!插床機構(gòu)說明書

機械原理課程設(shè)計插床機構(gòu)說明書負(fù)責(zé)人：廖昭洋學(xué)院：機電工程學(xué)院班級：機械1102班學(xué)號：0806110515日期：2013年7月11日第第頁設(shè)計目錄設(shè)計任務(wù)及原始參數(shù)21.1插床簡介21.2設(shè)計任務(wù)21.3原始參數(shù)3運動方案設(shè)計42.1主機構(gòu)方案42.2齒輪傳動機構(gòu)方案5電動機的選擇63.1電動機的型號63.2電動機的功率64.傳動比分配85.齒輪機構(gòu)設(shè)計86.主機構(gòu)設(shè)計107.主機構(gòu)的運動分析137.1插床基本參數(shù)137.2matlab運動分析14主機構(gòu)的受力分析21主機構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié)30小結(jié)33參考文獻(xiàn)設(shè)計任務(wù)及原始參數(shù)1.1插床簡介工作原理插床實際是一種立式刨床，在結(jié)構(gòu)原理上與牛頭刨床同屬一類。插刀隨滑枕在垂直方向上的直線往復(fù)運動是主運動，工件沿縱向橫向及圓周三個方向分別所作的間歇運動是進(jìn)給運動。插床的生產(chǎn)效率較低，加工表面粗糙度Ra為6.3-1.6微米，加工面的垂直度為0.025/300毫米。插床的主參數(shù)是最大插削長度。特點插床用于插削平面、成型面及鍵槽等，并能插傾斜度在10°范圍內(nèi)的模具等工作物，適用于單個或小批量生產(chǎn)的企業(yè)。插床的工作臺具有三種不同方向的進(jìn)給（縱向、橫向和回轉(zhuǎn)），故工作物經(jīng)過一次裝夾后，在本機床加工幾個表面。1.2設(shè)計任務(wù)針對圖所示的插床的執(zhí)行機構(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)運動簡圖并編寫說明書。1.3原始參數(shù)參數(shù)項目 數(shù)據(jù)曲柄轉(zhuǎn)速n（r/min） 65行程速比系數(shù)K 1.8插程H（mm） 150連桿與導(dǎo)桿之比LO3B/LBC 0.8工作阻力Fr(N) 3500空程阻力Ff（N) 175Lo2o3（mm） 150滑塊質(zhì)量m2，m5(kg) 50桿件線密度（kg/m） 200不均勻系數(shù) 0.052.運動方案設(shè)計2.1主機構(gòu)方案（1）運動是否具有確定的運動該機構(gòu)中構(gòu)件n=5。在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運動副中Pl=7,Ph=0。由以上條件可知：機構(gòu)的自由度F=3n-2Pl-Ph=1。機構(gòu)的原動件是曲柄，原動件的個數(shù)等于機構(gòu)的自由度，所以機構(gòu)具有確定的運動。（2）機構(gòu)傳動功能的實現(xiàn)在原動件曲柄1帶滑塊2的作用下，搖桿3在一定的角度范圍內(nèi)擺動。通過搖桿桿3帶動連桿4運動，從而實現(xiàn)刨刀的往復(fù)運動。（3）主傳動機構(gòu)的工作性能曲柄1的角速度恒定，通過滑塊2帶動搖桿3擺動，連桿4也隨著桿3的擺動不斷的改變角度，使刨刀的速度變化減緩，速度趨于勻速；在機構(gòu)的回程時，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用都比較小，因此，機構(gòu)在傳動時可以實現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返程的速度較高的急回運動。（4）機構(gòu)的傳力性能該機構(gòu)在設(shè)計上不存在影響機構(gòu)運轉(zhuǎn)的死點，機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中不會因為機構(gòu)本身的問題而突然停下。（5）機構(gòu)的動力性能分析。由于原動件曲柄具有運動穩(wěn)定平衡性，在運轉(zhuǎn)過程中，不會引起整個機構(gòu)的震動，保證整個機構(gòu)的壽命。（6）機構(gòu)的合理性此機構(gòu)使用六連桿機構(gòu)，設(shè)計簡單，維修，檢測都很方便。（7）機構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性該機構(gòu)使用的連桿都不是精密的結(jié)構(gòu)，不需要特別的加工工藝，也不需要特別的材料來制作，也不需要滿足特別的工作環(huán)境，所以該機構(gòu)具有好的經(jīng)濟(jì)效益，制作方便，實用。2.2齒輪傳動機構(gòu)方案根據(jù)本設(shè)計傳動特點，本設(shè)計采用皮帶輪，齒輪兩級傳動傳動特點：普通V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)緊湊，，并且大多數(shù)V帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，便于設(shè)計。齒輪減速器的特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護(hù)簡便，因而應(yīng)用范圍很廣泛。齒輪減速器按其減速齒輪的級數(shù)可分為單級、兩級、三級和多級的；按其軸在空間分布可分為立式和臥式；按其軸運動簡圖的特點展開式、同軸式和分流式等。3電動機的選擇3.1電動機的型號根據(jù)本機構(gòu)設(shè)計的特點，參考機構(gòu)運動簡圖以及傳動特征，參照原動機選擇的要求，根據(jù)題目所給插床的數(shù)據(jù)分析，驅(qū)動電動機暫時采用：Y90L—4，額定功率N=1.5KW，額定轉(zhuǎn)速n=1400r/min，設(shè)計參數(shù)如表所示。Y系列三相異步電動機型號規(guī)格Y90L-4

