分析。选取速度比例尺w=(m/s)/mm速度、加速度比例尺w=(m/s2)/mm，用相对运动图解法作分配位置的速度多边形和加速度多边形，确 定当前位置C点速度vc和加速度ac及根据速度和加速度影像求各构件重心的速 度vs和加速度as。4、确定阻力。根据切削阻力曲线，将所

8、分析位置相应的切削阻力。5、 计算导杆的惯性力和惯性力偶矩以及滑块的惯性力，并将导杆的惯性力 和惯性力偶矩合成为一个总惯性力，同时求出该力至重心的距离。6、 动态静力分析。将机构拆分为若干基本杆组，以杆组为分离体，画出作 用在其上的所有外力，然后取力比例尺g=N/mm，用力多边形或力矩平衡方程 求各运动副反力和曲柄上的平衡力矩Mb。7、凸轮机构设计绘制从动杆的运动线图，画出凸轮实际轮廓曲线。以上作图部分画在图纸上，同时整理说明书。2）设计要求1绘图问题A1图纸一张，A1图纸1张，绘图工具一套。2、绘图要求作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁，线条尺寸应符合国家标准。3、计算说明书要求计算程

9、序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。任务分配位置2468101214161818 学号12345678910位置2022学号1112、机构简介与设计数据1、插床机构简介插床是一种用于工件内表面切削加工的机床。主要有齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如下图 1-1a 所示。电动机经过减速器装置（图中只画出齿轮 z1、z2）使曲柄 1 转动，再经过导杆机构 1-2-3-4-5-6, 使装有刀具的滑块沿导路 y-y 作往复运动，以实现刀具的切削运动，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）来完成的。为了缩短空行程时间，提高效率

10、，要求刀具有急回运动。图1-1b 所示为阻力线a)图 1-1b)图 1-12、设计数据设计数据见表 1-1表 1-1 设计数据图 3-30 插床机插床机构运动分组1234插刀往复次数n（次/min）306090120插刀往复行程H （mm1001209060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凸轮摆杆长度Lo4d(mm)125125125125凸轮摆杆行程角书()15151515推程许用压力角a()45454545推程运动角S0()60906090回程运动角S0()90609060远程休止角S01()101510

11、15速度不均匀系数S0.030.030.030.03最大切削阻力Q(N)2300220021001000阻力力臂d(mm)150140130120滑块5重力G5(N)320340330320构件3重力G3(N)160140130120构件3转动惯量J3(kg*m2)0.140.110.10.1三、插床机构的设计及尺寸计算1、曲柄导杆机构的设计及尺寸计算图 1-2 机构运动结构简图已知QO2=150mm,BC/BO21，行程 H=100mm,行程比系数 K=2，根据以上信息确定曲柄OiA, BC, BO2长度，以及。2到 YY 轴的距离。(1)、OiA长度的确定图 1-2a)曲柄OiA长度的确定

12、具体计算过程如下：由K (1800)/(1800)，得极位夹角：600,首先做出曲柄的运动轨迹，以Oi为圆心，OiA为半径作圆，由图 知，随着曲柄的转动，当O2A转到O2A时，与圆相切于上面，刀具处 于下极限位置；当O?A转到O2A2，与圆相切于下面时，刀具处于上极 限位置。于是可得，O2A与O2A2得夹角即为极为夹角600由几何关系知，AOQA2O1O2，于是可得，A1O1O2A2O1O260，由几何关系可得：0人cos?。1。2、杆BC、BO2的长度的确定即1刀具上极限曲柄长度为75mm刀具下极农代入数据，O1O2= 150mm,600，得O1A 75mm0护出卫足尊边三角形色比6。是平行

13、四边形H-100图 1-2b）杆BC、BO2长度的确定由图 1-2b）得知，刀具处于上极限位置C2和下极限位置Ci时,C1C2长度即为最大行程H=100mm，即有CiC2=100mm。在确定曲柄长度过程中，可知，A1O1O2A2O1O2600，那么可得，B1O2B260，故可知，BiB2O2为等边三角形。又由几何关系可知，B1B2C2C1为平行四边形， B2B1C2G,又由上知，B1B2O2为等边三角形，于是B1O2B2B1，那么可得，B2O2100mm,即BO2100mm已知，B1O2B2B1,于是可知，即杆的长度为BC BO2100mm。(3)、O2到 YY 轴的距离的确定图 1-2c)O

