机械原理课程设计插床机构.docx

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机械原理课程设计插床机构

插床机构综合与传动系统设计

题目及设计要求2

一、设计题目2

二、设计数据与要求3

三、设计任务3

设计：

4

一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图4

1、插削机构的设计：

4

2、送料机构（凸轮机构）的设计：

5

二、假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线（插削机构的运动学分析）9

1）位置分析9

2）角速度分析9

3）角加速度分析10

三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图2所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件，分析曲柄所需的驱动力矩13

四、确定电动机的功率和转速。

15

五、取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。

16

六、感想与建议。

16

七、参考文献。

16

题目及设计要求

一、设计题目

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6－15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1－2－3－4－5－6，使装有刀具的滑块沿道路y－y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，是由固结于轴上的凸轮驱动摆动从动件和其他有关机构（图中未画出）来实现的。

画出）来实现的。

针对图3-30所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析，并进行传动系统结构设计。

二、设计数据与要求

依据插床工况条件的限制，预先确定了有关几何尺寸和力学参数，如表6－4所示。

要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。

表6－4插床机构设计数据

分组

1

2

3

4

插刀往复次数n（次/min）

30

60

90

120

插刀往复行程H（mm）

150

120

90

60

插削机构行程速比系数K

2

2

2

2

中心距Lo2o3（mm）

160

150

140

130

杆长之比L（BC）/L（o3B）

1

1

1

1

质心坐标a（mm）

60

55

50

45

质心坐标b（mm）

60

55

50

45

质心坐标c（mm）

130

125

120

115

凸轮摆杆长度Lo4d（mm）

125

125

125

125

凸轮摆杆行程角ψ（°）

15

15

15

15

推程许用压力角[α]（°）

45

45

45

45

推程运动角δ0（°）

60

90

60

90

回程运动角δ0'（°）

90

60

90

60

远程休止角δ01（°）

10

15

10

15

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δ

0.03

0.03

0.03

0.03

最大切削阻力Q（N）

2300

2200

2100

2000

阻力力臂d（mm）

150

140

130

120

滑块5重力G5（N）

350

340

330

320

构件3重力G3（N）

150

140

130

120

构件3转动惯量J3（kg*m2）

0.12

0.11

0.1

0.1

三、设计任务

1.        针对图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；

2.        假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；

3.        在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图6－16所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；

4.        确定电动机的功率与转速；

5.        取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；

6.        编写课程设计说明书；

7.感想与建议。

设计：

一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图

1、插削机构的设计：

由题知：

杆1的极位夹角为

θ=180*（K-1）/（K+1）；故有

为了使构件4对构件5的平均传动角比较大，故应有：

则可得：

所得数据如下：

设计数据

x（mm）

140

112

84

56

y（mm）

75

60

45

30

L3（mm）

150

120

90

60

L4（mm）

150

120

90

60

L1（mm）

80

75

70

65

2、送料机构（凸轮机构）的设计：

四种方案的推程运动规律：

1、等加速等减速

2、余弦

3、正弦

4、五次多项式

回程运动规律：

修正后的等速回程

取

正弦加速度加速阶段（

）：

等速阶段

正弦加速度减速阶段（

）：

所得数据如下：

设计数据

中心距Lo2o4（mm）

100

85

105

85

滚子半径rt（mm）

15

15

15

15

基圆半径R0（mm）

48

54

48

55

四种方案下的凸轮轮廓曲线如下：

第一组：

第二组：

第三组：

第四组：

设计简图：

二、假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线（插削机构的运动学分析）

1）位置分析

建立封闭矢量多边形

（式1）

将机构的封闭矢量方程式

（1）写成在两坐标上的投影式，并化简整理成方程左边仅含未知量项的形式，即得：

（式2）

解上述方程组得：

………………（式3）

2）角速度分析

分别将（式2）对时间取一次导数，可得

……………………………………………………………………………（式4）

解之可得s3,ω3,ω4,s5。

3）角加速度分析

分别将（式2）对时间取二次导数，可得加速度关系

………………………………………………………（式5）

采用高斯消去法可求解（式5）可解得角加速度dds3,α3,α4,dds5；

各方案滑块C的位移和速度变化规律曲线，即S5、S5’的变化规律如下图：

A组

B组：

C组

D组

三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图2所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件，分析曲柄所需的驱动力矩

