机械原理课程设计插床机构

插床机构综合与传动系统设计目录

题目及设计要求

一、设计题目

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6－15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，是由固结于轴上的凸轮驱动摆动从动件

和其他有关机构（图中未画出）来实现的。画出）来实现的。

针对图3-30所示的插床机构运动方案，进行执行机构的综合与分析，并进行传动系统结构设计。

A B C D H

O 2

x

d

b

O 1

O 3

c

a

1 2

3 4 5

6

n 2 n 1

z 1

z 2

y

y

Q

S 5

S 1

图3-30 插床机构运动方案示意图

二、设计数据与要求

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6－4所示。要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。

表6－4 插床机构设计数据

三、设计任务

1. 针对图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；

2. 假设曲柄1等速转动，画出滑块C 的位移和速度的变化规律曲线；

3. 在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图6－16所示，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. 确定电动机的功率与转速；

图3-31 插刀所受阻力曲

线

5. 取曲柄轴为等效构件，确定应加于曲柄轴上的飞轮转动惯量；

6. 编写课程设计说明书；

7. 感想与建议。

设计：

一、确定各构件的运动尺寸，绘制机构简图

1、插削机构的设计：

由题知：杆1的极位夹角为 θ=180*（K-1）/（K+1）； 故有

为了使构件4对构件5的平均传动角比较大，故应有： 则可得： 所得数据如下：

四种方案的推程运动规律：

1、 等加速等减速

2

20210221

2

/4/4

/

2、 余弦

01

02

2

2

1

00[1cos(

/)]/2sin(

/

)/(2)

cos(/

)/(2)

3、正弦

00

100

22

100 [(/)sin(2/)/(2)]

[1cos(2/)]/

2sin(2/)/

4、五次多项式回程运动规律：修正后的等速回程

取01

101001

15

/(22)

正弦加速度加速阶段（10）：

等速阶段

正弦加速度减速阶段（

10）：

所得数据如下：

四种方案下的凸轮轮廓曲线如下：

第一组：

第二组：

第三组：

第四组：

设计简图：

二、假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线（插削机构的运动学分析）

1）位置分析 建立封闭矢量多边形

32

1334

5O O l l s l l x

y

s （式1）

将机构的封闭矢量方程式（1）写成在两

坐标上的投影式，并化简整理成方程左边仅含未知量项的形式，即得：

33211

33

11

3344

33

445

cos cos sin sin

cos()cos sin(

)sin

O O s l l s l l l x l l s y

（式2）

解上述方程组得：

2

2

3

32111111

3

3211

4

335

33

44

(cos )(sin )

sin arctan

cos arccos[cos()]sin(

)sin

O O O O s l l l l l l x l s l l y

………………（式3）

2）角速度分析

分别将（式2）对时间取一次导数，可得

'3331133

3311

3

1

33444

'3

344

5

cos sin 00sin sin cos 00

cos 0sin()sin 000

cos(

)

cos

10

s l s s l l l l l s ……

………………………………………………………………………（式4） 解之可得s3,ω3,ω4,s5。

3）角加速度分析

分别将（式2）对时间取二次导数，可得加速度关系

1111

1

1

1

cos sin

00

l

l ………………………………………………………（式5）

采用高斯消去法可求解（式5）可解得角加速度dds3,α3,α4,dds5； 各方案滑块C 的位移和速度变化规律曲线，即S5、S5’的变化规律如下图：

A 组

B 组：

C 组

D 组

三、在插床工作过程中，插刀所受的阻力变化曲线如图2所示，在不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件，分析曲柄所需的驱动力矩