11机械原理课程设计

设计对象：插床
插床是用于加工各种内外平面、成形表面，特 别是键槽和带有棱角的内孔等的机床。其工作原理 参见任务书。
设计任务：插床主运动机构运动设计与
分析；飞轮设计；插床工作台传动方案设计
具体工作：
1.主运动机构运动设计、运动分析图一张(1号图纸); 2.工作台进给机构传动方案机构运动简图一张(1号图纸); 3.能量循环图一张(3号坐标纸)； ⒋设计计算说明书一份(≥20页)。
插床
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插床运动传动方案：（电机）原动件在中部
插床运动传 动方案： （电机）原 动件在底部
制定机器工作循环图
机器工作循环图有三种型式，学生可任选一种型式。 ①机械的工作循环时间 机械的工作循环时间是指作循环运动的机械完成一个工作循环 所用的时间，通常用T表示。机械的工 作循环时间往往与各执行构件的运动循环时间一致。因为执行构 件的运动节奏就是整台机器的工作节奏。 执行构件的运动循环一般由若干个动作组成，因此，执行构件的 运动循环时间T 执执可以表示为 T 执=T=t +t +…+t 1 2 n
直线式运动循环图：动作时序清晰明了
圆周式运动循环图：各执行构件的运动以机械原动件的相 位关系清楚 直角坐标式运动循环图：是用直角坐标的位移线图表示其 运动时序，将其工作行程、空行程及停歇区段分别以上升、 下降及水平线表示。
1组：5B-207， 5B212 2组：5B-212， 5B401 3组：5B-406， 4组：5B-407，
按照功率等效原则有： 按照动能等效原则有：
M er
(Qv s5 G 3 vs3cos3 G 5 vs5cos5 )
1
Je
2 2 (J112 m3 vs3 J s332 m5 vs5 )

2 1
M er
(Qv s5 G 3 vs3cos3 G 5 vs5cos5 )
vC ( ) aC ( )


4）绘制滑块的速度、加速度线图。列表汇 集同组同学用相对运动图解法求得的各个 位置的加速度，绘制速度、加速度线图。 5）整理设计说明书。内容包括：已知条件 和要求；导杆机构色伙计简述；以给定的 二个机构位置为例，说明用相对运动图解 法求机构的速度和加速度的方法，。
Mer
(Qv s5 G 3 vs3cos3 G 5 vs5cos5 )
Je
1
12
2 2 2 (J112 m3 vs3 J s33 m5 vs5 )
讨论：
4、由于前述原因，Mer有可能为正，也有可能为负。在Mer-φ曲 线图上，为正时形成负面积（负功），为负时形成正面积（正功 ）。在2π内，总效果一定是负面积并表现出周期性，一定与Med 形成的正面积相等（这是由电动机的自调性决定的），从而满足 稳定运转的条件。 5、在坐标纸上，分别画出Med-φ 和Mer-φ曲线。若两曲线完全一 致，则曲柄可视为匀速运动；若不一致，则会在前述稳定运转的 前提下，出现周期性速度波动。此时，找出最大赢亏功，可设计 出飞轮的最小转动惯量。
O1
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y1
v
F
y2 v
y3
1 F
2
v
注意：
F
3
C1
C2
C3
B2
y1
y2
y3
1、针对每一个 导轨方案，都 对应着一个最 不利的压力角 αmax。 2、最佳导轨方 O 2案的αmax一定最 小。
B
B1
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运动简图