額定功率（kw）1.5電壓（V）380額定電流（A）3.7轉(zhuǎn)速（r/min）1400定矩（倍）2.3效率（%）79.0功率因數(shù)（cosφ）

0.793.2電動機的功率（1）首先確定執(zhí)行機構(gòu)的運功循環(huán)時間T，在此選取曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)作為插床的執(zhí)行機構(gòu)。曲柄旋轉(zhuǎn)一周插頭就往復(fù)運動一次即一個運動循環(huán)。因為插床機械的曲柄軸每分鐘轉(zhuǎn)速為n=65r/min，其運動時間（3—1）得根據(jù)插刀受力分析得，計算一個循環(huán)插刀需做功的大小（3—2）計算所需有效功率（3—3）計算傳動效率從電機輸出，經(jīng)2,4聯(lián)軸器的效率η1，傳動系統(tǒng)中用了兩個聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的傳動效率為η12，在經(jīng)過軸承傳動，軸承都是成對使用的，此傳動系統(tǒng)中有兩對軸承，軸承的效率η2，四個軸,則為η24，在經(jīng)過齒輪的傳動效率η3，然后通過運輸帶（一般為V帶傳動）傳動，帶的效率為η4則總的傳動系統(tǒng)的傳動效率為：η=η12·η24·η3·η4（3—4）查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表9.1得：普通V帶傳動效率，角接觸球軸承效率（兩對），圓柱齒輪傳動（8級精度、油潤滑）效率，聯(lián)軸器的傳動效率為η1=0.99（5）計算電機效率，取安全系數(shù)為n=1.5（3—5）檢驗電動機功率是否合適所以所選電動機合適！傳動比分配傳動類型（單級） 傳動比i圓柱齒輪機構(gòu)（開式） 4－6圓柱齒輪機構(gòu)（閉式） 3－5直齒圓錐齒輪機構(gòu) 2－3蝸輪蝸桿機構(gòu) 10－40V帶傳動 2－4鏈傳動 2－5傳動比計算：（4—1）由（4—2）所以皮帶輪傳動比為3.6，齒輪傳動比為65.齒輪機構(gòu)設(shè)計齒輪基本參數(shù)：本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動，分度圓上壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值不跟切條件（5—1）Z1=20，Z2=120，根據(jù)齒輪受力選取模數(shù)m=4mm（注：下列尺寸單位為mm）齒頂高系數(shù)：齒根高系數(shù)：分度圓直徑；（5—2）基圓直徑；（5—3）齒頂高：（5—4）齒根高：（5—5）齒頂圓直徑：（5—6）齒根圓直徑；（5—7）齒距：（5—8）基圓齒距：（5—9）主機構(gòu)設(shè)計根據(jù)草圖確定各構(gòu)件的運動該尺寸，繪制機構(gòu)簡圖已知條件有：K=1.8，則計算的極位夾角，插程H=150mm，連桿與導(dǎo)桿之比LO3B/LBC=0.8L0203=150mm確定曲柄O2A長度，如圖為兩極位，則有（6—1）(2)確定BO3與BC長度因為BB^與CC^平行，CB=C^B^,所以BB^=150mm所以有（6—2）又已知LO3B/LBC=0.8，BC=216.07mm（3）確定Y軸到O3點的距離為保證最大壓力角最小，經(jīng)檢驗，Y軸設(shè)置在B點最遠(yuǎn)與最近點的中點為最佳如圖，（6—3）主機構(gòu)尺寸匯總及機構(gòu)簡圖繪制插程H=150mm，L0203=150mm3桿最大長度為BO3+Lo2o3+O2A=387.95mm所以令L3=400mm簡圖繪制主機構(gòu)的運動分析7.1插床基本參數(shù)插床刨床運動分析軟件輸入設(shè)計參數(shù)參數(shù)數(shù)值行程速比系數(shù)K1.8插刀行程H(mm)150曲柄長度65.1連桿長度172.85導(dǎo)路距離164.3138.28曲柄角速度ω(rad/s)6.8曲柄角加速度ε(rad/s2)0

7.2matlab運動分析假設(shè)曲柄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；計算圖如下：由矢量閉合得出如下方程：（下面L3=LBO3，S3=SO3A）分別投影得出如下方程：矩陣的方式表示：速度矩陣加速度矩陣根據(jù)矩陣，編寫matlab程序如下：clearall;clc;w1=6.8;l1=0.065;l3=0.1729;l6=0.15;l61=0.1643;l4=0.138;form=1:3601o1(m)=pi*(m-1)/1800;o3(m)=atan((l1*sin(o1(m)))/(l6+l1*cos(o1(m))));s3(m)=(l1*cos(o1(m))+l6)/cos(o3(m));o4(m)=acos((-l61+l3*cos(o3(m)))/l4);se(m)=-l3*sin(o3(m))+l4*sin(o4(m));ifo1(m)==0o3(m)=0;s3(m)=l1+l6;endifo1(m)==pio3(m)=0;s3(m)=l6-l1;endA1=[cos(o3(m)),-s3(m)*sin(o3(m)),0,0;sin(o3(m)),