插床机构综合

• 根据下图：
前面已经算出B1B2的距离为150mm,相当于剩余高度量为335mm，由于杆件实物 有一定的厚度以及插床机身厚度，并且为了留有一定的空间用于实物杆件的组装， 所以我们设定杆件B2C2的长度为150mm。 所以可算得C2D两点的长度为： DB2 x DB2 + DC2 x DC2 = C2B2 x C2B2 (1) DB2 = O2H - cos30° x O2H (2) 由1、2式可以计算出： DC2 = 149 mm
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由于插床机身高度较高，所选择的机构传动方案必须能够实现长 距离传动，且保证定传动比。对于长距离传动我提出了以下几种方案 如：齿轮系传动；带传动；链传动；杆件机构传动等。 齿轮系传动 会使整个机器结构变得复杂，且容易使刀具的 主运动与工作台的间歇性进给运动无法精确配合。 本身具有个缺点：会产生弹性滑动，传动效率 低，且其精度不高，从而使刀具的主运动与工作 台的间歇性进给运动无法精确配合。 则会产生冲击，不稳定，而且传动效率低，并 伴随着很大的噪声 机构传动效率高，结构简单，完全复制了原动 件的运动，精确度高，且其刚度较高。
• 凸轮设计：凸轮最高点运动量为10mm,运用等速运动：
根据角度与位移的关系可做出下图：
• 根据上图可以大致得到凸轮的轮廓线图：
先在PRO/E中草绘出机构简图（为了作图方便，滑块以及铰链省略，但并不影 响结果），做出C2B2的平行线，往下移动0.05H（7.5mm），得到的线段下端再 与O2连接，作出一条线段，如下图。
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线段会与圆有两个交点，两交点与圆心的夹角即为进给机构的运动 范围角度。由软件可以准确的得出，角度为：22.47°
H
首先对机构做出自由度计算：P=3N-2Pl-Ph=3x5-2x7=1 自由度为1，符合 题目要求。其次根据题目所给的条件：行程速比系数K=2、插刀往复行程 H=150mm（C1C2=150mm）。 由K=(180+θ)/(180-θ),将K=2代入可得，机构的极位夹角：θ=60°。所以 ∠A1O2A2=∠B1O2B2=60°,ΔB1B2O2为等边三角形，又因为四边形 C1C2B1B2为平行四边形，所以：C1C2 = B1B2 = B1O2 = B2O1 = 150 mm。
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• 资料：
实物图
• 将资料与题目数据对比： • 插刀往复行程（mm） 150 • 将刀具的插削长度进行对比： 200 / 150 = 4 : 3 • 所以我设计的插床机床轮廓尺寸(长宽高mm)应该为：1038 x 978 x 1485 • 刀头支承面至床身前壁间距离 364 mm • 所以设定我们的机构高度为： 1485 mm • 去除夹刀具位置到地面的距离1000 mm,剩余 485 mm。
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A1O1 是工作台进给运动的起始点，A2O1为进给运动的终点。由 于没有数据要求，我直接设定基圆直径为100mm,从动轮直径为 20mm,从动轮位置如图所示，机构杆件连接方式如图所示：
设定，各杆件长度为：杆12=杆23=60mm,∠122'=∠2'23=60°
这部分杆件的结构如左图，杆件35,中 间中点处有铰链4，保证3和5运动量相同， 杆件端点5连接杆56 , 6端点由铰链以及滑 块组成，杆件67一端由固定铰支座7组成。 杆件长度由已设定和计算出来的;插床 机床高为1485mm,在根据几何关系计算， 去除一定的装配，机床厚度等，大致可以 算得： 杆35 =1485-C2H-端点5到地面的距离+70 大概得;800mm 为了方便后面的计算以及运动形式的确 定，我们设定杆56为60mm. 杆件67与6的位置由棘轮方案来定。
• 由题目任务可知，只有工作台的前后运动需要在刀具做往复插削运动 的同时自动完成进给。数据要求如下;
速度不均匀系数 最大切削阻力（N） 工作台水平进给范围(毫米 / 次) 0.03 2300 0.052-0.283
• 我先计算运动机构较为复杂的工作台的前后运动； • 工作台的前后运动方案： 方案一： • 将工作台的前后运动的动力直接由电动机供给，电动机的输出力 要通过变速后，再从与刀具主运动相同的的主动轴引出，再运用不完 全齿轮，使其能够配合刀具的往复插削运动，完成间歇性进给运动。 机构图如下：
• 方案二： • 由于工作台的前后运动需要精确的配合刀具的主运动，在刀具进行 往复切削运动的同时工作台进行间歇性进给运动。所以我们可以从刀 具的主运动的最后一个齿轮动力输入处，安装一个凸轮，再安装上滚 轮、连杆等作为工作台前后间歇性运动的原动力。机构图如下：
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经过分析，原理上两个方案都是可行的，但是由于题 目的要求：插刀所受的阻力曲线图（下图）和已知的工作 台的水平进给范围0.052-0.283 mm,可以知道工作台是在 刀具回程的0.05H与进程的0.05H这个时间内，水平运动 一个非常小的量。所以考虑到第一种方案会运用到较多的 齿轮，首先做到精确的配合十分困难；其次，考虑到齿轮 太多，机构也会变得非常复杂，一但齿轮有很小的磨耗， 叠加之后都会使得工作台的进给运动与刀具的主运动无法 准确配合，所以我们选择第二个方案，直接运用凸轮从主 运动的动力输入齿轮处引出。使其能够精确的使进给运动 与主运动配合，使机构方案一那样复杂。
