机械原理课程设计—插床机构说明书

1、目录第一章绪论第二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），已知数据如下表（参考图2）参数nrHLO1O2CiC2C3C4G3G5JS3QK8单位rpmmmmmmmmmmmmmNNKgm 2N数据6010015012050

2、501201603200.14100020.05另：1bc/1bo2=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：11=1600, 12=1200,13=740,14=640,15=580,16=560,17=200,18=320, 19=150,110 =360, 111=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（|）-小曲线、V（小）-小曲线和a （小）-小曲线；3）三号坐标纸一张：Med （ » Me

3、 r （小）-小曲线;五、推荐参考资料4)号图一张，内容包括：插床工作循环图、工作台传动方案图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）图也力拓床也打机构皆制力指导教师签名日期 年一月一日-4- k# 3 二. LORI系主任 审核日期 年月 日第二章插床主体机构尺寸综合设计 机构简图如下： 已知 O1O2=150mm, BC/BO2 1,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I.OiA长度的确定图1极限位置由K (1

4、800)/(1800),得极为夹角：600 ,首先做出曲柄的运动轨迹，以。1为圆心，O1A为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道， 当02A转到O2A1,于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当 02A转到02A2,与圆相切 于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到 O2A1与02A2得夹角即为极为夹角 60°。由 几何关系知，A1O1O2 A2OQ2,于是可得，A1O1O2 A2O1O2 600。由几何关系可得：代入数据，O1O2=150mm,60°,得即曲柄长度为75mm2.杆BC、BO2的长度的确定图2杆BC , B0 2长度确定由图2知道，刀具处于上极限位置C2和下极

5、限位置Q时，C1C2长度即为最大行程H=100mm ,即有 C1c2=100mm。在确定曲柄长度过程中，我们得到 A10102A20102 600,那么可得到B1O2B2600,那么可知道三角形 B1B2O2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B1B2O2为等边三角形，于是有B102 B2B1 ,那么可得到B2O2 100mm，即B02 100mm 又已知BC/BO2 1 ,于是可得到即杆 BC , B02 的 100mm 03.O2到YY轴的距离的确定M I 巧 为图3。2到YY轴的距离有图我们看到，YY轴由yiyi移动到y3

6、y3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B2B1刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧B2B1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 YY轴通过CB1中点(C点为O2B1与B2B1 得交点)。又几何关系知道：由上面的讨论容易知道 B2O2C 300 ,再代入其他数据，得：即02到丫丫轴的距离为93.3mm综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。

7、选取 1:1的是比例尺，画出图形如图 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。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，加速度向下为正，插刀处于上极限位置时位移为0.当175O(1)位移在 1： 1 的基础上，量的位移为79.5mm。 ，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01A垂直，VA3A2与02A平行，VA3与02A垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得其中，VA2是滑块 上与A点重合的点的速度，Va3A2是杆A0B上与A点重合的点相对于滑块的速度，Va3

8、是杆A0B上与A点重合的速度。又由图知，Vb与O2B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是B点速度。又 B 点是杆件3 上的一点，杆件 3 围绕02 转动，且B 点和杆件与A 点重合的点在02的两侧，于是可得：由图量的02A3 220mm ,则可到由已知可得VA2 w 01A 275 471mm/s， 规定选取比例尺u 15mm s 1 /mm ， 则可的矢量图如下：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.

9、174m/s。（ 3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其中，A2是滑块上与A点重合点的加速度，a2= 2 0i A4 4 75 2957.88mm/s2 ,方向由A指向0i； k是科氏加速度，k 2& vAqA91080mm/s2 （其A3A2A3A23 A3A2中Va3，Va3A2大小均从速度多边形中量得），q方向垂直02A4向下；A3A2是A4相对于滑块 的加速度，大小位置，方向与 02A4平行；n 是C点相对于B点转动的向心加速度，A3A2工co=vCb/BC 993.43mm/s2,方向过由C指向B;是C点相对于B点转动的切A302A302向加速度，大小位置，方向垂直 BCo

10、次矢量方程可解，从而得到A3。B时杆 AOB上的一点，构 AOB围绕02转动，又 A4与B点在。2的两侧，由t R, n2R （是 角加速度）可得量出02 A4则可得到 _的大小和方向B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；CnB 是 C 相对于 B 点转动的向心加速度BCb vBc/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 36 mm s 2/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 cc

11、当355O（ 1）位移在 1： 1 的基础上，滑块的位移为1.5mm。 ，即 曲柄转过355°时位移为1.5mm。（ 2）速度由已知从图中可知，VA2与01A垂直，VA3A2与02A平行，Va3与02A垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得其中，Va2是滑块 上与A点重合的点的速度，Va3A2是杆A0B上与A点重合的点相对于滑块的速度，Va3是杆A0B上与A点重合的速度。又由图知，Vb与O2B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是B点速度。又 B 点是杆件3 上的一点，杆件

