插齿机模型课程设计说明书

燕山大学课程设计说明书（专业综合训练课程设计）项目名称：插齿机模型设计姓名：郝云飞宋龙龙肖雅文李顺侯丽娜夏斌指导教师：汪飞雪、解明利职称：讲师2011-12-22燕山大学专业综合训练任务书院（系）：基层教学单位：年月日小组分工及贡献本次课程设计由我们小组6名成员共同完成，根据各人情况以及兴趣特长进行了详细分工，协同合作完成了本次课程设计。

小组中郝云飞同学主要负责刀具旋转运动部分三维设计、总体三维装配、协调同学进行工作、部分工程图的修改等；宋龙龙同学主要负责总体参数的计算、工件旋转部分的三维设计、带轮部分的参数设计等；李顺同学主要负责小组说明书的整理、机架部分的三维设计，并与宋龙龙同学合作完成了总装工程图的初步绘制；侯丽娜同学主要负责传动系统的三维设计、轴的强度校核、传动系统部件图的绘制等；肖雅文同学主要负责刀具往复运动部分的三维设计、齿轮的校核，并与侯丽娜同学共同完成了部件图的绘制和小组ppt 的制作；夏斌同学主要负责资料的搜集、小组说明书的整理、查阅相关参考书籍等。

摘要本设计研究的是小型教学实验用齿轮插齿机，主要内容有插齿机的传动原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算和总体结构设计。

在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆和链传动等。

总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映机械加工机床的特点。

机床实现了齿轮加工所需的插齿、圆周进给、径向进给等运动。

关键词：机械传动插齿加工目录小组分工及贡献 (3)摘要 (4)目录 (5)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题概述 (1)第2章系统设计及参数计算 (3)2.1系统组成、布局和方案设计 (3)2.2参数计算 (5)2.3主要传动零件的设计参数 (9)第3章三维设计 (16)3.1总装图 (16)3.2插齿机各部件三维设计 (18)结论 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1 课题背景插齿机在国内外都是比较普遍的机床，但运用在教学中进行实物指导，帮助学生了解其原理及操作的却不是很多。

一、设计题目图中所示是插齿机的功能描述简图。

插齿刀1作上下往复直线运动切削齿轮坯，每分钟切削次125次，插齿刀冲程105mm ；每当插齿刀1运动到下极限位置时，齿轮坯2随工作台3作径向让刀运动，每当插齿刀1运动到上极限位置之前，齿轮坯2随工作台3恢复原位，工作台3的让刀运动行程为2mm 。

二、设计要求（1）画出机械系统运动循环图；（2）画出机械系统功能系统图；（3）选定电动机型号、拟定机械系统运动方案；（4）确定机械系统传动部分运动尺寸、执行机构运动尺寸并对机械系统进行运动分析。

三、机械系统运动循环图四、机械系统系统功能图：功能简介：功能 1：由原动机实现，亦即由电动机实现；功能 2：由带传动机构实现，包括皮带轮以及皮带，传动比i=；功能3：由圆柱齿轮传动机构实现（减速机构），其为二级分流式圆柱齿轮减速器，传动比可达i=;31.插齿刀2.齿轮坯3.机床工作台功能4：由圆锥齿轮传动机构实现，不改变运动速度，只改变运动方向，传动比i=；功能5：由曲柄滑块执行传动机构实现，改变运动轴线方向；功能6：由曲柄滑块执行机构实现，改变运动类型，将连续转动转变为连续直线往复移动；功能7：由凸轮传动机构实现，改变运动轴线方向；功能8：由凸轮传动机构实现，改变运动类型，将连续转动转变为间歇直线往复移动；五、机械系统运动方案1、插齿刀连续往复直线运动方案采用对心曲柄滑块机构实现设计题目中的插齿刀运动要求。

根据所给数据，可以确定曲柄长度52.5mm，一个周期之内曲柄冲程105mm，行程210mml。

2、工作台间歇往复直线运动方案由于运动需要具备间歇性，所以采用直动平底从动件盘形凸轮机构实现设计题目中的工作台运动要求。

因为凸轮机构水平放置，不能利用重力天然锁合，所以外加弹簧，利用弹力锁合。

根据所给数据，可以确定凸轮从动件行程2mm,再根据机械系统运动循环图，得到其推程运动角，远休止角，回程运动角，近休止角，如果再能确定其推程以及回程所采用的加速度运动规律，则可轻松求得其一个运动循环的位移、速度和加速度方程。

一 插床机构的设计与运动分析1.插床机构简介与设计数据插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图2-1，a 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杆D O 4和其他有关机构来完成的。

设计数据表 设计内容 导杆机构的设计及运动分析符号 1n K HB O BCl l 3 32O O la b c单位 min r mm mm数据 652120116055551251．设计内容和步骤已知 行程速度变化系数（行程速比系数）K ，滑块5的冲程H ，中心距32O O l ，比值BO BCl l 3，各构件重心S 的位置，曲柄每分钟转数 1n 。