1）作机构运动简图。选取长度比例尺， 按表每个教学班，所分配的两个曲柄位 置作出机构运动简图，其中一个位置用 粗线画出。曲柄位置的作法如图2；取滑 块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始 位置1，显然位置对应于滑块5处于下极 限时的位置。再作出开始切削和终止切 削所对应的和两位置，得6个曲柄位置， 共画有6个机构位置。
(二)刀具主运动机构基本方案
电动机（加减速器）→摆动导杆机构→刀具
1.按急回运动要求确定曲柄1长度
按行程速比系数K=2可算出极位夹角θ=60º , 据此作图：曲柄1与导杆3垂直时，刀具(即滑块5) 处于上或下两极限位置，此时曲柄对应位置所夹 锐角应为极位夹角θ。作图分析 l AO 根据几何关系： lO O sin O1O 2 A
1
Je
2 2 2 (J112 m3 vs3 J s33 m5 vs5 )
讨论：
12
1、Ｑ力总为阻力，但在回程或上、下超时其值为零， 计算时须注意。
2、由于Qvs5≥0，故它不可能减小Mer。 3、两重力G3和G5被强制与阻抗力视为一组，这是一种 工程上的处理方法。 当θ3为钝角时G3为阻力，增大Mer； 当θ3为锐角时G3为驱动力，减小Mer； 同理可分析出G5的情况。
课程设计大体过程(阶段)如下：
打扫设计室；准备图书、资料、用具（1#图板、 钉字尺、绘图仪器）；研究设计任务书，明确要求、 条件、内容和步骤。 根据急回运动要求设计主运动机构，确定机构 运动尺寸；按要求，完成两特定位置的运动分析 （速度分析和加速度分析）；能量循环分析，盈亏 功，飞轮设计；
1.设计准备(1个工作日)
1 1 2
2.按刀具行程要求确定BO2和BC长度
l BC l BO 2 H
作图分析，按lBC=lBO2即几何关系，算出：
3.按传力性能要求（压力角尽量小）确 定导轨y-y到O2的距离
作图分析 导轨y-y落在图中两点划线之间时，压力角 相对较小。
第三部分：插床主运动机构的动力 学设计（飞轮的简化设计）

在主传动机构的一个运动循环（曲柄转角θ=0°~360°）内， 滑块（刀具）作往复切削 运动


在回程的起始点开始作进给运动。插床的插刀固接在滑块上， 如果在插刀退刀过程中作进给运动，则工件与刀具会干涉。因此 插床只能在行程末端0.05H （如任务书图二所示）的空切段作 进给运动。 进给运动是间隙运动。间隙运动机构见教材第12 章第1-6节。 为了借助主传动机构的原动件，考虑到主 传动机构是在铅垂面 上运动而工作台进给运动是在水平面内运动这一特点，
2.主运动机构运动设计和分析(4个工作日)
3.工作台进给运动机构传动方案设计(3 个工作日) 上下滑板1和2进给运动的机构传动方案 设计；回转台3分度运动的机构传动方案设 计；刀具与工作台在运动中的协调性分析； 4.整理和编写计算说明书(1个工作日) 5.设计总结和答辩(1个工作日)
进给机构选型需考虑问题
[M d1 - (Qv s5 G 3 vs3cos 3 G 5 vs5cos 5 )]dt
2 2 2 d[ 1 (J112 m3 vs3 J s33 m5 vs5 )] 2
选曲柄1 为等效构件，有：
[M ed 1 - M er 1 ]dt d[ 1 J e12 ] 2
第一部分 概述 第二部分 刀具主运动机构的运动学 设计与分析 第三部分 刀具主运动机构的动力学 设计与分析 第四部分 工作台进给运动传动方案 设计
此设计是工科专业在学习“机械原理”后进 行的一次较全面的综合设计训练，其目的是：
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。
运动分析

2）作速度、加速度多边形。选取速度比例 尺和加速度比例尺，用相对运动图解法作 该两个位置的速度多边形和加速度多边形， 并将其结果列入表
位移图

sC ( )
3）作滑块的运动线图。根据机构的各个位 置，找出滑块5上点的各对应位置，以位置1 为起始点，量取滑块的相应位移，取位移 比例尺，作线图。为了能直接从机构运动 简图上量取滑块位移，建议根据线图用相 对运动图解法的结果绘制。
y
C3 vs 5
S5
G5
S3
G3
vs 3
C2
5
C1
A
C
O2
3
2
4
Md nA1
刀具下极限

O2
O1
A2
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刀具上极限
C2
O2 B1B2是等边三角形 B1B2C2C1是平行四边形
H 100
刀具下极限
C1
A1 B2

100 60
O2 B1 A2
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课程设计考核及要求如下：
1.考勤 考勤时间： 上午：8:15~11:45； 下午:14:30~17:30 2.图纸质量 3.设计计算说明书质量 4.答辩成绩
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(一)运动基本要求：
⒈单向连续转动到往复直线移动的变换； ⒉刀具运动应具有的急回作用：K=2； ⒊机构运动应灵活、轻巧； ⒋刀具切削行程H=100mm；
y
C3 vs 5
S5
G5
S3
G3
vs 3
C2
5
C1
A
C
O2
3
2
4
Md n1 1 O 1
Q
B
y
并展开并参照机构运动简图得： W dE (M d1 - Qv s5 G 3 v s3cos 3 G 5 v s5cos 5 )dt 由动能定理：
2 2 2 d[ 1 J112 1 m 3 v s3 1 J s33 1 m 5 v s5 ] 2 2 2 2