插床機構(gòu)綜合設(shè)計說明書

1、機械原理課程設(shè)計插床機構(gòu)綜合學(xué)生姓名： 盧佛俊 專業(yè)班級： 08機電二班 學(xué)號： 20087668 目錄一、設(shè)計題目簡介二、設(shè)計數(shù)據(jù)與要求三、設(shè)計任務(wù)四、插床主體機構(gòu)尺寸綜合設(shè)計五、插床切削主體結(jié)構(gòu)運動分析六、重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析七、工作臺設(shè)計方案八、 總結(jié)九、參考文獻(xiàn)設(shè)計題目： 插床機構(gòu)綜合一、設(shè)計題目簡介插床是常用的機械加工設(shè)備，用于齒輪、花鍵和槽形零件等的加工。圖示為某插床機構(gòu)運動方案示意圖。該插床主要由帶轉(zhuǎn)動、齒輪傳動、連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等組成。電動機經(jīng)過帶傳動、齒輪傳動減速后帶動曲柄1回轉(zhuǎn)，再通過導(dǎo)桿機構(gòu)123456，使裝有刀具的滑塊沿道路yy作往復(fù)運動，以實現(xiàn)刀具切削運動。為了縮

2、短空程時間，提高生產(chǎn)率，要求刀具具有急回運動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運動，是由固結(jié)于軸上的凸輪驅(qū)動擺動從動件和其他有關(guān)機構(gòu)（圖中未畫出）來實現(xiàn)的。插刀所受阻力曲線 插床機構(gòu)運動方案示意圖     針對圖所示的插床機構(gòu)運動方案，進(jìn)行執(zhí)行機構(gòu)的綜合與分析。二、設(shè)計數(shù)據(jù)與要求依據(jù)插床工況條件的限制，預(yù)先確定了有關(guān)幾何尺寸和力學(xué)參數(shù)，如表64所示。要求所設(shè)計的插床結(jié)構(gòu)緊湊，機械效率高。 插床機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)插刀往復(fù)次數(shù)（次/min）60插刀往復(fù)行程（mm）100插削機構(gòu)行程速比系數(shù)2中心距（mm）150桿長之比1質(zhì)心坐標(biāo)（mm）50質(zhì)心坐標(biāo)（mm）50質(zhì)心

3、坐標(biāo)（mm）120凸輪擺桿長度（mm）120凸輪擺桿行程角（0）15推程許用壓力角（0）45推程運動角（0）90回程運動角（0）60遠(yuǎn)程休止角（0）15推程運動規(guī)律3-4-5次多項式回程運動規(guī)律等速速度不均勻系數(shù)0.05最大切削阻力（N）1000阻力力臂（mm）120滑塊5重力（N）320構(gòu)件3重力（N）160構(gòu)件3轉(zhuǎn)動慣量（kgm2）0.14三、設(shè)計任務(wù)1.     針對圖所示的插床的執(zhí)行機構(gòu)（插削機構(gòu)和送料機構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運動尺寸，繪制機構(gòu)運動簡圖；2.    假設(shè)曲柄

4、1等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊C的位移和速度的變化規(guī)律曲線；3.    在插床工作過程中，插刀所受的阻力變化曲線如圖所示，在不考慮各處摩擦、其他構(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩；4.    取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量；5.    用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動仿真，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。6.  圖紙上繪出最終方案的機構(gòu)運動簡圖（可以是計算機圖）并編寫說明書。

5、四、插床主體機構(gòu)尺寸綜合設(shè)計方案選擇：方案一：結(jié)構(gòu)簡圖如下方案二：機構(gòu)簡圖如下：經(jīng)過對方案一和方案二的比較，我們發(fā)現(xiàn)方案一的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。方案二的優(yōu)點是可承受的力要大?？紤]到插床需要較大的進(jìn)給里用已加工零件，所以我們選擇方案二，下面我們就相對于方案二進(jìn)行進(jìn)一步的計算和設(shè)計。已知=150mm，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，根據(jù)以上信息確定曲柄 長度，以及到Y(jié)Y軸的距離1.長度的確定圖 1 極限位置由，得極為夾角：，首先做出曲柄的運動軌跡，以為圓心，為半徑做圓，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，有圖知道，當(dāng)轉(zhuǎn)到，于圓相切于上面時，刀具處于下極限位置；當(dāng)轉(zhuǎn)到，與圓相切于下面時，刀具處于上極限位置。