s3(m)*cos(o3(m)),0,0;0,-l3*sin(o3(m)),l4*sin(o4(m)),0;0,-l3*cos(o3(m)),l4*cos(o4(m)),-1];B1=w1*[-l1*sin(o1(m));l1*cos(o1(m));0;0];D1=A1\B1;E1(:,m)=D1;ds(m)=D1(1);w3(m)=D1(2);w4(m)=D1(3);ve(m)=D1(4);A2=[cos(o3(m)),-s3(m)*sin(o3(m)),0,0;sin(o3(m)),s3(m)*cos(o3(m)),0,0;0,-l3*sin(o3(m)),l4*sin(o4(m)),0;0,-l3*cos(o3(m)),l4*cos(o4(m)),-1];B2=-[-w3(m)*sin(o3(m)),(-ds(m)*sin(o3(m))-s3(m)*w3(m)*cos(o3(m))),0,0;w3(m)*cos(o3(m)),(ds(m)*cos(o3(m))-s3(m)*w3(m)*sin(o3(m))),0,0;0,-l3*w3(m)*cos(o3(m)),l4*w4(m)*cos(o4(m)),0;0,l3*w3(m)*sin(o3(m)),-l4*w4(m)*sin(o4(m)),-1]*[ds(m);w3(m);w4(m);ve(m)];C2=w1*[-l1*w1*cos(o1(m));-l1*w1*sin(o1(m));0;0];B=B2+C2;D2=A2\B;E2(:,m)=D2;dds(m)=D2(1);a3(m)=D2(2);a4(m)=D2(3);ae(m)=D2(4);end;o11=o1*180/pi;y=[o3*180/pi;o4*180/pi];w=[w3;w4];a=[a3;a4];figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11,se);axisequal;title('位置線圖');xlabel('\it\theta1');ylabel('\it\theta3,\theta4,Se');subplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title('速度線圖');xlabel('\it\theta1');ylabel('\it\omega3,\omega4,Ve');subplot(212);h3=plotyy(o11,a,o11,ae);title('加速度線圖');xlabel('\it\theta1');ylabel('\it\alpha3,\alpha4,\alphaE');F=[o11;o3./pi*180;o4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae]';G=F(1:100:3601,:)運行得到圖像如下下圖中紅線（中間）表示插刀運動，綠線（最上）表示4桿BC的運動，藍(lán)線（最下）表示3桿BO3運動得出數(shù)據(jù)如下0086.42710.13772.05580-0.355510.00003.019086.52690.12862.04710.1353-0.352320.00006.012386.82260.11972.02070.2656-0.345430.00008.953087.30300.11091.97530.3856-0.334940.000011.811687.94900.10251.90860.4898-0.320650.000014.554688.73300.09451.81730.5723-0.302460.000017.142289.61840.08701.69650.6265-0.279770.000019.526590.55800.08021.53940.6447-0.251780.000021.647491.49250.07421.33650.6179-0.217090.000023.428792.34840.06911.07500.5360-0.1736100.000024.772193.03640.06540.73770.3878-0.1186110.000025.550293.45160.06320.30190.1634-0.0484120.000025.598193.47750.0630-0.2604-0.14120.0418130.000024.707893.00270.0655-0.9786-0.51320.1574140.000022.633691.95840.0714-1.8714-0.90290.3029150.000019.127690.39260.0813-2.9161-1.19720.4775160.000014.037088.57280.0960-3.9961-1.21480.6661170.00007.478287.03860.1153-4.8613-0.79380.8277180.0000086.42710.1377-5.200000.8991190.0000-7.478287.03860.1603-4.86130.79380.8390200.0000-14.037088.57280.1799-3.99611.21480.6745210.0000-19.127690.39260.1947-2.91611.19720.4752220.0000-22.633691.95840.2045-1.87140.90290.2944230.0000-24.707893.00270.2101-0.97860.51320.1500240.0000-25.598193.47750.2124-0.26040.14120.0394250.0000-25.550