14、2到 YY 轴的距离的确定I给由图 1-2c)我们可以看出，YY 轴由移动到丫3丫3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。那么我们考虑以下两个位置:1、当 YY 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B2Bi相切与 B1 点时，当 B 点转到B2,BI，将会出现最大压力角。2、 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O2BI与B2B1得交点）。又根据几何关系可知，由上

15、易知，B2O2C 300，代入相关数据得，l 93.3mm即02到 YY 轴的距离为 93.3mm。综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。选取 1:2 的比 例尺，画出图形如附图 A1 纸上机构简图所示。2、用图解法进行机构的运动分析已知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，插刀处于上极限位置时位移为 0。（ 1）、速度分析由已知从图中可知，VA2与6A垂直，VA3A2与6A平行，VA3与6A垂直，由理论力学中不同构件重合点的方法可得，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

16、，VA3是杆 AOB 上与 A 点重合的速度。 又由图知，vB与2B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：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为 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：由图量得3民111mm,则可到得，由已知可得，vA2w O|A 275 471mm/s,规定选取比例尺丄=0.0047m $1/mm,则可得矢量图如下：图 1-4a)速度多边形(-=0.0047m-s1/ mm)最后量出代表vc的矢量长度为

17、 43mm,于是可得,vc=0.202m/s 即曲柄转过 108时，插刀的速度为 0.202m/so(2)、加速度分析由理论力学知识可得矢量方程：krA3A2 A3A2 A3A2大小？方向 ？其中，A2是滑块上与 A 点重合点的加速度，氏加速度，A3A223vA3A2335 .96 mm /s2（其中 gg2A2 -OA475 2957.88mm/s2，方向由A指向1；A3A2是科大小均从速度多边形中量得），q 方向垂直2A4向下；3A2是A4相n对于滑块的加速度，大小位置，方向与2A4平行；A3A2是 C 点相对于 B 点转动的向心加速度，A32=VCB/BC 458.8mm /s2，方向过

18、t由 C 指向 B ；A32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A4与B点在2的两侧，由tR,n 2R（是角加速度）可得量出2A4则可得到B的大小和方向。又由理论力学，结合图可得到，其中，aB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aCBVBC/ BC 917.6mm/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。矢量方程可解，从而可得到 C 点，即插刀的加速度。取比例尺=0.0296m?s2

19、/ mm，可得加速度矢量图如下：图 1-4（b）加速度多边形（UA=0.0296m?s2/mm）由图（1-4b）直尺量的 a3长度为 30mm,于是可得 a30.888m/s2。即当曲柄转过 108时，插刀的加速度为 0.888m/s2。3、用图解法进行机构的动态静力分析根据运动分析的结果，按照下列步骤用图解法对插床主执行机构的一个位置进行动态静力分析。1）、计算惯性力和惯性力矩导杆3的惯性力和惯性力矩为：F=5.98N,Mj=1.22kgm。惯性力作用在质心 虽上。2、动态静力分析1）由杆组4的受力图和力的平衡条件可得：其中？为构件4与竖直方向的夹角。解方程可以求得和，取合适的力比例尺R5

20、20N,R34 141NF=10N/mm作出力多变形。2）由杆组3的受力图和平衡条件可得：解方程式可得。在对03点取距：其中，11为R43到03点的垂直距离，12为G3到03点的垂直距离，13为Fi3到03点的垂直距离，14为FA02到03点的垂直距离。求得：FAO2=387.98N取合适的力比例尺F=10N/mm作出力多变形。3）由曲柄1的受力图和平衡条件得：式中，h 是力R21对点 A 力臂的图示长度。根据方程式可求得平衡力矩四、凸轮机构的设计及尺寸计算利用作图法按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线，具体设计步骤：绘制从动件的运动线图，由已知旣祚亢、一. =60、.丄 、-=60Sg 評，可画出

21、其运动规律，如下图所示： 图 1-2d）从动件的运动线图画出凸轮实际轮廓曲线，根据图 1-2d ）运动规律，由已知数据，利心得体会作为一名机械设计制造及其自动化大二的学生，我觉得能做这样的课程设计 是十分有意义。时光飞逝，一转眼，课程设计也接近的尾声说起课程设计，在这次实践的过 程中学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显 示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要 的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化.?在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关 系值得我们去深思和体会在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人 很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大的努力，不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然，总觉得自己的弱势 .其实 在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动 也是不同的，这当然也会影响我们的结果 很多时候问题的出现所期待我们的是一 种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底有多强，那是一种态度的端正和 目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问题之中，我们才能更好的解决问题.?我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，其次，老 师对题目的讲解要一丝不苟的去听去想， 因为只有都明白了，做起设计就会事半