要求 设计导杆机构，作机构两个位置的速度多边行和加速度多边形，做滑块的运动线图。

步骤1）设计导杆机构。

按已知条件确定导杆机构的各未知参数。

其中滑块5的导路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。

2）作机构运动简图。

选取长度比例尺)(mm m l μ，按表22-所分配的两个曲柄位置作出机构运动简图，其中一个位置用粗线画出。

曲柄位置的作法如图22-；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个曲柄位置，显然位置9对应于滑块5处于下极限时的位置。

再作出开始切削和终止切削所对应的'1和'8两个位置。

3）作速度、加速度多边形。

选取速度比例尺⎪⎭⎫⎝⎛mm s m v μ和加速度比例尺⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mm s m a 2μ，用相应运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将其结果列入下表：项目位置1ω2A v23A A v 3A v CB v C v 3S vω大小 方向 106.28 0.471 0. 14 0.450 0.04 0.2 0.26 2.1逆时针单位 s 1 s m s 1项目 位置 2A a K A A a23 n A a 3t A a 3n CB a C a 3S a ε2.96 0.6 0.96 0.04 0.016 0.04 0.54单位2s m 21s4）作滑块的运动线图。

a中文摘要插齿机是一种金属切削机床，是使用插齿刀按照展成法加工内、外直齿和斜齿圆柱齿轮以及其它齿形件的齿轮加工机床。

插齿机用来加工内、外啮合圆柱齿轮的轮齿齿面，尤其适合加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮，这是滚齿机无法加工的。

它综合了精密机械制造、电机拖动、数字控制等多门学科。

针对它在机械设计中遇到的确定尺寸参数、合理布局、降低成本、实用耐用等问题,本设计进行了针对性的思考与改造。

论文就课题的来源提出做了详细描述，基于需加工零件的工艺范围、机床的精度、机床改造经济性等因素而提出了较合理的方案，详细论述了机械改造部分设计与计算，包括部件的选择，各零件的选择、设计、计算和校核。

改造后的插齿机与原来的相比提高了加工精度及加工效率，更好地保证了零件加工的一致性和产品质量，减轻了劳动强度，有效提高了插齿机的生产效率和切割质量。

AbstractThe Pinion gear machine is a kind of metal cutting tools, is to use the knife pinion gear according to recent exhibition processing inside and outside straight tooth and helical gear tooth shape and other pieces of the gear processing machine tools. The Pinion gear machine used for processing inside and outside cylindrical gears mesh of gear tooth surface, especially suitable for processing in the gears and split the pinion gear, this is not the gear hobbing process.It synthesizes many disciplines such as precision machinery manufacturing,electric motor drive, digital control and so on. For it in the mechanical encountered in the design of size parameters determined, rational layout, reduce cost, practical durable such issues, the design thinking and transformation of the targeted.Papers on the source and propose is gave a detailed description, then it puts forward a more reasonable scheme on the basis of the processing of components required 、the precision of machine tools、the economic factors of Machine transformation and discusses in detail the designing and calculation of the mechanical transformation including the choice of components, the selection, designing, calculation and verification of the components . After transformation gantry Pinion gear machine is used for processing plate cutting and compared with the original machine it improves the machining precision and efficiency and better guarantees consistency and the quality of their products and reduces the labor intensity;what’s more, The mechanism improved production efficiency and cutting quality.引言1.1课题的来源与提出本课题来源于某企业，由山东理工大学导师给予。

燕山大学课程设计说明书（专业综合训练课程设计）项目名称：插齿机模型设计姓名：郝云飞宋龙龙肖雅文李顺侯丽娜夏斌指导教师：汪飞雪、解明利职称：讲师2011-12-22燕山大学专业综合训练任务书院（系）：基层教学单位：年月日小组分工及贡献本次课程设计由我们小组6名成员共同完成，根据各人情况以及兴趣特长进行了详细分工，协同合作完成了本次课程设计。

小组中郝云飞同学主要负责刀具旋转运动部分三维设计、总体三维装配、协调同学进行工作、部分工程图的修改等；宋龙龙同学主要负责总体参数的计算、工件旋转部分的三维设计、带轮部分的参数设计等；李顺同学主要负责小组说明书的整理、机架部分的三维设计，并与宋龙龙同学合作完成了总装工程图的初步绘制；侯丽娜同学主要负责传动系统的三维设计、轴的强度校核、传动系统部件图的绘制等；肖雅文同学主要负责刀具往复运动部分的三维设计、齿轮的校核，并与侯丽娜同学共同完成了部件图的绘制和小组ppt 的制作；夏斌同学主要负责资料的搜集、小组说明书的整理、查阅相关参考书籍等。

摘要本设计研究的是小型教学实验用齿轮插齿机，主要内容有插齿机的传动原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算和总体结构设计。