6、于是可得到與得夾角即為極為夾角。由幾何關(guān)系知，于是可得，。由幾何關(guān)系可得：代入數(shù)據(jù)，=150mm，得即曲柄長度為752. 桿的長度的確定圖 2 桿BC，BO長度確定由圖2 知道，刀具處于上極限位置和下極限位置時，長度即為最大行程H=100 ，即有=100mm。在確定曲柄長度過程中，我們得到，那么可得到，那么可知道三角形等邊三角形。又有幾何關(guān)系知道四邊形是平行四邊形，那么，又上面討論知為等邊三角形，于是有，那么可得到,即又已知，于是可得到即桿的100mm。3.到Y(jié)Y軸的距離的確定B1圖 3 到Y(jié)Y軸的距離有圖我們看到，YY軸由過程中，同一點的壓力角先減小，后又增大，那么在中間某處必有一個最佳位置

7、，使得每個位置的壓力角最佳?？紤]兩個位置：1當(dāng)YY軸與圓弧剛相接觸時，即圖3中左邊的那條點化線，與圓弧相切與B1點時，當(dāng)B點轉(zhuǎn)到，將會出現(xiàn)最大壓力角。2.當(dāng)YY軸與重合時，即圖中右邊的那條點化線時，B點轉(zhuǎn)到B1時將出現(xiàn)最大壓力角為了使每一點的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB1中點（C點為與得交點）。又幾何關(guān)系知道：由上面的討論容易知道，再代入其他數(shù)據(jù)，得：即到Y(jié)Y軸的距離為93.3mm綜上，插床主體設(shè)計所要求的尺寸已經(jīng)設(shè)計完成已知=150mm，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，根據(jù)以上信息確定曲柄 長度，以及到Y(jié)Y軸的距離1.長度的確定圖 4 極限位置由，得極為夾角：，首先做出曲

8、柄的運動軌跡，以為圓心，為半徑做圓，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，有圖知道，當(dāng)轉(zhuǎn)到，于圓相切于上面時，刀具處于下極限位置；當(dāng)轉(zhuǎn)到，與圓相切于下面時，刀具處于上極限位置。于是可得到與得夾角即為極為夾角。由幾何關(guān)系知，于是可得，。由幾何關(guān)系可得：代入數(shù)據(jù)，=150mm，得即曲柄長度為752. 桿的長度的確定圖 5 桿BC，BO長度確定由圖2 知道，刀具處于上極限位置和下極限位置時，長度即為最大行程H=100 ，即有=100mm。在確定曲柄長度過程中，我們得到，那么可得到，那么可知道三角形等邊三角形。又有幾何關(guān)系知道四邊形是平行四邊形，那么，又上面討論知為等邊三角形，于是有，那么可得到,即又已知，于是可得到即桿的

9、100mm。3.到Y(jié)Y軸的距離的確定B1圖 6 到Y(jié)Y軸的距離有圖我們看到，YY軸由過程中，同一點的壓力角先減小，后又增大，那么在中間某處必有一個最佳位置，使得每個位置的壓力角最佳。考慮兩個位置：1當(dāng)YY軸與圓弧剛相接觸時，即圖3中左邊的那條點化線，與圓弧相切與B1點時，當(dāng)B點轉(zhuǎn)到，將會出現(xiàn)最大壓力角。2.當(dāng)YY軸與重合時，即圖中右邊的那條點化線時，B點轉(zhuǎn)到B1時將出現(xiàn)最大壓力角為了使每一點的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB1中點（C點為與得交點）。又幾何關(guān)系知道：由上面的討論容易知道，再代入其他數(shù)據(jù)，得：即到Y(jié)Y軸的距離為93.3mm綜上，插床主體設(shè)計所要求的尺寸已經(jīng)設(shè)計完成。五、

10、插床切削主體結(jié)構(gòu)運動分析用圖解法作機構(gòu)的運動分析和動態(tài)靜力分析已知，逆時針旋轉(zhuǎn)，由作圖法求解位移，速度，加速度。規(guī)定位移，速度，加速度向下為正，插刀處于上極限位置時位移為0.當(dāng)（1）位移在1：1 的基礎(chǔ)上，量的位移為79.5mm。，即 曲柄轉(zhuǎn)過175°時位移為79.5mm。（2）速度由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點地方法可得其中，是滑塊 上與A點重合的點的速度，是桿AOB上與A點重合的點相對于滑塊的速度，是桿AOB上與A點重合的速度。又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學(xué)同一構(gòu)件不同點的方法可得：其中，是C點，即插刀速度，是C點相對

11、于B點轉(zhuǎn)動速度，是B點速度。又B點是桿件3 上的一點，桿件3圍繞轉(zhuǎn)動，且B點和桿件與A點重合的點在的兩側(cè)，于是可得：由圖量的,則可到由已知可得，規(guī)定選取比例尺，則可的矢量圖如下：最后量出代表的矢量長度為12mm,于是，可得 =0.174m/s即曲柄轉(zhuǎn)過175°時，插刀的速度為0.174m/s。（3）加速度由理論力學(xué)知識可得矢量方程：其中，是滑塊上與A點重合點的加速度，=，方向由指向；是科氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），q方向垂直向下；是相對于滑塊 的加速度，大小位置，方向與平行；是C點相對于B點轉(zhuǎn)動的向心加速度，=,方向過由C指向B；是C點相對于B點轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小

