插床机构的设计
机械原理课程设计
计算说明书
课题名称：插床机构的设计
姓名：超
院别：工学院
学号： 2012010803 专业：机械设计制造及其自动化
班级：机设1201班
指导教师：原芳
2014年6 月7日
工学院课程设计评审表
设计目录
1 机械原理课程设计任务书 (4)
1.1课程设计的目的和任务 (4)
1.2机构简介与设计数据 (4)
1.3设计容 (6)
1.4设计步骤和要求 (6)
2 机构简介与设计数据设计 (7)
1.1 插床简介 (7)
1.2 设计数据.................................................................. (8)
3 插床机构的设计及尺寸计算 (9)
3、1曲柄导杆机构的设计及尺寸计算 (9)
3、2用图解法进行机构的运动分析 (14)
3、3用图解法进行机构的动态静力分析 (18)
4 凸轮机构设计 (21)
．心得与体会 (22)
．参考文献 (23)
机械原理课程设计任务书
学生 超 班级 1201 学号 2012010803 位置 10
设计题目一：插床机构设计及分析
一、课程设计的目的和任务 1.课程设计的目的
机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要组成部分。机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的机械原理理论知识，培养学生独立解决实际问题的能力，使学生对机械的运动学和动力学的分析和设计有一较完整的概念，并进一步提高电算、绘图和使用技术资料的能力，更为重要的是培养开发和创新机械的能力。 2.、课程设计的任务
用图解法对插床的连杆机构进行运动分析和动力分析，设计凸轮机构。要求画出A 1图纸一，写出计算说明书一份。 二、 机构简介与设计数据
1.插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图1所示。电动机经过减速装置（图中只画出齿轮1z 、2z ）使曲柄1转动，再通过导杆机构1－2－3－4－5－6，使装有刀具的滑块沿导路作往复直线运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空行程时间，提高生产效率，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2O 上的凸轮驱动摆动从动件O 4D 和其他有关机构（图中未画出）来完成的。为了缩短空回形成时间，提高生产效率，要求刀具有急回运动。
在工作行程中，刀具上作用有相当大的切削阻力，在切削行程的前后各有一段0.05H （H 为刀具行程）行程，如图2所示。而在空回行程中则没有切削阻力，因此在一个工作循环中，刀具受力变化很大，从而影响了主轴的匀速运转，为减小主轴的速度波动，需采用飞轮调速，以减小电动机容量和提高切削质量。
插床机构简图如图1所示，题目数据列于表1。
图1 插床机构简图
2.设计数据见表1
表1 设计数据
设计容 导杆机构的设计及运动分析 符号 n 1 K l BC /l O3A
L O2O3
a
b c
H Z 1 单位 r/min mm
数据 60
2
1
150
50
50
125 100 13
设计容 导杆机构的动态静力分析
凸轮机构的设计
符号 Z 2 G 3
G 5
J S3 d
Fr ψmax LO 2O 4
lO 4D
单位 N
kg/m 2 mm N ° mm 数据 40
160 320
0.14 120
1000
15
147 125 设计容 凸轮机构的设计
符号 r 0
r T
δ0
δ01
δ’0
δ02
从动杆运动规律 单位 mm
°
等加速等减速
数据
61 15
60
10
60
230
在导杆机构中，有30个连续等分的1～30个位置，其中工作上极限位置为1，在本方案中行程速比系数为k=2，使等分位置21与工作行程的下极限位置重合。刀具距上下极限位置0.05H 时曲柄所在位置为3’和18’。总共32个位置，插床机构中曲柄位置分布如图3所示。
图3 插床机构中曲柄位置图
0.05H
0.05H
H
Sc
F max
F 图2插刀阻力曲线
三、设计容
四、设计步骤和要求
1）设计步骤
1、设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构各未知数，其中滑块5的导路位置可根据连杆4传力给滑块5最有利条件来确定，即导路应位于B点所画圆弧高的平分线上。
2、做机构运动简图。选取长度比例尺μl=0(m/s)/mm，先用虚线绘出机构极限位置1，然后用粗线画出所分配位置的机构运动简图，并确定当前位置C点位移s C。
3、做运动分析。选取速度比例尺μv=(m/s)/mm速度、加速度比例尺μv=(m/s2)/mm，用相对运动图解法作分配位置的速度多边形和加速度多边形，确定当前位置C点速度v c和加速度a c及根据速度和加速度影像求各构件重心的速度v s和加速度a s。
4、确定阻力。根据切削阻力曲线，将所分析位置相应的切削阻力。
5、计算导杆的惯性力和惯性力偶矩以及滑块的惯性力，并将导杆的惯性力和惯性力偶矩合成为一个总惯性力，同时求出该力至重心的距离。
6、动态静力分析。将机构拆分为若干基本杆组，以杆组为分离体，画出作用在其上的所有外力，然后取力比例尺μN=N/mm，用力多边形或力矩平衡方程求各运动副反力和曲柄上的平衡力矩M b。
7、凸轮机构设计
绘制从动杆的运动线图，画出凸轮实际轮廓曲线。
以上作图部分画在图纸上，同时整理说明书。
2）设计要求
1、绘图问题
A1图纸一，A1图纸1，绘图工具一套。
2、绘图要求
作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁，线条尺寸应符合国家标准。
3、计算说明书要求
计算程序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。
任务分配
二、机构简介与设计数据
1、插床机构简介
插床是一种用于工件表面切削加工的机床。主要有齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如下图1-1a所示。电动机经过减速器装置（图中只画出齿轮z1、z2）使曲柄1转动，再经过导杆机构1-2-3-4-5-6，使装有刀具的滑块沿导路y-y作往复运动，以实现刀具的切削运动，刀具与工作台之间的进给运动，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）来完成的。为了缩短空行程时间，提高效率，要求刀具有急回运动。图1-1b所示为阻力线图。
a）图1-1
图3-30 插床机插床机构运
b)
图1-1
2、设计数据
设计数据见表1-1。
表1-1 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）100 120 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 凸轮摆杆长度Lo4d(mm) 125 125 125 125 凸轮摆杆行程角ψ(°) 15 15 15 15 推程许用压力角[α](°) 45 45 45 45 推程运动角δ0(°) 60 90 60 90 回程运动角δ0'(°) 90 60 90 60 远程休止角δ01(°) 10 15 10 15 速度不均匀系数δ0.03 0.03 0.03 0.03 最大切削阻力Q(N) 2300 2200 2100 1000 阻力力臂d(mm) 150 140 130 120 滑块5重力G5(N) 320 340 330 320 构件3重力G3(N) 160 140 130 120 构件3转动惯量J3(kg*m2) 0.14 0.11 0.1 0.1