• 综上所分析，我们得出方案三比较合适运用于插 床机构，所以我们选取方案三最为我们的最终的 主运动刀具的运动方案。方案3机构运动规律较为 简易，受力简单，运动易于控制分析。同时机构 的压力角较小，有利于提高机构受力情况，并且 经过分析计算得到该机构的传动效率较其它方案 高。
• 对于方案三，我们首先做出其上下极限：
插床整体机构
插床整机
插床输出运动
二、刀具主运动机构分析设计
一、基本要求：
1、确定运动形式；由齿轮单向连续转动到刀具的往复直线移动的变换。 2、刀具往复行程H为150mm。 3、刀具往复次数为30次/min。 4、速度不均匀系数§为0.03。
二、提出合理的方案：
方案一
方案二
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方案三
• 方案的选取
方案 方案评价
方案一：虽然结构简单，但是压力角打，传动 效率低，切急回特性不明显，耗能大。
方案二：虽然有急回特性，结构也较为简单， 但是运用凸轮，容易磨损，且不能传递较大的 作用力，结构中与刀具连接的连杆压力角大， 效率低，耗能大。
方案三：结构简单，其运动规律简易，具有急 回特性，受力简单，不出现死点，而且其压力 角较小，有利于传递较大的力，而且传动效率 高。
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方案
方案评价
从图上可知：压力角从 42°→32°→42°，它是先减小在 增大。压力角较大，传递效率低。
从图上可知：压力角从4°→负 44°→4°，由此可知从B2到某个位 置的压力角为零，传动力最大，从H 到B1某个位置的压力角也为零，传 动效率最好。 从图上可知：角度由负9°→负 17°→负9°，由此可知角度为先减 小后增大。压力角较大，传递效率 低。
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由上面三个方案对比可知，方案二最适用于我们的机构，但有刀 具的运动情况分析，当刀具在切割的进程是：加速度先增大，在中点 时达到最大值，之后加速度再逐渐减小，情况如下图：
方案二的加速度情况一上图差异较大，而且方案二容易让杆件 发生干涉现象，所以我们对方案二做进一步的改进，将c1c2通过 圆弧线端点H点，如下图;
• 至此关于刀具的主运动机构的各杆件长度已经全部计算完毕：
BC = 150 mm ； AB = 392 mm ; BO2 = 150 mm ； AO2 = 242 mm AO1 = 140 mm ; O1O2 = 280mm ; O2H = 150 mm
• 插床进给运动机构分析与设计
• 插床进给运动机构分析; • 插床工作台的进给运动主要包括有三个运动（由插床的正面方向观 察）： • 1.前后运动 • 2.左右运动 • 3.转台的转动
设计数据与要求：
• 要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高,数据如下：
插刀所受阻力曲线
设计任务：
• 1.针对图所示的插床的执行机构（插削机构和送料机构）可行方案， 并在一个原动力下将整个插床机构进行综合，在插削的同时自动完成 进给，绘制机构运动简图； • 2、依据设计要求和已知参数，确定各构件的尺寸和参数；（应有所 进行的计算） • 2.在机械基础实验中心机构实验室搭建所设计的机构模型，检验机构 简图和运动实现程度；（在说明书中应有照片） • 3.根据插刀所受的阻力变化曲线，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.为达到所要求的速度不均匀系数，确定应加的飞轮转动惯量； • 5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对设计进行运 动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 • 6.编写说明书。
机械原理课程设计：
插床机构综合—— 执行、进给及分度机构
Jack
目录
• • • • • • 一、概述 二、刀具主运动机构分析设计 三、工作台进给运动分析设计 四、整机方案 五、建模与仿真 六、总结
一、概述
设计题目简介：
• 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。图示为某插床机构运动方案示意图。该插床主要由电动机作为 原动机，并通过带转动、齿轮传动减速后将动力传递给工作机构进行 插削加工，工作装置由两个部分组成，1是上下进行的切削运动和水 平方向的进给运动。 • 针对图所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析。
带传动
链传动
杆件机构
所以，通过对几个方案的分析与比较，我认为杆件机构更符合题目要求。
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通过杆件机构的传递后，要将杆件的上下摆动转化为齿轮的转动， 我在此处运用了棘轮机构（如下图），之后在通过齿轮机构将运动传 递给工作台。
凸轮的分析与设计: 先的确定凸轮所需要输出的运动特性，我们根据题意：刀具所受阻力曲线图 可知：刀具在回程到距离刀具上极限点时0.05H时工作台开始移动，当刀具运 动到进程0.05H时，工作台停止移动。所以，用作图法可以作出在工作台在输 入运动齿轮上的运动角度的范围,如下图：