12、位置，方向垂直BC。次矢量方程可解，從而得到。B時桿AOB 上的一點，構(gòu)AOB 圍繞轉(zhuǎn)動，又與B點在的兩側(cè)，由（是 角加速度）可得量出則可得到的大小和方向又由理論力學(xué),結(jié)合圖可得到；其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對于B點轉(zhuǎn)動的向心加速度，方向由C點指向B點；是C相對于B點轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小未知，方向與BC垂直。次矢量方程可解，從而可得到C點，即插刀的加速度。取比例尺，可得加速度矢量圖如下：最后由直尺量的長度為12mm，于是，可得當(dāng)（1）位移在1：1 的基礎(chǔ)上，滑塊的位移為1.5mm。，即 曲柄轉(zhuǎn)過355°時位移為1.5mm。（2）速度由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與

13、垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點地方法可得其中，是滑塊 上與A點重合的點的速度，是桿AOB上與A點重合的點相對于滑塊的速度，是桿AOB上與A點重合的速度。又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學(xué)同一構(gòu)件不同點的方法可得：其中，是C點，即插刀速度，是C點相對于B點轉(zhuǎn)動速度，是B點速度。又B點是桿件3 上的一點，桿件3圍繞轉(zhuǎn)動，且B點和桿件與A點重合的點在的兩側(cè)，于是可得：由圖量的,則可到由已知可得，規(guī)定選取比例尺，則可的矢量圖如下：最后量出代表的矢量長度為2.16mm,于是，可得：即曲柄轉(zhuǎn)過355°時，插刀的速度為方向沿YY軸向上。（3）加速度由理論力學(xué)知識可得矢量方程：

14、其中，為滑塊上與A點重合點的加速度，=，方向由指向；是哥氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），方向垂直向下；是相對于滑塊 的加速度，大小位置，方向與平行。B是桿AOB上的一點，桿AOB 圍繞轉(zhuǎn)動，又與B5點在的兩側(cè)，由（是 角加速度）可得量出則可得到的大小和方向又由理論力學(xué),結(jié)合圖可得到；其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對于B點轉(zhuǎn)動的向心加速度，方向由C點指向B點；是C相對于B點轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小未知，方向與BC垂直。次矢量方程可解，從而可得到C點，即插刀的加速度。取比例尺，可得加速度矢量圖如下代入數(shù)據(jù)可得：六、重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析角度位移S（mm)速度V(m/s)加速度(

15、m/s2)71.50.0032.051430.05522140.08251.96285.90.1151.953580.1251.8429.90.1361.654910.50.141.55615.50.151.16319.50.1551.07023.50.160.8577250.180.7784300.1920.6391310.2010.559837.50.2070.15105410.2100.09112450.212-0.0211948.10.22-0.024126550.212-0.065133570.205-0.1214060.20.201-0.2314766.10.2-0.3215468

16、.90.196-0.36161730.19-0.39168760.18-0.417579.50.174-0.432180830.172-0.45187850.17-0.59194900.140-0.7201920.13-0.7920892.50.126-0.9215950.093-1.04222980.073-1.522998.50.05-1.9236990.03-2.12524399-0.03-2.625098-0.07-3.1425797-0.16-3.326492.5-0.25-4.127190-0.274-5.1227883.5-0.383-5.128573-0.52-4.929266

17、-0.574-1.7429954.2-0.62-0.4430641.5-0.613.631328.2-0.444.732017.9-0.435.232712.5-0.35.473348.1-0.235.53413-0.133.953482.6-0.0293.733551.5-0.02163.04360002.251、圖的分析：隨著曲柄逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，滑塊C位移由0開始增大，大約在240度時達(dá)到最大，然后開始減少，易知滑塊C進(jìn)程與回程時，曲柄轉(zhuǎn)動的角度并不相等，這說明了曲柄轉(zhuǎn)動時存在急回運動。2、圖的分析：隨著曲柄逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，即的增加，速度V正向增大，大約在120度時達(dá)到最大，然