在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆和链传动等。

总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映机械加工机床的特点。

机床实现了齿轮加工所需的插齿、圆周进给、径向进给等运动。

关键词：机械传动插齿加工目录小组分工及贡献 (3)摘要 (4)目录 (5)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题概述 (1)第2章系统设计及参数计算 (3)2.1系统组成、布局和方案设计 (3)2.2参数计算 (5)2.3主要传动零件的设计参数 (9)第3章三维设计 (16)3.1总装图 (16)3.2插齿机各部件三维设计 (18)结论 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1 课题背景插齿机在国内外都是比较普遍的机床，但运用在教学中进行实物指导，帮助学生了解其原理及操作的却不是很多。

2.1.1 刀具位移 (19)2.1.2 刀具的速度 (20)2.1.3 刀具的加速度 (20)1 设计项目的性质和目的本实践项目课程结合《机械制造装备设计》课程的教学进行，是针对理论教学的实践活动，学生应该以积极主动的态度独立完成。

本课程的性质是以动手操作为主，以自主创造性设计为主，以设计效果为学生工作成绩的主要评判依据，设计说明作为补充。

学生必须人人亲自动手实施。

所设计的作品注重符合工程要求，即具备一定的结构工艺性、装配工艺性和满足功能需要。

通过动画表达操作方式和效果，使学生体会到设计和制造、操纵控制设计模型的乐趣。

在简明扼要的介绍设计对象和要求之后，对指定装置进行测绘，然后由学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。

根据学生的能力，还可进行相关的改进设计、进行动画设计等。

在设计过程中，学生可接触到机械装备的控制、驱动、传动的技术，重点学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。

通过完成本实践项目课程，学会较为熟练的操作使用某个设计软件；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供思考的源泉。

达到使学生在完成相关的机械专业基础课以后，得到较为综合性的专业设计训练的目的。

2 设计项目的任务和要求本次设计任务指定了学院实验中心拥有的机床模型，借助这些模型的直观感觉，然后通过观摩、外围零部件的拆装、查找图书资料、网络收集技术资料等方法，对模型主要进行机械结构方面的建模设计。

设计时应注意达到如下要求: 1）了解各零件的基本体，熟悉多种部件机械结构的构成和功能，掌握机械部件的装配结构。

2）分析机械装置各零件运动联系方式，确定机械的传动链以及工作原理，绘制机械结构运动简图。

3）学生采用三维软件，如Solidworks对机械本体进行零件、部件、直至整机装配建模，要求能正确地反映设备的工艺结构、装配结构。

4）每人选择其中二个以上零件将三维模型转为二维工程图，注意进行完整的工程信息标注，即尺寸、形位公差、表面粗糙度等。

目录概述 (2)一、系统的功能原理设计 (4)（一）、功能的定义及分类 (4)（二）、功能原理设计 (4)（三）、功能原理设计的设计方法——黑箱法 (7)（四）、功能结构 (18)二、结构总体设计 (20)（一）、结构总体设计的任务、原则 (20)（二）、总体布置设计 (23)（三）、总体布置设计的基本要求 (23)三、插齿机三维图 (24)四、参考文献 (28)致谢 (29)概述齿轮齿间的空间形状是复杂的，而且随着齿轮的齿数和模数的不同而变化，因此大多数的齿轮制造方法采用斩成齿廓而不是成形加工。

