机械原理课程设计-插床设计

1、长 江 学 院 机械原理课程设计说明书设计题目：插床机构设计学院：机械与电子工程学院 专业：班级：设计者：学号：指导老师：2016年7月1日目录题目及设计要求 . 31机构简介 . 32设计数据 . 4二、插床机构的设计内容与步骤 . 61、导杆机构的设计与运动分析 . 6、设计导杆机构。 . 6、作机构运动简图。 . 6、作滑块的运动线图。 . 6、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 . 72、导杆机构的动态静力分析 . 8、绘制机构的力分析图（图1-4）。 . 8、选取力矩比例尺M(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩Mr的曲线图 . 9、作动能增量线。 . 103、用解析法较好机构运动分

2、析的动态静力分析结果 . 11、图解微分法 . 11、图解积分法 . 144、飞轮设计 . 145、凸轮机构设计 . 166、齿轮机构设计 . 19三、感想与体会 . 21四、参考文献 . 22题目及设计要求1机构简介插床是一种用于工件内表面切削加工的机床，也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123456，使装有刀具的滑块沿道路yy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

3、台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件O4D和其他有关机构（图中未画出）来实现的。为了减小机器的速度波动，在曲柄轴O2上安装一调速飞轮。为了缩短空回行程时间，提高生产效率，要求刀具具有急回运动，图2为阻力线图。图2图12设计数据二、插床机构的设计内容与步骤1、导杆机构的设计与运动分析、设计导杆机构。按已知数据确定导杆机构的各未知参数，其中滑块5导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定，即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上（见参考图例1）。 、作机构运动简图。选取长度比例尺l(m/mm)，按表1-2所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图

4、1-2；取滑块5 在下极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得12个曲柄位置，位置5对应于滑块5处于上极限位置。再作出开始切削和终止切削所对应的5和12两位置。图1-2 曲柄位置图、作滑块的运动线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，取位移比例尺s=l，根据机构及滑块5上C点的各对应位置，作出滑块的运动线图sc(t)、然后根据sc(t)线图用图解微分法（弦线法）作滑块的速度vc(t)线图（图1-2），并将其结果与4）相对运动图解法的结果比较。图1-2 用图解微分法求滑块的位移与速度线图、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。度比例尺v(m·s-1)/mm

5、和加速度比例尺-2a(m·s)/mm，作该位置的速度和加速度多边形（见图1-3）。求vAvA=r1其中1=2n1/60 (rad/s)列出向量方程 ,求vA3和aA3vA3=vA2+vA3A2a n t k rA3+aA3=aA2+aA3A2+aA3A2用速度影像法求vB和aB 选取速列出向量方程 ,求vC和aCn tvC=vB+vCBaC=aB+aCB+aCBa）速度图 b）加速度图 图1-3 位置7的速度与加速度图2、导杆机构的动态静力分析已知各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图11）及已得出的机构尺寸、速度和加速度。 、绘制机构的力分析图（图1-4）。力分析的方

6、法请参考机械原理教材已知各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图11）及已得出的机构尺寸、速度和加速度，求出等效构件1的等效阻力矩Mr。（注意：在切削始点与切削终点等效阻力矩应有双值）、选取力矩比例尺M(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩Mr的曲线图（图1-4）图1-4 等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲线图利用图解积分法对Mr进行积分求出Ar-曲线图，假设驱动力矩Md为恒定，由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等，所以驱动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线并且与Ar曲线的终点相交如图1-4中Ad所示，根据导数关系可以求出Md曲线（为一水平直线）。、作动能增量线。取比例尺 （mm），

7、动能变化dr，其值可直接由图1-4上d（）与r（）曲线对应纵坐标线段相减得到，由此可作出动能变化曲线Ad与Ar相减的曲线图（如图1-5）。图1-5 作动能增量线图3、用解析法较好机构运动分析的动态静力分析结果 、图解微分法下面以图1-6为例来说明图解微分法的作图步骤,图1-6为某一位移线图, 曲线上任一点的速度可表示为:v=dsSdyS=tandttdxt图1-6 位移线图其中dy和dx为s=s(t)线图中代表微小位移ds和微小时间dt的线段, 为曲线s=s(t) 在所研究位置处切线的倾角。上式表明,曲线在每一位置处的速度v与曲线在该点处的斜率成正比,即vtg,为了用线段来表示速度,引入极距K

8、(mm),则v=dsSdyS=tan=SKtan=vKtandttdxttK式中v为速度比例尺,v = s/tK ( m/s/mm )。该式说明当K为直角三角形中角的相邻直角边时,(Ktg)为角的对边。由此可知,在曲线的各个位置, 其速度v与以K为底边,斜边平行于s=s(t)曲线在所研究点处的切线的直角三角形的对边高度(Ktg)成正比。该式正是图解微分法的理论依据,按此便可由位移线图作得速度线图(v-v(t)曲线),作图过程如下:先建立速度线图的坐标系v=v(t)(图1-7a),其中分别以v和t作为v轴和t轴的比例尺, 然后沿轴向左延长至o点,o0=K(mm),距离K称为极距,点o为极点。过o

