机械原理课程设计插床设计

长江学院

机械原理课程设计说明书设计题目：插床机构设计

学院：机械与电子工程学院

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2016年7月1日

目录

题目及设计要求 (3)

1机构简介 (3)

2设计数据 (4)

二、插床机构的设计内容与步骤 (6)

1、导杆机构的设计与运动分析 (6)

⑴、设计导杆机构。 (6)

⑵、作机构运动简图。 (6)

⑶、作滑块的运动线图。 (6)

⑷、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 (7)

2、导杆机构的动态静力分析 (8)

⑴、绘制机构的力分析图（图1-4）。 (8)

⑵、选取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩Mr的曲线图 (9)

⑶、作动能增量△Ｅ―φ线。 (10)

3、用解析法较好机构运动分析的动态静力分析结果 (11)

⑴、图解微分法 (11)

⑵、图解积分法 (14)

4、飞轮设计 (14)

5、凸轮机构设计 (16)

6、齿轮机构设计 (19)

三、感想与体会 (21)

四、参考文献 (22)

题目及设计要求

1机构简介

插床是一种用于工件内表面切削加工的机床，也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。为了减小机器的速度波动，在曲柄轴O2上安装一调速飞轮。为了缩短空回行程时间，提高生产效率，要求刀具具有急回运动，图2为阻力线图。

图2

图1

2设计数据

符号

n ₁K H LBC/LO2B L O203a b c J S3 G 3G 5F t d 【δ】单位

r/min mm kg·m³mm 数据

602100116050601400.1416032010001200.04内容

导杆机构设计及运动分析

导杆机构的动态静力分析及飞轮转动惯量确定N mm

二、插床机构的设计内容与步骤

1、导杆机构的设计与运动分析

⑴、设计导杆机构。按已知数据确定导杆机构的各未知参数，其中滑块5导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定，即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上（见参考图例1）。

⑵、作机构运动简图。选取长度比例尺μl(m/mm)，按表1-2所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图

1-2；取滑块5 在下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个曲柄位置，位置5对应于滑块5处于上极限位置。再作出开始切削和终止切削所对应的5ˊ和12ˊ两位置。

图1-2 曲柄位置图

⑶、作滑块的运动线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，取位移比例尺μs=μl，根据机构及滑块5上C点的各对应位置，作出滑块的运动线图s c(t)、然后根据s c(t)线图用图解微分法

（弦线法）作滑块的速度v c (t)线图（图1-2），并将其结果与4）相

对运动图解法的结果比较。

图1-2 用图解微分法求滑块的位移与速度线图

⑷、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。选取速度比例尺μv [(m ·s -1)/mm]和加速度比例尺 μa [(m ·s -2)/mm]，作该位

置的速度和加速度多边形（见图1-3）。

① 求A v

1ωr v A =

其 中 60/211n πω= (rad/s)

② 列 出 向 量 方 程 ,求 33A A a v 和

2323A A A A v v v ρρρ+=

r A A k A A A t A n A a a a a a 2

323233ρρρρρ++=+ 用速度影像法求B B a v 和

③ 列 出 向 量 方 程 ,求 C C a v 和

CB B C v v v ρρρ+= t CB n CB B C a a a a ρρϖϖ++=

a ）速度图

b ）加速度图

图1-3 位置7的速度与加速度图

2、导杆机构的动态静力分析

已知 各构件重力G 及其对重心轴的转动惯量J s 、阻力线图（图

1－1）及已得出的机构尺寸、速度和加速度。

⑴、绘制机构的力分析图（图1-4）。力分析的方法请参考《机械原理》教材

已知各构件重力G及其对重心轴的转动惯量J s、阻力线图（图1－1）及已得出的机构尺寸、速度和加速度，求出等效构件1的等效阻力矩Mr。（注意：在切削始点与切削终点等效阻力矩应有双值）

⑵、选取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩Mr的曲线图（图1-4）

图1-4 等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲线图

利用图解积分法对Mr进行积分求出Ar-φ曲线图，假设驱动力矩M d为恒定，由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等，所以驱动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线并且与Ar曲线的终点相交如图1-4中Ad所示，根据导数关系可以求出M d曲线（为一水平直线）。

⑶、作动能增量△Ｅ―φ线。

取比例尺μＥ＝μＡ＝ＫμφμＭ（Ｊ／mm），动能变化△Ｅ＝Ａd －Ａr，

其值可直接由图1-4上Ａd（φ）与Ａr（φ）曲线对应纵坐标线段相减得到，由此可作出动能变化曲线A d与Ar相减的曲线图（如图1-5）。