插床机构综合设计说明书

机械原理课程设计插床机构综合学生姓名：卢佛俊专业班级：08机电二班学号：200876682目录一、设计题目简介二、设计数据与要求三、设计任务四、插床主体机构尺寸综合设计五、插床切削主体结构运动分析六、重要数据及函数曲线分析七、工作台设计方案八、总结九、参考文献3设计题目：插床机构综合一、设计题目简介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。图示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。针对图所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析。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。插床机构运动方案示意图插刀所受阻力曲线4插床机构设计数据三、设计任务1.针对图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.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；5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6.图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。四、插床主体机构尺寸综合设计方案选择：方案一：结构简图如下插刀往复次数（次/min）60插刀往复行程（mm）100插削机构行程速比系数2中心距（mm）150杆长之比1质心坐标（mm）50质心坐标（mm）50质心坐标（mm）120凸轮摆杆长度（mm）120凸轮摆杆行程角（0）15推程许用压力角（0）45推程运动角（0）90回程运动角（0）60远程休止角（0）15推程运动规律3-4-5次多项式回程运动规律等速速度不均匀系数0.05最大切削阻力（N）1000阻力力臂（mm）120滑块5重力（N）320构件3重力（N）160构件3转动惯量（kgm2）0.145方案二：机构简图如下：经过对方案一和方案二的比较，我们发现方案一的优点是结构简单，易于实现。方案二的优点是可承受的力要大。考虑到插床需要较大的进给里用已加工零件，所以我们选择方案二，下面我们就相对于方案二进行进一步的计算和设计。6已知21OO=150mm，1/2BOBC，行程H=100mm，行程比系数K=2，根据以上信息确定曲柄,1AO2,BOBC长度，以及2O到YY轴的距离1.AO1长度的确定图1极限位置由)180/()180(00K，得极为夹角：060，首先做出曲柄的运动轨迹，以1O为圆心，AO1为半径做圆，随着曲柄的转动，7有图知道，当AO2转到12AO，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当AO2转到22AO，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到12AO与22AO得夹角即为极为夹角060。由几何关系知，212211OOAOOA，于是可得，021221160OOAOOA。由几何关系可得：2111cosOOAO代入数据，21OO=150mm，060，得mmAO751即曲柄长度为75mm2.杆2BOBC、的长度的确定图2杆BC，BO2长度确定由图2知道，刀具处于上极限位置2C和下极限位置1C时，21CC长度即为最大行程H=100mm，即有21CC=100mm。在确定曲柄长度过程中，我们得到021221160OOAOOA，那么可得到022160BOB，那么可知道三角形221OBB等边三角形。又有几何关系知道四边形1221CCBB是平行四边形，那么1212CCBB，又8上面讨论知221OBB为等边三角形，于是有1221BBOB，那么可得到mmOB10022,即mmBO1002又已知1/2BOBC，于是可得到mmBOBC1002即杆2,BOBC的100mm。3.2O到YY轴的距离的确定图32O到YY轴的距离有图我们看到，YY轴由3311yyyy移动到过程中，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12BB刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧12BB相切与B1点时，当B点转到12,BB，将会出现最大压力角。2.当YY轴与12BB重合时，即图中右边的那条点化线时，B点转到B1时将B19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12BO与12BB得交点）。又几何关系知道：2/)cos(cos22222222COBBOBOCOBBOl由上面的讨论容易知道02230COB，再代入其他数据，得：mml3.93即2O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已知21OO=150mm，1/2BOBC，行程H=100mm，行程比系数K=2，根据以上信息确定曲柄,1AO2,BOBC长度，以及2O到YY轴的距离1.AO1长度的确定10图4极限位置由)180/()180(00K，得极为夹角：060，首先做出曲柄的运动轨迹，以1O为圆心，AO1为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道，当AO2转到12AO，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当AO2转到22AO，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到12AO与22AO得夹角即为极为夹角060。