1、1插床机构综合与传动系统设计目录题目及设计要求 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 41、插削机构的设计： 42、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） 91）位置分析 92）角速度分析 93）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
2、六、感想与 建议。 16七、参考文献。 162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 615 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，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
3、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 64 所示。要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。ABCDHO2xdbO1O3ca123456n2n1z1z2yyQS5S1图 3-30 插床机构运动方案示意图3表 64 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)
4、 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 () 15 15 15 15推程许用压力角() 45 45 45 45推程运动角 0() 60 90 60 90回程运动角 0() 90 60 90 60远程休止角 01() 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 0.03 0.03 0.03 0.03最大切削阻力 Q(N) 2300 2200 2100 2000阻力
5、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 616 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
6、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。H 0.05HG0.05HO S5图 3-31 插刀所受阻力曲线4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=180*（K-1）/（K+1） ； 故有12334sin()/si()olHq=为了使构件 4 对构件 5 的平均传动角比较大，故应有： 33cos()xllxq-=-则可得： 32243(1s()/lylx+=-所得数据如下：设计数据x(mm) 140 112 84 56y(mm) 75 60 45 30L3(m
7、m) 150 120 90 60L4(mm) 150 120 90 60L1(mm) 80 75 70 652、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20210/4/jfdwaf=2、 余弦0102 2cos(/)in(/)jepdfaw=-O260153、 正弦001220(/)sin(/)(coi(/)jfdpdwapf=-4、 五次多项式 234501 2342131415123213460CCCjdddwwwa=+回程运动规律： 01(/)0jfdwa=-修正后的等速回程取01010015/(2)dffd= -正弦加速度加速阶段（ ）：101 0112
8、21 0101(/sin(/)/cos)in(/jffdpdpwpafdd=+-+-等速阶段 11010010()()/(2)/20jff dwwda=+-6正弦加速度减速阶段（ ）：01d-100100112 210001()/sin()/)cos()/in)/jf pdpwpdapf=- -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：7-80 -60 -40 -20 0 20 40 60-80-60-40-200204060凸 凸
9、 凸 凸凸 凸 凸 凸x/mmy/mm凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 A凸第二组：-80 -60 -40 -20 0 20 40 60-60-40-200204060凸 凸 凸 凸凸 凸 凸 凸x/mmy/mm凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 B凸8第三组：-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 C凸第四组：-80 -60 -40 -20 0 20 40 60-80-60-40-200204060凸 凸 凸 凸凸 凸 凸 凸x/mmy/
10、mm凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 凸 D凸9设计简图： O23BCA6145xyS4zD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321345Ollsxy+=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：261S310（式 2）332113133445coscosinsincs()csi iOlll lxyqqpqq=+ =-+解上述方程组得：（式223321111332114 3353 44(cos)(sin)inarctncsroso()in
11、()sinOOslllllxsl lyqqqppqq=+=-+ +-3）2）角速度分析分别将（式 2）对时间取一次导数，可得 333 1131334445cossin0sininco co0si()sin0co1lsl lsqq qwpqq - - =-+- （式 4）解之可得 s3,3,4,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 333 3334445cossin00inco0si()sinco1sl l sqqwpqq- -+- 113333 3334445sinsincos0cocoin0()cossi in0d sl lswqqwqwpqq- =-+-
12、（式 5）111cosin0lwq-+采用高斯消去法可求解（式 5）可解得角加速度 dds3,3,4,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A组-0.0500.050.10.150.20 50 100 150 200 250 300 350 1S512A组-0.6-0.4-0.200.20.40.60.80 50 100 150 200 250 300 350 1S5B 组：B组-0.0200.020.040.060.080.10.120.140 50 100 150 200 250 300 350 1S5B组-1-0.500.511.50
13、50 100 150 200 250 300 350 1S513C 组C组-0.0200.020.040.060.080.10 50 100 150 200 250 300 350 1S5C组-1.5-1-0.500.511.520 50 100 150 200 250 300 350 1S5D 组D组-0.0100.010.020.030.040.050.060.070 50 100 150 200 250 300 350 1S514D组-1.5-1-0.500.511.520 50 100 150 200 250 300 350 1S5三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图 2
14、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 2JederetdTJwj-=+()5311sserQGV222335111s seVVJmJmw=+33355222111JeJetJess st ttddaJmVaj waw=+()533335511 1sss sedQGVmVaJVaT w+=+15A 组：0 10 20 30 40 50259.3098 255.3141 245.8876 231.1217 211.3963 187.16460 70 80 90 100 110158.9173 127.1466 92.28602 54.6429 -1.10027
15、 6.906381120 130 140 150 160 17016.07548 26.96908 40.31501 56.32318 72.22192 78.63992180 190 200 210 220 23066.56669 40.57024 27.78005 23.05485 20.07949 16.46778240 250 260 270 280 29012.00689 6.906211 1.385723 56.15551 95.39985 131.6296300 310 320 330 340 350164.36 193.027 217.0809 236.0431 249.542
16、 257.3333B 组：0 10 20 30 40 50219.3244 214.5626 205.6179 192.1321 174.4833 153.112760 70 80 90 100 110128.4994 101.1335 71.48516 39.9689 -0.68041 8.226628120 130 140 150 160 17019.28784 33.77307 53.36326 78.50911 102.322 102.3131180 190 200 210 220 23061.53863 -5.21395 -20.8057 -11.9901 -1.15985 4.78
17、9761240 250 260 270 280 2906.452221 5.39733 2.725749 45.40389 79.88536 111.5567300 310 320 330 340 350140.0074 164.749 185.3081 201.282 212.3726 218.403C 组：0 10 20 30 40 50182.1557 176.4258 167.8636 155.5312 139.815 121.150660 70 80 90 100 110100.0058 76.867 52.22956 26.59453 0.062861 9.92342120 130
18、 140 150 160 17022.79085 40.51553 65.53523 98.36419 128.3934 122.3259180 190 200 210 220 23058.46421 -46.5937 -64.3631 -44.1741 -21.313 -6.71407240 250 260 270 280 2900.67612 3.518877 3.664321 35.32776 65.49856 93.02972300 310 320 330 340 350117.573 138.7052 156.0211 169.1897 177.9851 182.301816D 组：
19、0 10 20 30 40 50147.7851 141.2404 133.1889 122.0764 108.2949 92.27160 70 80 90 100 11074.45434 55.31369 35.34378 15.08588 1.276596 11.48795120 130 140 150 160 17025.05672 44.0959 71.38969 107.3844 139.3778 129.0814180 190 200 210 220 23055.4567 -74.3289 -91.7908 -65.0962 -35.1491 -15.1063240 250 260
20、 270 280 290-3.86511 1.774533 4.077446 25.38515 51.42832 75.08479300 310 320 330 340 35096.03819 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：11*236ededpTTjD=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 1=0.95；带传动效率 2=0.9；查机械设计手册 ，选择的电动机性能如下：型号 Y801-4 Y90L
21、-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 2.5Z1 20 20 20 20Z2 116 60 40 40Lo1o2(mm) 102 80 75 75带轮设计参数如下：D1/mm 160 1
22、25 125 114D2/mm 20 25 25 3017五、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。 ()()()()5311361maxaxmin2asserededii erderedF eQGVTTWETTJJjfwfjw=+D-所求飞轮转动惯量为：/N*medT109.3035 91.61491 75.14855 59.8341JF/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：、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
23、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 2006C 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