18、后呈現(xiàn)下降趨勢，在240度時下降為0，表明位移以增大到最大，即滑塊C達(dá)到最下端，由曲線看出，滑塊C的正向平均速度比負(fù)向平均速度小，進(jìn)一步表明了急回運動的存在。進(jìn)程時，速度比較小，更有利于進(jìn)刀；回程時，速度較快，有利于提高工作效率，充分證明了此機構(gòu)設(shè)計的合理性。下面對特殊點作一下分析：轉(zhuǎn)角為0度時，V=0;曲柄轉(zhuǎn)動至120度，正向速度到達(dá)最大值0.22m/s，此時滑塊C具有最大速度，當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動至240度時正向速度減少至0，此時由速度是位移的變化率可知，其位移達(dá)到最大值。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，滑塊C速度反向，變?yōu)樨?fù)向速度，隨著轉(zhuǎn)角增大而增大，曲柄轉(zhuǎn)至240度，速度達(dá)到負(fù)向最大值0.63m/s之后，

19、當(dāng)滑塊繼續(xù)由搖桿帶動時，卻曲柄由300度轉(zhuǎn)至360度時，其速度由負(fù)向最大值變?yōu)?.3、圖的分析：隨著曲柄逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，滑塊C先向下作加速運動，但加速度越來越小，但是加速度越來越小，然后反向增大知道位移達(dá)到最大，接著滑塊進(jìn)入空回程，由于存在急回運動，加速度迅速正向增大，達(dá)到最大后又開始減小，直到滑塊C進(jìn)入工作行程。下面對一些特殊點進(jìn)行分析：進(jìn)程時，滑塊C具有正向加速度，由2.2開始減少，在102度時達(dá)到0，當(dāng)角度繼續(xù)增大時，加速度反向增大，大約在240度時滑塊位移達(dá)到最大值，但是加速度還是在反向增大，而且增長率明顯比前段更大，當(dāng)角度達(dá)到270度時加速度增大到5.2m/s2時到達(dá)峰值，開始

20、減少，在300度左右是達(dá)到0，然后正向增長，表明了滑塊將要向上減速運動，最后回到0位移，然后往復(fù)運動。我們可以看出，在0至240度區(qū)間內(nèi)，加速度都很平緩，而在240至360度內(nèi)，加速度變化很快，都說明了急回運動的存在。七、工作臺設(shè)計方案方案的選擇：方案一：凸輪連桿機構(gòu)（題目中給的方案）方案討論：運動怎樣從電動機引下來；工作臺的運動情況及相對位置；怎樣確定凸輪的安裝角，怎樣讓整個機構(gòu)協(xié)調(diào)工作。第一個問題：由于插床機身高度較高，所選擇的機構(gòu)傳動方案必須能夠?qū)崿F(xiàn)長距離傳動，且保證定傳動比，長距離傳動方案多種多樣，如：齒輪系傳動；帶傳動；鏈傳動；平行四邊形機構(gòu)傳動等。齒輪系傳動會使整個機器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜

21、；帶傳動本身具有個缺點：會產(chǎn)生彈性滑動，且其精度不高；鏈傳動則會產(chǎn)生沖擊，并伴隨著很大的噪聲；平行四邊形機構(gòu)傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，完全復(fù)制了原動件的運動，且其剛度較高，故選取平行四邊形機構(gòu)這個方案來進(jìn)行長距離傳動。第二個問題：工作臺最終可實現(xiàn)前后、左右作間歇直線送進(jìn)運動和作間歇回轉(zhuǎn)送進(jìn)運動。送進(jìn)運動必須與主切削運動協(xié)調(diào)配合，即進(jìn)給運動必須在刀具非切削期時間即上超階段以內(nèi)完成，以防止刀具的切削運動與工作臺的送進(jìn)運動發(fā)生干涉。要實現(xiàn)工作臺的三個間歇運動，即將原動件的連續(xù)往復(fù)擺動轉(zhuǎn)化為從動件的單向間歇運動，根據(jù)機構(gòu)的這個運動特性，知可選取棘輪機構(gòu)，實現(xiàn)預(yù)期運動。同時，機構(gòu)中添加復(fù)合錐齒輪，可實現(xiàn)改變錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向，從而改變工作臺的運動方向；同時加上離合器機構(gòu)，以實現(xiàn)動力的傳遞或斷開。這樣，當(dāng)機械運動傳遞到棘輪時，棘輪作有規(guī)律的單向間歇運動，同時將擺動轉(zhuǎn)化為沿軸的自轉(zhuǎn)運動，再通過復(fù)合錐齒輪傳遞給工作臺。除了靠各機械構(gòu)件帶動工作臺運動外，還可用手柄操作，此時與棘輪連接的離合器處于斷開狀態(tài)，棘輪的運動及動力不繼續(xù)傳遞，不影響手柄對工作臺的操縱。要保證送進(jìn)運動與主切削運動協(xié)調(diào)配合，即進(jìn)入上超工作臺開始運動，結(jié)束上超工作臺停止運動，直到下一個上超階段才重新運動，則必須保證推程運動角小于等于上超區(qū)間的角度。第三個問題：由于