由几何关系知，212211OOAOOA，于是可得，021221160OOAOOA。由几何关系可得：2111cosOOAO代入数据，21OO=150mm，060，得mmAO751即曲柄长度为75mm2.杆2BOBC、的长度的确定图5杆BC，BO2长度确定11由图2知道，刀具处于上极限位置2C和下极限位置1C时，21CC长度即为最大行程H=100mm，即有21CC=100mm。在确定曲柄长度过程中，我们得到021221160OOAOOA，那么可得到022160BOB，那么可知道三角形221OBB等边三角形。又有几何关系知道四边形1221CCBB是平行四边形，那么1212CCBB，又上面讨论知221OBB为等边三角形，于是有1221BBOB，那么可得到mmOB10022,即mmBO1002又已知1/2BOBC，于是可得到mmBOBC1002即杆2,BOBC的100mm。3.2O到YY轴的距离的确定图62O到YY轴的距离B112有图我们看到，YY轴由3311yyyy移动到过程中，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12BB刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧12BB相切与B1点时，当B点转到12,BB，将会出现最大压力角。2.当YY轴与12BB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12BO与12BB得交点）。又几何关系知道：2/)cos(cos22222222COBBOBOCOBBOl由上面的讨论容易知道02230COB，再代入其他数据，得：mml3.93即2O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。五、插床切削主体结构运动分析用图解法作机构的运动分析和动态静力分析已知mrw/60，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0.13当O175（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，2AV与AO1垂直，23AAV与AO2平行，3AV与AO2垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得方向大小??2233AAAAvvv其中，2AV是滑块上与A点重合的点的速度，23AAV是杆AOB上与A点重合的点相对于滑块的速度，3AV是杆AOB上与A点重合的速度。又由图知，Bv与BO2垂直，CBv与BC垂直，Cv与YY轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：??CBBCvvv方向大小其中，Cv是C点，即插刀速度，BCv是C点相对于B点转动速度，Bv是B点速度。又B点是杆件3上的一点，，杆件3围绕2O转动，且B点和杆件与A点重合的点在2O的两侧，于是可得：3322AAOBOBvv由图量的mmAO22032,则可到3220100ABvv由已知可得smmAOwvA/47175212，规定选取比例尺mmsmmu/151，则可的矢量图如下：14最后量出代表Cv的矢量长度为12mm,于是，可得Cv=0.174m/s即曲柄转过175°时，插刀的速度为0.174m/s。（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：？方向？大小?23232A3rAAkAAA其中，2A是滑块上与A点重合点的加速度，2A=212/88.29577544smmAO，方向由4A指向1O；kAA23是科氏加速度，223323/10802smmvAAkAA（其中233,AAAvv大小均从速度多边形中量得），q方向垂直42AO向下；rAA23是4A相对于滑块的加速度，大小位置，方向与42AO平行；nA3A2是C点相对于B点转动的向心加速度，nA3O2=22/43.993/smmBCvCB,方向过由C指向B；tOA23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15到3A。B时杆AOB上的一点，构AOB围绕2O转动，又4A与B点在2O的两侧，由RRnt2,（是角加速度）可得3322AAOBOB量出42AO则可得到B的大小和方向又由理论力学,结合图可得到；方向大小??CBtnCBBc其中，B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22/36/smmBCvBCnCB，方向由C点指向B点；tCB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mmsmmu/362，可得加速度矢量图如下：最后由直尺量的ca长度为12mm，于是，可得ca2/432.0sm当O355（1）位移16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，2AV与AO1垂直，23AAV与AO2平行，3AV与AO2垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得方向大小??2233AAAAvvv其中，2AV是滑块上与A点重合的点的速度，23AAV是杆AOB上与A点重合的点相对于滑块的速度，3AV是杆AOB上与A点重合的速度。又由图知，Bv与BO2垂直，CBv与BC垂直，Cv与YY轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：??CBBCvvv方向大小其中，Cv是C点，即插刀速度，BCv是C点相对于B点转动速度，Bv是B点速度。又B点是杆件3上的一点，，杆件3围绕2O转动，且B点和杆件与A点重合的点在2O的两侧，于是可得：3322AAOBOBvv由图量的mmAO5.