这种制造方法叫仿形法，包括刨削和插削两种加工方法。

刨削采用往复运动的齿条刀，当齿条刀实际上绕齿轮坯料滚切并沿其螺旋线方向运动时，齿形就会被逐渐展成。

插削加工在本质上与刨削加工类似，只是采用了圆形刀具来取代齿条刀。

其结果是减少了往复运动惯性，在加工过程中可以采用比刨削高得多的行程速度。

现代插齿机在加工汽车齿轮时可以达到每分钟2000次切削行程。

插齿刀的形状与渐开线齿轮大致相同，但是其齿顶是圆的。

由于刀具与工件之间的展成传动只包括圆周运动，因此不需要齿条或者丝杠。

在刀具的每一次行程中，通常刀具和工件的切向移动距为0.5mm。

在回程中，道具必须退让1mm以留出间隙。

否则，在退刀时，刀具会擦伤已加工表面，并且加快刀具的磨损。

插齿加工的优点是生产效率较高和可以将齿插到接近轴肩处。

令人遗憾的是，加工斜齿轮时需要有一个能够生产绕齿运动行程本身旋转的螺旋导轨。

这种螺旋导轨不易制造，或者说其制造成本较高。

由于对每一种不同螺旋角的齿轮，应该制造不同参数的插齿刀和螺旋导轨，因此这种方法仅适用于斜齿轮的大批量生产加工。

插削加工的一大优点是能够加工诸如大型行星齿轮传动所需要的内齿轮。

SummaryThe shape of the space between gear teeth is complex and varies with the number of teeth on the gear as well as tooth module, so most gear manufacturing methods generate the tooth flank instead of forming. This method that we called tooth flank include in planing and shaping.Planing uses a reciprocating rack, stroking in the direction of the helix on a gear with a gradual of form as the rack effectively rolls round the gear blank.Shaping is inherently similar to planing but uses a circular cutter instead of a rack and the resulting reduction in the reciprocating inertia allows much higher stroking speeds; modern shapers cutting car gears can run at 2 000 cutting strokes per minute .The shape of the cutter is roughly the same as an involute gear but the tips of the teeth are rounded.The generating drive between cutter and workpiece does not involve a rack or leadscrew since only circular motion is involved. The tool and workpiece move tangentially typically 0.5 mm for each stroke of the cutter. On the return stroke the cutter must be retracted about 1 mm to give clearance otherwise tool rub occurs on the back stroke and failure is rapid.The advantages of shaping are that production rates are relatively high and that it is possible to cut right up to a shoulder. Unfortunately, for helical gears, a helical guide is required to impose a rotational motion on the stroking motion; such helical guides cannot be produced easily or cheaply so the method is only suitable for long runs with helical gears since special cutters and guides must be manufactured for each different helix angle. A great advantage of shaping is its ability to cut annular gears such as those required for large epicyclic drives.机械系统总体设计机械系统设计的关键，它对产品的技术性能、经济指标和外观均有决定意义。

2.1.1 刀具位移 (19)2.1.2 刀具的速度 (20)2.1.3 刀具的加速度 (20)1 设计项目的性质和目的本实践项目课程结合《机械制造装备设计》课程的教学进行，是针对理论教学的实践活动，学生应该以积极主动的态度独立完成。

本课程的性质是以动手操作为主，以自主创造性设计为主，以设计效果为学生工作成绩的主要评判依据，设计说明作为补充。

学生必须人人亲自动手实施。

所设计的作品注重符合工程要求，即具备一定的结构工艺性、装配工艺性和满足功能需要。

通过动画表达操作方式和效果，使学生体会到设计和制造、操纵控制设计模型的乐趣。

在简明扼要的介绍设计对象和要求之后，对指定装置进行测绘，然后由学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。

根据学生的能力，还可进行相关的改进设计、进行动画设计等。

在设计过程中，学生可接触到机械装备的控制、驱动、传动的技术，重点学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。

通过完成本实践项目课程，学会较为熟练的操作使用某个设计软件；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供思考的源泉。

达到使学生在完成相关的机械专业基础课以后，得到较为综合性的专业设计训练的目的。

2 设计项目的任务和要求本次设计任务指定了学院实验中心拥有的机床模型，借助这些模型的直观感觉，然后通过观摩、外围零部件的拆装、查找图书资料、网络收集技术资料等方法，对模型主要进行机械结构方面的建模设计。

设计时应注意达到如下要求: 1）了解各零件的基本体，熟悉多种部件机械结构的构成和功能，掌握机械部件的装配结构。

2）分析机械装置各零件运动联系方式，确定机械的传动链以及工作原理，绘制机械结构运动简图。

3）学生采用三维软件，如Solidworks对机械本体进行零件、部件、直至整机装配建模，要求能正确地反映设备的工艺结构、装配结构。

4）每人选择其中二个以上零件将三维模型转为二维工程图，注意进行完整的工程信息标注，即尺寸、形位公差、表面粗糙度等。

课程设计说明书设计课题：插床机构专业班级：学生姓名：指导教师:设计时间：机械原理课程设计任务书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H 0.05G0.05HO S5图6-1插刀所受阻力曲线指导教师：教研室主任：2017年5月22日注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够请另附页。

课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。

矿业学院 机械原理 课程设计成绩评定表专业：班级：学号：姓名： 课题名称 插床机构设计任务与要求 设计要求：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6-1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） 编写课程设计说明书；5）感想与建议。

指导教师评语建议成绩： 指导教师：课H0.05G0.05H OS 5图6-1插刀所受阻力曲线年月日目录一、概述、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1二、方案确定、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、1三、主体机构尺寸综合设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、2四、切削主体结构运动分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、5五、切削主体结构受力分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、12六、重要数据及函数曲线分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、14七、总结、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、17八、参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、17第一部分概述插床是利用插刀的竖直往复运动插削键槽和型孔的机床。

南华大学课程设计说明书课程名称：机械设计制造及其自动化专业课程设计学生姓名：专业班级：这是我们学校特有的题目，所以放心吧！学弟or学妹指导教师：学长只能帮你到这了学院：机械工程学院起止时间：2012年12月17日至2013年1月7日2013年1月5日南华大学课程设计任务书题目：齿轮滚刀、插齿刀设计及其加工工艺学生姓名：专业班级：指导教师：学院：机械工程学院起止时间：2012年12月17日至2013年1月7日一、课程设计内容及要求：1．齿轮滚刀、插齿刀的设计，包括参数计算、结构设计、刀具加工工艺的设计2．插齿刀零件图（2#图一张）3．滚刀零件图（2#图一张）4．插齿刀、滚刀加工工艺5．课程设计说明书：应阐述整个课程设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。

