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 目录目录 题目及设计要求题目及设计要求 一、设计题目一、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 y S 5 Q d C 5 c 4 B y 3 O 3 6 x S 1 1 A 2 a z 1 图 3-30 插床机构运动方案示意图 H b D n 2 O 2 z 2 O 1 n 1 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。 表表 6 6－－4 4 插床机构设计数据插床机构设计数据 分组123 插刀往复次数 n（次/min）306090 插刀往复行程 H（mm）15012090 插削机构行程速比系数 K222 中心距 Lo2o3(mm)160150140 杆长之比 L(BC)/L(o3B)111 质心坐标 a(mm)605550 质心坐标 b(mm)605550 质心坐标 c(mm)130125120 凸轮摆杆长度 Lo4d(mm)125125125 凸轮摆杆行程角ψ(°)151515 推程许用压力角[α](°)454545 推程运动角δ0(°)609060 回程运动角δ0 (°)906090 远程休止角δ01(°)101510 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δ0.030.030.03 最大切削阻力 Q(N)230022002100 阻力力臂 d(mm)150140130 滑块 5 重力 G5(N)350340330 构件 3 重力 G3(N)150140130 构件 3 转动惯量 J3(kg*m2)0.120.110.1 4 120 60 2 130 1 45 45 115 125 15 45 90 60 15 0.03 2000 120 320 120 0.1 三、设计任务三、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； 图 3-31 插刀所受阻力曲 线 G O 0.05H H S5 0.05 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：设计： 一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图 1 1、插削机构的设计：、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： x(mm) y(mm) L3(mm) L4(mm) L1(mm) 2 2、送料机构（凸轮机构）的设计：、送料机构（凸轮机构）的设计： 设计数据 140 75 150 150 80 112 60 120 120 75 84 45 90 90 70 56 30 60 60 65 四种方案的推程运动规律： 2 1、等加速等减速等加速等减速 2/ / / 2 0 2 0 2 0 4 4 1 2 1 [1cos( 2、余弦余弦 2 1 / / 0 0 )]/ 2 )/(2 0 ) 2)/(2 00 ) sin( 2 1 cos(/ [( / 3、正弦正弦1 0 )sin(2 / /sin(2 / 0 0 )/ 0 )/(2 )] 0 2 0 [1cos(2 2 1 )]/ 2 4、五次多项式五次多项式 回程运动规律： 修正后的等速回程 01 15 01 取 1 /(2 0 2) 01 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： 中心距 Lo2o4(mm) 滚子半径 rt(mm) 基圆半径 R0(mm) 0 ：10） 10） ： 设计数据 10085 1515 4854 105 15 48 85 15 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：设计简图： 二、二、假设曲柄假设曲柄 1 1 等速转动，等速转动，画出滑块画出滑块 C C 的位移和速度的变化规律曲线的位移和速度的变化规律曲线（插（插 削机构的运动学分析）削机构的运动学分析） 1）位置分析 建立封闭矢量多边形 C C 5 5 l O3O2 l 1 x s 3 ys 5 （式 1） 4 4 l 3 l 4 B B y S S 5 5 3 3 x O O3 3 6 6S S3 3 O O2 2 1 A A 2 2 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： s 3 cos s 3 sin l 3 cos( l 3 sin( 3 l O3O2 l 1 sin 3 3 1 l 1 cos l 4 cos l 4 sin 4 4 1 )x s 5 2 （式 2） )y 解上述方程组得： s 3 3 (l O3O2 l 1 cos 1 )(l 1 sin 1 ) 1 3 4 2 l 1 sin 1arctan l O3O2 l 1 cos arccos[x l 3 sin( 3 4 l 3 cos( )l 4 sin )] y ………………（式 3） s 5 2 2）角速度分析）角速度分析 分别将（式 2）对时间取一次导数，可得 cos sin 0 0 3 3 s 3 sin 3 s 3 cos 3 l 3 sin( l 3 cos( 3 ) 3 ) 0 0 l 4 sin l 4 cos 4 4 0 0 s 3 3 1 l 1 sin l 1 cos 0 0 1 1 0 4 1 s 5 … … ………………………………………………………………………（式 4） 解之可得 s3,ω3,ω4,s5。 3 3）角加速度分析）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 l 1 l 1 1 1 1 cos sin 1 1 0 0 ………………………………………………………（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