机械原理课程设计论文

《机械原理》课程设计报告题目：插床机构设计专业：机械工程班级： 13机械x 学号： *****xxx *名：***指导教师：**天津理工大学中环信息学院机械工程系2015年 6 月26 日目录工作原理 (2)一.设计任务 (2)二.设计数据 (3)三.设计要求 (4)四.主体机构尺寸的综合设计 (4)五.机构的运动分析 (8)六.数据汇总并绘图 (14)七.总结 (15)八.参考文献 (15)课程设计一 插床机构设计工作原理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1-1为某插床机构运动方案示意图。

该插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成。

电动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄1回转，再通过导杆机构1－2－3－4－5－6，使装有刀具的滑块沿道路y －y 作往复运动，以实现刀具切削运动。

为了缩短空程时间，提高生产率，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）来实现的。

一.设计任务1、 针对图1-1所示的插床的执行机构（插削机构和送料机构）方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；Q 图1-1 插床机构运动方案示意图2、 假设曲柄1等速转动，画出滑块C 的位移、速度和加速度的变化规律曲线； 3、 编写课程设计说明书； 4、 感想与建议。

二.设计数据依据插床工况条件的限制，预先确定了有关几何尺寸和力学参数，如表1-1所示。

要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。

图1-2 插刀所受阻力曲线三.设计要求1、导杆机构的运动分析已知：行程速比系数K，滑块5的冲程H，中心距23O Ol，比值3BC O Bl l，各构件重心S的位置，曲柄每分钟转1n。

要求：设计导杆机构，作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，作滑块的运动线图。

以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上（参考图例1）。

曲柄位置图的作法为（图1-2）取滑块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得12个位置点，显然位置9对应于滑块5处于下极限得位置，再作出开始切削和终止切削所对应的1’和8’两位置，共计有14个位置，可按表2进行分组。

我的组号是2，位置编号分别为6和8。

2、整理说明书四.主体机构尺寸的综合设计机构运动简图如图所示：表1-2 机构位置分配图图1-3已知32O O =150mm ，1/3=BO BC ，行程H=120mm ，行程比系数K=2，根据以上信息确定曲柄,2A O 3,BO BC 长度，以及3O 到YY 轴的距离 1.A O 2长度的确定图 1 极限位置由)180/()180(00θθ-+=K ，得极位夹角：060=θ，首先做出曲柄的运动轨迹，以2O 为圆心，A O 2为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道，当A O 3转到13A O ，与圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当A O 3转到23A O ，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。

于是可得到13A O 与23A O 得夹角即为极位夹角060=θ。

由几何关系知，322321O O A O O A ∠=∠，于是可得，032232160=∠=∠O O A O O A 。

由几何关系可得：3212cos O O A O •=θ代入数据，32O O =150mm ，060=θ，得mm A O 751=即曲柄长度为75mm 2. 杆3BO BC 、的长度的确定图 2 杆BC ，BO 2长度确定由图2 知道，刀具处于上极限位置2C 和下极限位置1C 时，21C C 长度即为最大行程H=120mm ，即有21C C =120mm 。

在确定曲柄长度过程中，我们得到322321O O A O O A ∠=∠，那么可得到023160=∠B O B ，那么可知道三角形321O B B ∆等边三角形。

又有几何关系知道四边形1221C C B B 是平行四边形，那么1212C C B B =，又上面讨论知321O B B ∆为等边三角形，于是有1231B B O B =，那么可得到mm O B 12032=,即mm BO 1203=又已知1/3=BO BC ，于是可得到mm BO BC 1203==即杆3,BO BC 的长度为120mm 。

3.3O 到YY 轴的距离的确定图 3 2O 到YY 轴的距离有图我们看到，YY 轴由3311y y y y 移动到过程中，同一点的压力角先减小，后又增大，那么在中间某处必有一个最佳位置，使得每个位置的压力角最佳。

考虑两个位置：1当YY 轴与圆弧12B B 刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧12B B 相切与B1点时，当B 点转到12,B B ，将会出现最大压力角。

2.当YY 轴与12B B 重合时，即图中右边的那条点化线时，B 点转到B1时将出现最大B 1压力角为了使每一点的压力角都为最佳，我们可以选取YY 轴通过CB1中点（C 点为13B O 与12B B 得交点）。

由几何关系知道：2/)cos (cos 32323323C O B B O B O C O B B O l ∠•-+∠•=由上面的讨论容易知道03230=∠C O B，再代入其他数据，得：mm l 0.112=即3O 到YY 轴的距离为112.0mm综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。

选取1:1 的比例尺，画出图形如图纸上机构简图所示。

五.机构的运动分析1、6点速度分析,加速度分析已知m r w /60=，逆时针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度。