应有目录、摘要及关键词、正文、参考文献等内容，字数一般不少于6000字。

二、主要参考资料有关复杂刀具参数计算及结构设计、机械制造工艺与设备的手册与图册。

三、课程设计进度安排阶段阶段内容起止时间1 布置任务，准备资料1天(12月17日)2 方案设计1天(12月18日)3 设计计算4天(12月19～23日)4 结构设计及绘图8天(12月24～1月1日)5 工艺编制2天(1月2日～3日)6 编写设计说明书3天(1月3日～6日)7 准备答辩和正式答辩1天(1月7日)指导教师（签名）：时间：教研室主任(签名)：时间：院长（签名）：时间：专 业 课 程 设 计 刀 具 方 向 第 一 组任 务 书题目1：外啮合盘形直齿插齿刀的设计已 知 条 件名称 被切齿轮参数 共轭齿轮参数 符号 数值 符号 数值 模数 m4 m4 分圆压力角f α27° f α27° 齿数1z19 2z11 齿顶高 1e h 3.6 2e h 3.6 齿根高 1i h4.6 2i h4.6 齿全高 1h 8.2 2h8.2分圆弧齿厚 1f S6.28 2f S6.28 变位系数 1ξ0 2ξ0 齿顶圆半径 1e R41.6 2e R 25.6 根圆半径 1i R33.4 2i R17.4 分圆半径 1f r38 2f r22 基圆半径01r33.85802r19.602要求：（1）设计公称分圆φ100的外啮合A 级盘形直齿插齿刀，前角γ=5°，齿顶后角e α=6°，齿数g z =25，齿顶高系数eg f =1.15，g ξ=0。

目录1 绪论 ............................................................................ 错误！未定义书签。

1.1 插齿机概述..................................................................... 错误！未定义书签。

1.2 插齿机的组成 (6)2 实验室所提供的设备模型 (10)3 设计方案 (15)3.1 电机选择 (15)3.2 传动零件设计 (19)3.3 传动轴设计 (19)3.4 轴承选择及润滑 (19)3.5 底座设计 (19)4 关键参数说明 (15)4.1 主传动比设计 (15)4.2 传动精度选择 (19)4.3 轴与轴承的刚度要求 (19)4 心得感想 (30)致谢 (31)参考文献 (32)1.1插齿机的概述插齿机，是一种金属切削机床，是使用插齿刀按展成法加工内﹑外直齿和斜齿圆柱齿轮以及其它齿形件的齿轮加工机床。

以插齿刀作为刀具来加工齿轮、齿条等的齿形，这种加工方法称为“插齿”。

插齿时，插齿刀作上下往复的切削运动，同时与工件作相对的滚动。

插齿机主要用于加工多联齿轮和内齿轮﹐加附件后还可加工齿条。

在插齿机上使用专门刀具还能加工非圆齿轮﹑不完全齿轮和内外成形表面﹐如方孔﹑六角孔﹑带键轴(键与轴联成一体)等。

加工精度可达7～5级﹐最大加工工件直径达12米。

作为金属板材冲压加工的关键设备，插齿机至今已有近五十年的应用和发展。

其主传动系统有曲轴连杆机构、液压油缸机构、曲柄肘杆机构和凸轮式传动机构等。

连杆传动机构具有工作平稳、行程可调、急回速度快等特点。

随着插齿机越来越广泛的应用，设计具有良好的运动学、动力学特性的连杆机构，显得越来越重要。

插齿传动加工齿轮的优点在生产率方面，切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约；只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。