A组：

0

10

20

30

40

50

259.3098

255.3141

245.8876

231.1217

211.3963

187.164

60

70

80

90

100

110

158.9173

127.1466

92.28602

54.6429

-1.10027

6.906381

120

130

140

150

160

170

16.07548

26.96908

40.31501

56.32318

72.22192

78.63992

180

190

200

210

220

230

66.56669

40.57024

27.78005

23.05485

20.07949

16.46778

240

250

260

270

280

290

12.00689

6.906211

1.385723

56.15551

95.39985

131.6296

300

310

320

330

340

350

164.36

193.027

217.0809

236.0431

249.542

257.3333

B组：

0

10

20

30

40

50

219.3244

214.5626

205.6179

192.1321

174.4833

153.1127

60

70

80

90

100

110

128.4994

101.1335

71.48516

39.9689

-0.68041

8.226628

120

130

140

150

160

170

19.28784

33.77307

53.36326

78.50911

102.322

102.3131

180

190

200

210

220

230

61.53863

-5.21395

-20.8057

-11.9901

-1.15985

4.789761

240

250

260

270

280

290

6.452221

5.39733

2.725749

45.40389

79.88536

111.5567

300

310

320

330

340

350

140.0074

164.749

185.3081

201.282

212.3726

218.403

C组：

0

10

20

30

40

50

182.1557

176.4258

167.8636

155.5312

139.815

121.1506

60

70

80

90

100

110

100.0058

76.867

52.22956

26.59453

0.062861

9.92342

120

130

140

150

160

170

22.79085

40.51553

65.53523

98.36419

128.3934

122.3259

180

190

200

210

220

230

58.46421

-46.5937

-64.3631

-44.1741

-21.313

-6.71407

240

250

260

270

280

290

0.67612

3.518877

3.664321

35.32776

65.49856

93.02972

300

310

320

330

340

350

117.573

138.7052

156.0211

169.1897

177.9851

182.3018

D组：

0

10

20

30

40

50

147.7851

141.2404

133.1889

122.0764

108.2949

92.271

60

70

80

90

100

110

74.45434

55.31369

35.34378

15.08588

1.276596

11.48795

120

130

140

150

160

170

25.05672

44.0959

71.38969

107.3844

139.3778

129.0814

180

190

200

210

220

230

55.4567

-74.3289

-91.7908

-65.0962

-35.1491

-15.1063

240

250

260

270

280

290

-3.86511

1.774533

4.077446

25.38515

51.42832

75.08479

300

310

320

330

340

350

96.03819

113.9072

128.3351

139.0449

145.8685

148.7582

四、确定电动机的功率和转速。

等效构件（曲柄1）上所需平均功率：

平均功率P（w）

343.3871

575.6334

708.2583

751.8974

设减速机构中齿轮传动效率η1=0.95；带传动效率η2=0.9；查《机械设计手册》，选择的电动机性能如下：

型号

Y801-4

Y90L-6

Y90L-6

Y90L-6

额定功率/kw

0.55

1.1

1.1

1.1

额定转速/（r/min）

1390

910

910

910

额定转矩/（N*m）

3.78

6

6

6

电机效率

0.705

0.735

0.735

0.735

设计减速机构：

传动比=额定转速/曲柄转速

设计各传动比如下：

传动比

46.3

15.2

10.1

7.6

齿轮传动比

5.8

3

2

2

带传动比

8

5

5

3.8

齿轮参数设计如下：

模数m（mm）

1.5

2

2.5

2.5

Z1

20

20

20

20

Z2

116

60

40

40

Lo1o2（mm）

102

80

75

75

带轮设计参数如下：

D1/mm

160

125

125

114

D2/mm

20

25

25

30

五、取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量。

所求飞轮转动惯量为：

/N*m

109.3035

91.61491

75.14855

59.8341

JF/kg*m2

875.7771

187.1141

75.3877

38.18862

六、感想与建议。

感想：

在设计过程中采用分块设计方法可以使问题得到简化，如：

１、将整个插床机构分为插削机构和送料机构，而插削机构又以六杆机构为主，依据插床工况条件的限制，题中预先确定了有关几何尺寸和力学参数，因此在满足所设计的插床结构紧凑，机械效率高的前提下设计了其他相应参数。

设计送料机构凸轮时，由于回程角比较小，若为简单的等速回程过程，则会出现尖点失真现象，故设计时将将回程规律做了一定修正。

2、电机选择时在满足高效率的前提下找到合适的传动比并通过查《机械设计手册》找到合适的电机。

在此假设了机构的效率，电机等速特性等，以便简化问题，且同时其对设计目的影响较小。

　　在整个设计过程中我们在分析清楚题目要求后讨论最佳解法并通过编程来解决。

先做好分析后着手做设计具体细节达到了事半功倍的效果。

另外由于知识的有限，将许多模型简化了也必将对设计造成一定负面影响。

建议：

希望老师能在以后的课程设计过程中，能给大家讲解一些在设计时理应注意的相关问题，并给大家推荐一些设计书籍供学生参考学习，以保证我们的课程设计能达到预期的目的和要求。

七、参考文献。

《机械原理》第七版西北工业大学教研室编高等教育出版社

《机械原理课程设计》王淑仁主编北京-科学出版社2006

《C程序设计教程》谭浩强著清华大学出版社

《MATLAB　5.x程序设计语言》楼顺天陈生潭雷虎民编著西安电子科技大学出版社

《机械设计手册》成大先主编化学工业出版社