12、 3 围绕02 转动，且B 点和杆件与A 点重合的点在02的两侧，于是可得：由图量的02A5 123.5mm,则可到由已知可得vA2 w 01A 275 47imm/s,规定选取比例尺u 10m s 1/mm ,则可的矢量图如下：最后量出代表vc的矢量长度为2.16mm,于是，可得：即曲柄转过355°时，插刀的速度为0.0216m/s方向沿YY轴向上。（ 3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其中，A2为滑块上与A点重合点的加速度， a2= 2 O1A2 4 75 2957.88mm/s2,方向 由 A5 指 向01； k 是 哥 氏 加 速 度 ，1A3A2A3A2 23 Va3A

13、2 2VA3VA3A2/02A5（其中Va3,Va3A2大小均从速度多边形中A3A23 A3A2 A3 A3A2 2量得），方向垂直02A5向下；A3A2是A3相对于滑块 的加速度，大小位置，方向与02A5平行。 B是杆A0B上的一点，杆 A0B围绕02转动，又A5与B5点在02的两侧，由R,2R （是 角加速度）可得量出02A5则可得到口的大小和方向B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；CnB 是C 相对于 B 点转动的向心加速度BCb vBc/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

14、程可解，从而可得到C 点，即插刀的加速度。取比例尺u 50m s 2 / mm ,可得加速度矢量图如下代入数据可得：ac 3.04m/s2c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角度位移S（ mm）速度V(m/s)加速度a (m/s2)71.50.0032.051430.05522140.08251.96285.90.1151.953580.1251.8429.90.1361.654910.50.141.55615.50.151.16319.50.1551.07023.50.160.8577250.180.7784300.1920.6391310.2010.559837.50.2

15、070.15105410.2100.09112450.212-0.0211948.10.22-0.024126550.212-0.065133570.205-0.1214060.20.201-0.2314766.10.2-0.3215468.90.196-0.36161730.19-0.39168760.18-0.417579.50.174-0.432180830.172-0.45187850.17-0.59194900.140-0.7201920.13-0.7920892.50.126-0.9215950.093-1.04222980.073-1.522998.50.05-1.9236990

16、.03-2.12524399-0.03-2.625098-0.07-3.1425797-0.16-3.326492.5-0.25-4.127190-0.274-5.1227883.5-0.383-5.128573-0.52-4.929266-0.574-1.7429954.2-0.62-0.4430641.5-0.613.631328.2-0.444.732017.9-0.435.232712.5-0.35.473348.1-0.235.53413-0.133.953482.6-0.0293.733551.5-0.02163.04360002.251、 S( ) 图的分析：随着曲柄O1A, 逆

17、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，曲柄O1A, 转动的角度并不相等，这说明了曲柄 O1A, 转动时存在急回运动。2、 V( ) 图的分析：随着曲柄O1 A, 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

18、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OiA,逆时针转动角度的增大，滑块 C先向下作加速运动，但加速度越来越小，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

19、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 2.2开始减少，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

20、，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。第二个问题

21、：工作台最终可实现前后、左右作间歇直线送进运动和作间歇回转送进运动。送进运动必须与主切削运动协调配合，即进给运动必须在刀具非切削期时间即上超阶段以内完成，以防止刀具的切削运动与工作台的送进运动发生干涉。要实现工作台的三个间歇运动，即将原动件的连续往复摆动转化为从动件的单向间歇运动，根据机构的这个运动特性，知可选取棘轮机构，实现预期运动。同时，机构中添加复合锥齿轮，可实现改变锥齿轮的旋转方向，从而改变工作台的运动方向；同时加上离合器机构，以实现动力的传递或断开。这样，当机械运动传递到棘轮时，棘轮作有规律的单向间歇运动，同时将摆动转化为沿轴的自转运动，再通过复合锥齿轮传递给工作台。除了靠各机械构件带动工作台运动外，还可用手柄操作，此时与棘轮连接的离合器处于断开状态，棘轮的运动及动力不继续传递，不影响手柄对工作台的操纵。要保证送进运动与主切削运动协调配合，即进入上超工作台开始运动，结束上超工作台停止运动，直到下一个上超阶段才重新运动，则必须保证推程运动角小于等于上超区间的角度。第三个问题：由于工作台的进给运动只能发生在上超阶段，故我们所选择的机构传动方案中机构的运动只有在上超阶段才能传递给工作台，其它时间工作台都是处于静止状态，故选择凸轮式间歇运动机构，同时为了保证机构协调工作，