机械原理课程设计之蔡仲巾千创作插床机构综合学生姓名：卢佛俊专业班级：08机电二班学号： 20087668目录一、设计题目简介二、设计数据与要求三、设计任务四、插床主体机构尺寸综合设计五、插床切削主体结构运动分析六、重要数据及函数曲线分析七、工作台设计方案八、总结九、参考文献设计题目：插床机构综合一、设计题目简介插床是经常使用的机械加工设备, 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.该插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成.电念头经过带传动、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路途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.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.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.插床机构设计数据插刀往复次数（次/min ） 60 插刀往复行程（mm ）100 插削机构行程速比系数2 中心距（mm ）150插床机构运动方案示意图插刀所受阻力曲线三、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）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 的位移和速度的变动规律曲线；3. 在插床工作过程中, 插刀所受的阻力变动曲线如图所示, 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. 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；5. 用软件（VB 、MATLAB 、ADAMS 或SOLIDWORKS 等均可）对执行机构进行运动仿真, 并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图.6. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书.四、插床主体机构尺寸综合设计 方案选择：方案一：结构简图如下方案二：机构简图如下：经过对方案一和方案二的比力, 我们发现方案一的优点是结构杆长之比1 质心坐标（mm ） 50 质心坐标（mm ） 50 质心坐标（mm ）120 凸轮摆杆长度（mm ） 120 凸轮摆杆行程角（0） 15 推程许用压力角（0）45 推程运动角（0） 90 回程运动角（0） 60 远程休止角（0）15 推程运动规律 3-4-5次多项式回程运动规律 等速速度不均匀系数最年夜切削阻力（N ）1000 阻力力臂（mm ） 120 滑块5重力（N ） 320 构件3重力（N ）160构件3转动惯量（kgm 2）简单, 易于实现.方案二的优点是可接受的力要年夜.考虑到插床需要较年夜的进给里用已加工零件, 所以我们选择方案二, 下面我们就相对方案二进行进一步的计算和设计.行程H=100mm, 行程比系数K=2,, YY轴的距离图 1 极限位置得极为夹角：首先做出曲柄的运动轨迹, , 随着曲柄的转动, 有图知道, 于圆相切于上面时,与圆相切于下面时, 刀具处于上极限位置..由几何关系知, , 于是可得,由几何关系可得：代入数据得即曲柄长度为2.图 2 杆由图 2 知道, ,在确定曲柄长渡过程中, 我们获得021221160=∠=∠O O A O O A , 那么可获得022160=∠B O B , 那么可知道三角形221O 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221O B B ∆为等边三角形, 于是有1221B B O B =, 那么可获得mm O B 10022=,即mm BO 1002=又已知1/2=BO BC , 于是可获得 即杆2,BO BC 的100mm.3.2O 到YY 轴的距离简直定图 32O 到YY 轴的距离B1有图我们看到, YY, 同一点的压力角先减小, 后又增年夜, 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, 即图3中左边的那条点化线, B1点时, 当B将会呈现最年夜压力角., 即图中右边的那条点化线时, B点转到B1时将呈现最年夜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.又几何关系知道：, 再代入其他数据, 得：综上,行程H=100mm, 行程比系数K=2,, YY轴的距离图 4 极限位置得极为夹角：首先做出曲柄的运动轨迹, , 随着曲柄的转动, 有图知道, 于圆相切于上面时,与圆相切于下面时, 刀具处于上极限位置..由几何关系知, , 于是可得,由几何关系可得：代入数据得即曲柄长度为2.图 5 杆由图 2 知道, ,在确定曲柄长渡过程中,形.又有几何关系知道四边平行四边形, 那么又上面讨论为等边三角形, 于是有又已知, 于是可获得即杆的100mm.3.2O 到YY 轴的距离简直定图 62O 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, 后又增年夜, 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 , 将会呈现最年夜压力角.12B B 重合时, 即图中右边的那条点化线时, B点转到B1时将呈现最年夜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12B O 与12B B 得交点）.又几何关系知道：B 1, 再代入其他数据, 得：综上, 插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成.五、插床切削主体结构运动分析用图解法作机构的运动分析和静态静力分析逆时针旋转, 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.（1）位移在1：1 的基础上, 量的位移为79.5mm., 即曲柄转过175°.（2）速度由已知从图中可知直, 由理论力学中分歧构件重合点处所法可得其中上与A点重合的点的速度AOB上与A点重合的点相对滑块的速度AOB上与A点重合的速度.又由图知BC垂直YY轴平行, 有理论力学同一构件分歧点的方法可得：其中C点, 即插刀速度C点相对B点转动速度是B点速度.又B点是杆件3 上的一点, , 杆件3, 且B点和杆件与A, 于是可得：则可到由已知可得, 规定选取比例尺则可的矢量图如下：12mm,于是,即曲柄转过175°时, 插刀的速度为0.174m/s.（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其中, 是滑块上与A点重合点的加速度,科氏加速度, （其中, q的加速度, 年夜小位置,是C点相对B点转动的向心加速度,方向过由C指向B C点相对B点转动的切向加速度, 年夜小位置, 方向垂直BC.次矢量方程可解,B时杆AOB上的一点, 构AOB , B点在, 角加速度）可得又由理论力学,结合图可获得；其中C相对B点转方向由C点指向B点；C相对B点转动的切向加速度, 年夜小未知, 方向与BC垂直.次矢量方程可解, 从而可获得C点, 即插刀的加速度.取比例可得加速度矢量图如下：12mm, 于是,（1）位移在1：1 的基础上, 滑块的位移为 1.5mm., 即曲柄转过355°.（2）速度由已知从图中可知直, 由理论力学中分歧构件重合点处所法可得其中上与A点重合的点的速度AOB上与A点重合的点相对滑块的速度AOB上与A点重合的速度.