规定位移，速度，加速度向下为正，插刀处于上极限位置时位移为0.当O 150=ϕ（1）位移在1：1 的基础上，量的位移为81.9mm ，即 曲柄转过150°时位移为81.9mm 。

（2）速度由已知从图中可知，2A V 与A O 3垂直，23A A V 与A O 3平行，3A V 与A O 2垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得∨∨∨∨+=→→→方向大小??2233A A A A v v v其中，2A V 是滑块 上与A 点重合的点的速度，23A A V 是杆AOB 上与A 点重合的点相对于滑块的速度，3A V 是杆AOB 上与A 点重合的速度。

又由图知，B v 与B O 3垂直，CB v 与BC 垂直，C v 与YY 轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：∨∨∨∨+=→→→?CB BCv v v 方向大小 其中，C v 是C 点，即插刀速度，BC v 是C 点相对于B 点转动速度，B v 是B 点速度。

又B 点是杆件3 上的一点，杆件3围绕3O 转动，且B 点沿杆件3与A 点重合的点在3O 的两侧，于是可得：3633A A O BO B v v →→-=由图量的mm A O 21763=,则可到3217120A B v v =由已知可得s mm A O w v A /47175222≈⨯=⨯=π，规定选取比例尺mm s mm u /41-⋅=，则可的矢量图如下：最后量出代表C v 的矢量长度为62mm, 于是，可得 C v =248.8mm/s即曲柄转过150°时，插刀的速度为248.8mm/s 。

（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：∨∨∨∨∨∨∨∨+++=→→→→→方向？？大小rktO A n O A ααααα3636A6其中，6A α是滑块上与A 点重合点的加速度，6A α=222/88.29577546s mm A O ≈⨯=⨯πω，方向由6A 指向2O ；kα是科氏加速度，223/6852s mm v A A e k ≈⨯⨯=ωα（其中23,A A e v ω大小均从速度多边形中量得），其方向垂直63A O 向下；r α是6A 相对于滑块2的加速度，方向与63A O 平行；n A6O3α是A 点相对于3O 点转动的向心加速度，n A6O3α=222/37.90236/s mm O A v A ≈,方向过由6A 指向3O ；t O A 36α是6A 点相对于3O 点转动的切向加速度，方向垂直6A 3O 。

由矢量方程可解，从而得到e α。

B 是杆AOB 上的一点，杆AOB 围绕3O 转动，又6A 与B 点在3O 的两侧，由R n O A 236ωα=可得eA O BO B αα→→-=633 量出'p 'e 则可得到B α的大小和方向又由理论力学,结合图可得到；∨∨∨∨∨∨++=→→→→方向大小??CB t n CB Bcαααα其中，B α在上一步中大小方向都能求得；nCB α是C 相对于B 点转动的向心加速度22/17/s mm BC v BC n CB ≈=α，方向由C 点指向B 点；t CB α是C 相对于B 点转动的切向加速度，大小未知，方向与BC 垂直。

此矢量方程可解，从而可得到C 点，即插刀的加速度。

取比例尺mm s mm u /272-⋅=，可得加速度矢量图如下：最后由直尺量的'p 'c 长度为11.8mm ，于是，可得c a 2/6.318s mm ≈ 当O 210=ϕ（1）位移在1：1 的基础上，滑块的位移为113mm 。

，即 曲柄转过210°时位移为113mm 。

（2）速度由已知从图中可知，2A V 与A O 3垂直，23A A V 与A O 3平行，3A V 与A O 2垂直，由理论力学中不同构件重合点地方法可得∨∨∨∨+=→→→方向大小??2233A A A A v v v其中，2A V 是滑块 上与A 点重合的点的速度，23A A V 是杆AOB 上与A 点重合的点相对于滑块的速度，3A V 是杆AOB 上与A 点重合的速度。

又由图知，B v 与B O 3垂直，CB v 与BC 垂直，C v 与YY 轴平行，有理论力学同一构件不同点的方法可得：∨∨∨∨+=→→→?CB BCv v v 方向大小 其中，C v 是C 点，即插刀速度，BC v 是C 点相对于B 点转动速度，B v 是B 点速度。

又B 点是杆件3 上的一点，，杆件3围绕3O 转动，且B 点和杆件3与A 点重合的点在3O 的两侧，于是可得：3833A A O BO B v v →→-=由图量的mm A O 1.16663=,则可到31.166120A B v v =由已知可得s mm A O w v A /47175222≈⨯=⨯=π，规定选取比例尺mm s mm u /41-⋅=，则可的矢量图如下：最后量出代表C v 的矢量长度为34.9mm,于是，可得：C v s /mm 6.139=即曲柄转过210°时，插刀的速度为s /mm 6.139方向沿YY 轴向下。