293.45160.21230.3019-0.1634-0.0457260.0000-24.772193.03640.21030.7377-0.3878-0.1130270.0000-23.428792.34840.20661.0750-0.5360-0.1675280.0000-21.647491.49250.20171.3365-0.6179-0.2126290.0000-19.526590.55800.19581.5394-0.6447-0.2500300.0000-17.142289.61840.18901.6965-0.6265-0.2809310.0000-14.554688.73300.18141.8173-0.5723-0.3059320.0000-11.811687.94900.17331.9086-0.4898-0.3254330.0000-8.953087.30300.16481.9753-0.3856-0.3399340.0000-6.012386.82260.15592.0207-0.2656-0.3495350.0000-3.019086.52690.14692.0471-0.1353-0.3546360.0000-0.000086.42710.13772.0558-0.0000-0.3555（續(xù)上表）05.30550.4011-0.67825.20710.5486-1.38854.90930.6860-2.16584.40460.8179-3.05103.67880.9510-4.09492.70921.0943-5.36311.46271.2597-6.9425-0.10521.4628-8.9490-2.04681.7238-11.5357-4.41002.0684-14.8961-7.20322.5285-19.2484-10.31553.1399-24.7623-13.35113.9335-31.3422-15.33124.9093-38.1181-14.30965.9682-42.5677-7.39996.7671-39.92737.24236.5222-25.291225.23364.1328-0.000033.9444-0.607225.291225.2336-5.613439.92737.2423-8.220142.5677-7.3999-8.101438.1181-14.3096-6.655431.3422-15.3312-5.067624.7623-13.3511-3.796619.2484-10.3155-2.881614.8961-7.2032-2.233111.5357-4.4100-1.75678.9490-2.0468-1.38486.9425-0.1052-1.07555.36311.4627-0.80474.09492.7092-0.55983.05103.6788-0.33482.16584.4046-0.12691.38854.90930.06460.67825.20710.24030.00005.30550.4011主機構(gòu)的受力分析基本數(shù)據(jù)：參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值插刀行程H(mm)150m1(kg)13.2曲柄長度65.1m2(kg)50連桿長度172.85m3(kg)80導(dǎo)路距離164.3m4(kg)27.7138.28m5(kg)50L3(mm)400取滑塊5與插刀受力點距離為40mm，設(shè)質(zhì)量集中在距插刀20mm處。選取曲柄在7，9，12三點時作受力分析9點受力分析如下：0086.427105.30550.40118-2圖，對B點取矩(8-1)(8-2)(8-3)(8-4)(8-5)8-3圖，對O3點取矩d=27.15mm(8-6)(8-7)8-4圖，對O2取矩(8-8)曲柄在12點時受力分析如下：90.000023.428792.3484-11.5357-4.41002.06848-6圖，對B點取矩(8-9)(8-10)(8-11)(8-12)(8-13)8-7圖，對O3點取矩d=27.15mm(8-14)(8-15)8-8圖，對O2取矩(8-16)7點受力分析如下300.0000-17.142289.61845.36311.4627-0.80478-10圖，對B點取矩(8-17)(8-18)(8-19)(8-20)(8-21)8-11圖，對O3點取矩d=27.15mm(8-22)(8-23)(8-24)8-12圖，對O2取矩(8-25)(8-26)主機構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié)（1）取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機構(gòu)位置和切削阻力Fr確定一個運動循環(huán)中的等效阻力矩Mr（φ）。