又由图知BC垂直YY轴平行, 有理论力学同一构件分歧点的方法可得：其中C点, 即插刀速度C点相对B点转动速度是B点速度.又B点是杆件3 上的一点, , 杆件3, 且B点和杆件与A, 于是可得：则可到由已知可得, 规定选取比例尺则可的矢量图如下：2.16mm,于是, 可得：即曲柄转过355°时, YY轴向上.（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其中, 为滑块上与A点重合点的加速度,哥氏加速度,的加速度, 年夜小位置, . B是杆AOB上的一点, 杆AOB , B5侧, 角加速度）可得又由理论力学,结合图可获得；其中C相对B点转方向由C点指向B点；C相对B点转动的切向加速度, 年夜小未知, 方向与BC垂直.次矢量方程可解, 从而可获得C点, 即插刀的加速度.取比例可得加速度矢量图如下六、重要数据及函数曲线分析角度位移S（mm)速度V(m/s)加速度α(m/s2)7 1.5 03 2.05 14 3 55 221 4 528 0.115 1.95 35 8 2542 3649 156 163 1 5570 6 0.85 77 25 0.77 84 30 92 0.63 91 31 0.201 598 07 0.15 105 41 10 0.09 112 45 12 -0.02 119 4 2 -24 126 55 12133 57 05140 01 3147 2154 0.196 -0.36 161 73 0.19 -0.39 168 76 0.18 -0.4 175 79.5 4 -0.432 180 83 0.172 -0.45 187 85 7 -0.59 194 90 40 -0.7 201 92 3 -0.79 208 26 -0.9 215 95 0.093 -222 98 0.073 -229 9 0.05 -1.9 236 99 0.03 -243 99 -2.6 250 98 -257 97 -264 -271 90 -0.274 -5.12278 -5.1285 73 -0.52 -292 66 -0.574 -299 -0.62 -306 -0.61313320 -0.43327 -0.3334 -0.23341 3 -0.13348 -355 -0.0216 3.04360 0 01, 滑块C位移由0开始增年夜, 年夜约在240度时达到最年夜, 然后开始减少, 易知滑块C进程与回程时, , 这说明了曲柄.2：, , 速度V 正向增年夜, 年夜约在120度时达到最年夜, 然后呈现下降趋势, 在240度时下降为0, 标明位移以增年夜到最年夜, 即滑块C达到最下端, 由曲线看出, 滑块C的正向平均速度比负向平均速度小, 进一步标明了急回运动的存在.进程时, 速度比力小, 更有利于进刀；回程时, 速度较快, 有利于提高工作效率, 充沛证明了此机构设计的合理性.下面对特殊点作一下分析：转角为0度时, V=0;曲柄转动至120度, 正向速度达到最年夜值0.22m/s, 此时滑块C具有最年夜速度, 当曲柄继续转动至240度时正向速度减少至0, 此时由速度是位移的变动率可知, 其位移达到最年夜值.当曲柄继续转动时, 滑块C速度反向, 酿成负向速度, 随着转角增年夜而增年夜, 曲柄转至240度, 速度达到负向最年夜值0.63m/s之后, 当滑块继续由摇杆带动时, 却曲柄由300度转至360度时, 其速度由负向最年夜值酿成0.3, 滑块C先向下作加速运动, 但加速度越来越小, 可是加速度越来越小, 然后反向增年夜知道位移达到最年夜, 接着滑块进入空回程, 由于存在急回运动, 加速度迅速正向增年夜, 达到最年夜后又开始减小, 直到滑块C进入工作行程.下面对一些特殊点进行分析：进程时, 滑块C具有正向加速度, 由2.2开始减少, 在102度时达到0, 当角度继续增年夜时, 加速度反向增年夜, 年夜约在240度时滑块位移达到最年夜值, 可是加速度还是在反向增年夜, 而且增长率明显比前段更年夜, 当角度达到270度时加速度增年夜到5.2m/s2时达到峰值, 开始减少, 在300度左右是达到0, 然后正向增长, 标明了滑块将要向上减速运动, 最后回到0位移, 然后往复运动.我们可以看出, 在0至240度区间内, 加速度都很平缓, 而在240至360度内, 加速度变动很快, 都说明了急回运动的存在.七、工作台设计方案方案的选择：方案一：凸轮连杆机构（题目中给的方案）方案讨论：①运动怎样从电念头引下来；②工作台的运动情况及相对位置；③怎样确定凸轮的装置角, 怎样让整个机构协调工作.第一个问题：由于插床机身高度较高, 所选择的机构传动方案必需能够实现长距离传动, 且保证定传动比, 长距离传动方案多种多样, 如：齿轮系传动；带传动；链传动；平行四边形机构传动等.齿轮系传动会使整个机器结构变得复杂；带传动自己具有个缺点：会发生弹性滑动, 且其精度不高；链传动则会发生冲击, 并陪伴着很年夜的噪声；平行四边形机构传动效率高, 结构简单, 完全复制了原动件的运动, 且其刚度较高, 故选取平行四边形机构这个方案来进行长距离传动.第二个问题：工作台最终可实现前后、左右作间歇直线送进运动和作间歇回转送进运动.送进运动必需与主切削运动协调配合, 即进给运动必需在刀具非切削期时间即上超阶段以内完成, 以防止刀具的切削运动与工作台的送进运动发生干涉.要实现工作台的三个间歇运动, 即将原动件的连续往复摆动转化为从动件的单向间歇运动, 根据机构的这个运动特性, 知可选取棘轮机构, 实现预期运动.同时, 机构中添加复合锥齿轮, 可实现改变锥齿轮的旋转方向, 从而改变工作台的运动方向；同时加上离合器机构, 以实现动力的传递或断开.这样, 当机械运动传递到棘轮时, 棘轮作有规律的单向间歇运动, 同时将摆动转化为沿轴的自转运动, 再通过复合锥齿轮传递给工作台.除靠各机械构件带开工作台运动外, 还可用手柄把持, 此时与棘轮连接的离合器处于断开状态, 棘轮的运动及动力不继续传递, 不影响手柄对工作台的把持.要保证送进运动与主切削运动协调配合, 即进入上超工作台开始运动, 结束上超工作台停止运动, 直到下一个上超阶段才重新运动, 则必需保证推程运动角小于即是上超区间的角度.第三个问题：由于工作台的进给运动只能发生在上超阶段, 故我们所选择的机构传动方案中机构的运动只有在上超阶段才华传递给工作台, 其它时间工作台都是处于静止状态, 故选择凸轮式间歇运念头构, 同时为了保证机构协调工作, 凸轮的装置角必需在上超区间的角度范围内.方案简图方案二：不完全齿轮间歇旋转机构该机构中不完全齿轮的旋转运动由连杆机构和锥轮从主动齿轮引导下来, 然后由不完全齿轮推开工作台运动, 设计的不完全齿轮的主动轮旋转一周时从动轮旋转1/10周.方案简图方案比力：比力两个方案, 可以发现方案一比如案二要多设计凸轮, 由于凸轮设计比力麻烦且精度不高, 所以我们选择方案二, 下面就方案二做进一步计算： 齿轮传动计算：取1z 22=, 21z 5z 225110=⨯=⨯=.依照要求取m 8=, 压力角020α=则中心距采纳标准中心距则 12a m z z /2=822+110/2=528=+⨯（）（）mm不完全齿轮的计算：设计的不完全齿轮的主动轮旋转一周时从动轮旋转1/10周.齿轮部份取参数为z=120, m=8,凸轮止弧和凹轮止弧则依照基圆的圆弧来配合八、总结这次设计课程不单让我加深了对机械原理理论课程的理解和认识, 更培养了我用理论知识去解决实际问题的能力.作为初度接触设计的我, 对未来的设计布满了信心.当我们遇到一个问题时, 首先不能畏惧, 而是要对自己有信心, 相信通过自己的努力一定能解决的.就象人们常说的在战略上藐视它.可是在战术上的重视它.通过慎重的考虑认真的分析, 脚踏实地去完成它, 克服重重困难, 当你胜利实现目标时, 那种成绩感一定会成为你生长的动力.还有就是经过这次的课程设计, 我在绘图方面和三维仿真方面的知识也获得进一步的加强, 让我受益匪浅.九、参考文献裘建新.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出书社。