9、点作s=s( t)曲线(图1-6)上各位置切线的平行线o1"、o2"、o3".等,在纵坐标轴上截得线段01"、02"、03".等。由前面分析可知,这些线段分别表示曲线在2'、3'、4'. 等位置时的速度,从而很容易画出位移曲线的速度曲线(图1-7a)。图1-7.速度线图a) 切线作图 b) 弦线作图上述图解微分法称为切线法。该法要求在曲线的任意位置处很准确地作出曲线的切线，这常常是非常困难的，因此实际上常用“弦线”代替“切线”，即采用所谓弦线法,作图方便且能满足要求,现叙述如下: 依次连接图1-6中s =s(t

10、)曲线上相邻两点,可得弦线1'2'、2'3'、3'4'.等,它们与相应区间位移曲线上某点的切线平行。当区间足够小时,该点可近似认为在该区间(例2,3)中点的垂直线上。因此我们可以这样来作速度曲线:如图1-7b所示,按上述切线法建立坐标系v=v(t)并取定极距K及极点o,从o点作辐射线o1'、o2'、o3'、o4'.等,使分别平行于弦线01'、1'2'、2'3'、3'4'.并交纵坐标轴于1"、2"、3".等点。然后将对应坐标点投影相

11、交,得到一个个小矩形(例图1-7b中矩形22"33"),则过各矩形上底中点(例图1-7b中e,f点等)的光滑曲线,即为所求位移曲线的速度线图(v=v(t)曲线)。 、图解积分法图解积分法为图解微分法的逆过程。取极距（mm），用图解积分法由力矩r曲线求得力矩所做的功r曲线（图1-4）。 M=dA/d=Ady/dx=由于其中AKtan=MKtanK M=AK故取r曲线纵坐标比例尺A=KM求r的理论依据如下：nyyAr=Mrd=Mydx=MKdxMKixiKi=1K000222=MKtanixi=Atanixii=1i=1nn4、飞轮设计计算飞轮的转动惯量JF已知机器运转的速度不

12、均匀系数，机器在曲柄轴1上转速n1，在图1-5中，E的最大和最小值，即max和min位置，对应纵坐标Emax和Emin之间的距离gf，则'=Emax-Emin=(gf)EAmax所以JF为：JF='900Amax2n12所求飞轮转动惯量为：5、凸轮机构设计1、等加速等减速22ìïj=2fd/d0ïïïw=4fwd/d2í10ïï22ïa=4fw/d10ïî2、余弦ìïj=e1-cos(pd/d0)/2ïïïíw

13、=pfw1sin(pd/d0)/(2d0)ïï222ïa=pfwcos(pd/d)/(2d100) ïî3、正弦ìïj=f(d/d0)-sin(2pd/d0)/(2p)ïïïíw=fw11-cos(2pd/d0)/d0ïï22ïa=2pfwsin(2pd/d)/d100ïî4、五次多项式2345ìïj=C+Cd+Cd+Cd+Cd+Cd012345ïïïw=Cw+2Cwd+3Cwd2+4C

14、wd3+5Cwd4í1121314151ïï222223ïa=2Cw+6Cwd+12Cwd+20Cw21314151dïî回程运动规律：ìj=f(1-d/d0)ïïïïíw=-fw1/d0ïïïïîa=0修正后的等速回程ìd01=15ïïíïf1=d01f/(2d0-2d01)ïî取正弦加速度加速阶段（d£10）：ìïj=f+f

15、1(-d/d01+sin(pd/d01)/p)ïïïíw=f1w1(cos(pd/d01)-1)/d01ïï22ïïîa=-pf1w1sin(pd/d01)/d01 等速阶段ìj=f1+(f-f1)(1-(d-d01)/(d0-2d01)ïïïïíw=-(f-f1)w1/(d0-2d01)ïïïïîa=0 正弦加速度减速阶段（d0-d?10）： ìïj=f1(d0-d)/d01

16、-sin(p(d0-d)/d01)/p)ïïïíw=f1w1(cos(p(d0-d)/d01)-1)/d01ïï22ïïîa=pf1w1sin(p(d0-d)/d01)/d01凸轮理论实际轮廓曲线（A）604020y/mm-20-40-60-80-80-60-40-20x/mm02040606、齿轮机构设计已知z1=14，z2=41，m=8, =20º 所以三、感想与体会通过这段时间的设计，我受益匪浅，不仅在学问方面有所提高，而且在为人处事方面有了更多的认识。当我们遇到一个问题时，首先不能畏惧，而是要对自己有信心，相信通过自己的努力一定能解决的。就象人们常说的在战略上藐视它。但是在战术上的重视它。通过慎重的考虑认真的分析，脚踏实地去完成它，克服重重困难，当你成功实现目标时，那种成就感一定会成为你成长的动力。这次设计的题目是插床。主要是确定机械传动的方案，通过导杆机构到飞轮设计，再到凸轮机构和齿轮机构设计，带动棘轮传动，再传到工作台，从而使工作台进行间歇进给运动，使刀具能安全的进行切削。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。也许我的这种