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 .21 机构简介 22 设计数据 3二、插床机构的设计内容与步骤 .41、导杆机构的设计与运动分析 .4、设计导杆机构。 .4、作机构运动简图。 .4、作滑块的运动线图。 .4、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 52、导杆机构的动态静力分析 .6、绘制机构的力分析图（图 1-4）。 .6、选取力矩比例尺 M(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩 Mr 的曲线图 7、作动能增量 线。 .83、用解析法较好机构运动分析的动态静
2、力分析结果 9、图解微分法 .9、图解积分法 .124、飞轮设计 .125、凸轮机构设计 .146、齿轮机构设计 .17三、感想与体会 .19四、参考文献 .20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。刀具与工作台之间的进给运动，
3、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【 【 nK H LBC/LO2BLO203 a b c JS3 G3 G5 Ft d 【 【 【 r/min mm kgm mm【 【 60 2 100 1 160 50 60 140 0.14 160 3201000 120 0.04【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【 【
4、【 【 【Nmm【 【 【 LBC LO2B rr4 【 【 【 【 zzm 【 【 【 【 mm【 【 【 15 147 125 61 15 60 10 60 230 14 41 8 20【 【 【 【 【 【 【 【 【 【mm【 【 【 【 【 【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
5、线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图 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
6、度线图、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。选取速度比例尺 v(ms-1)/mm和加速度比例尺 a(ms-2)/mm，作该位置的速度和加速度多边形（见图 1-3） 。 求 A1rv其 中 (rad/s)60/21n 列 出 向 量 方 程 ,求 3Aav和233AAvrAktnaa23用速度影像法求 Bav和 列 出 向 量 方 程 ,求 Cav和CBvtBnCBaa）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） 。
7、力分析的方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
8、求出 Md曲线（为一水平直线） 。、作动能增量 线。取比例尺 （mm） ，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: tanStSdxysv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
9、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(mm),则tantatanKdxytsv vtSStS 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
10、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 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
11、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)曲线上相邻两点,可得弦线12、23、34.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、12、23、34.并交纵坐标轴于 1“、2“、3“.等点。然后将对应坐标点投影相交,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
12、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） 。由于 tanta/ KdxydAMMAA其中 K故取r 曲线纵坐标比例尺 MAK求r 的理论依据如下： niiAniiM niiMMrr xxKxydydydA11 1202020 tata 4、飞轮设计计算飞轮的转动惯量 JF已知 机器运转的速度不均匀系数 ，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 E max和 E min之
13、间的距离 gf，则EgfEA)(minaxmax所以 JF为： 21max90n所求飞轮转动惯量为：/N*medT109.303591.6149175.14855 59.8341JF/kg*m2875.7771187.1141 75.387738.188625、凸轮机构设计1、等加速等减速 20210/4/jfdwaf=2、余弦 0102 2cos(/)in(/)jepdwfa=-3、正弦 001220(/)sin(/)(coi(/)jfdpdwapf=-4、五次多项式 234501 2342131415123213460CCCjdddwwwa=+回程运动规律： 01(/)0jfdwa=-修正
14、后的等速回程取01010015/(2)dffd= -正弦加速度加速阶段（ ）：101 0112 21 0101(/sin(/)/cos)in(/jffdpdpwpafdd=+-+-等速阶段 11010010()()/(2)/20jffddwwa=+-正弦加速度减速阶段（ ）：01d-100100112 210001()/sin()/)cos()/in)/jf pdpwpdapf=- -80 -60 -40 -20 0 20 40 60-80-60-40-200204060凸 凸 凸 凸凸 凸 凸 凸x/mmy/mm凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 A凸6、齿轮机构设计已知 z1=14
15、，z 2=41，m=8, =20所以D1 112 D2 328Db1 105.28 Db2 308.32Ha1 8 Ha2 8Hf1 10 Hf2 10Da1 128 Da2 344Df1 92 Df2 308p 25.12 p 25.12s 12.56 s 12.56Pb1 23.61 Pb2 23.61a 220 a 220三、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，
16、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。也许我的这种方案不是很好的方案，但它解决了工作台间隙进给运动的问题。作为初次接触设计的我，对未来的设计充满了信心。我希望学校多开设这类的设计课程，不仅帮助我们理解理论知识，更重要的是让我们学会用理论知识解决实际问题，帮助我们把理论知识转化成一种能力，让我们更容易解决问题。1.巩固理论知识，并应用于解决实际工程问题；2.建立机械传动系统方案设计、机构设计与分析概念；3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据的能力训练。四、参考文献1、 理论力学第三版 机械工业出版社2、 机械原理 西北工业大学出版社3、 机械原理课程设计