(9-1)（2）列出Mr（φ）值表格，并畫出梯形圖時F阻=Fr，時F阻=Frv5(m/s)0-0.3555182.80-95.3010-0.3523181.15-93.6520-0.3454176.00-88.5030-0.3349170.65-83.1540-0.3206163.37-75.8750-0.3024154.09-66.5960-0.2797142.53-55.0370-0.2517130.50-43.0080-0.2170112.51-25.0190-0.173690.00-2.50100-0.118661.4926.01110-0.04841.2486.261200.04181.0786.431300.15744.0583.451400.30297.7979.711500.477512.2875.221600.666117.1370.371700.827721.2866.221800.899123.1264.381900.839021.5765.932000.674517.3470.162100.475212.2275.282200.29447.5779.932300.15003.8683.642400.03941.0186.49250-0.04571.1786.33260-0.113058.129.40270-0.167586.131.37280-0.2126109.32-21.82290-0.2500128.55-41.05300-0.2809144.44-56.94310-0.3059157.29-69.79320-0.3254167.32-79.82330-0.3399174.77-87.27340-0.3495179.71-92.21350-0.3546182.33-94.83根據(jù)M（φ）數(shù)值畫出梯形圖如下：（3）計算曲柄處于各個位置時Mr（φ）的功。驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，確定等效驅(qū)動力矩Md。W1=273.38J，W2=33.98J，W3=242.45J(9-2)(9-3)根據(jù)力矩圖求動能的增量E1=-109.71JE2=212.33JE3=-101.90J最大盈虧功(9-4)(5)設(shè)飛輪安裝在等效構(gòu)件同一軸上，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。（9-5）10.小結(jié)機械設(shè)計是機電類專業(yè)的主要課程之一，它要求我們能結(jié)合課本的學(xué)習(xí)，綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)和技術(shù)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際和機器的具體工作條件，去設(shè)計合用的零部件及簡單的機械，起到從基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程承先啟后的橋梁作用，有對機械設(shè)計工作者進(jìn)行基礎(chǔ)素質(zhì)培養(yǎng)的啟蒙作用。機械設(shè)計課程設(shè)計的過程是艱辛的，在這短暫的二個星期里，我們不僅對機械的設(shè)計的基本過程有了一個初步的認(rèn)識和了解，接觸到了一個真機器的計算和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，也通過查閱大量的書籍，對有關(guān)于機械設(shè)計的各種標(biāo)準(zhǔn)有了一定的認(rèn)識，也加強了對課本的學(xué)習(xí)和認(rèn)識。課程設(shè)計與上課內(nèi)容不一樣，課程設(shè)計涉及的知識與實際工作聯(lián)系更為緊密。增強了我們理論知識外實際設(shè)計工作的能力。參考文獻(xiàn)[1]孫桓，陳作模，葛文杰主編.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.[2]王三民主編.機械原理與設(shè)計課程設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社,2005.[3]劉毅主編.機械原理課程設(shè)計.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2008.[4]李濱城.徐超主編.機械原理MATLAB輔助分析.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.環(huán)保目標(biāo)責(zé)任書為認(rèn)真貫徹國家環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)，做好公司年度環(huán)境保護(hù)工作，層層簽訂目標(biāo)責(zé)任書。一、工作目標(biāo)1.“三廢”排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場無異味。2.環(huán)境問題整改率100%。3.鍋爐間無煙率≥95％。4.現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生得分≥90分。5.環(huán)保設(shè)施運轉(zhuǎn)率≥97.5％。6.環(huán)境污染事故為零。二、工作任務(wù)與考核辦法（100分）1．做好“三廢”達(dá)標(biāo)排放管理、保持現(xiàn)場無異味和落實環(huán)境安全隱患整改。（40分）(1)嚴(yán)格按照公司環(huán)保制度、規(guī)定加強“三廢”管理，排放標(biāo)準(zhǔn)滿足國家環(huán)保要求。對于煤氣管道開旁通，停脫硫塔必須經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)同意并提前通知安全環(huán)保部后進(jìn)行。對于塔器、管道蒸氣吹掃、開放散，廢水排放，廢渣排放必須提前通知安全環(huán)保部，經(jīng)同意后進(jìn)行。廢渣處臵按照危廢規(guī)范化管理要求，健全臺賬，專人負(fù)責(zé)。（滿分10分，無匯報公司領(lǐng)導(dǎo)扣3分/次，無通知安全環(huán)保部扣1分/次；危廢未規(guī)范化管理扣1分/次；違反公