#### 一、教学目标1. 理解插齿机的结构、工作原理及操作流程。

2. 掌握插齿机的安全操作规程和注意事项。

3. 能够独立完成插齿机的开机、调试和日常维护。

#### 二、教学对象机械加工专业的学生或机械操作人员。

#### 三、教学时间2课时#### 四、教学地点机械加工实训室#### 五、教学工具1. 插齿机一台2. 操作手册一份3. 安全防护用品（如安全帽、手套等）4. 讲义和PPT#### 六、教学流程第一课时：理论教学1. 导入- 简要介绍插齿机的应用领域和重要性。

- 引导学生思考插齿机的工作原理和结构特点。

2. 插齿机结构及工作原理- 详细讲解插齿机的各个组成部分，如主轴、齿轮、刀具等。

- 通过图片和视频演示插齿机的工作过程。

3. 操作流程- 演示插齿机的开机、调试和操作步骤。

- 强调操作过程中的安全注意事项。

4. 安全操作规程- 讲解操作过程中可能遇到的安全隐患和预防措施。

- 强调安全帽、手套等防护用品的使用。

5. 提问与解答- 针对学生的提问进行解答，确保学生理解操作要点。

第二课时：实践操作1. 分组练习- 将学生分成小组，每组一台插齿机。

- 每组指定一名组长，负责协调和监督。

2. 操作指导- 教师现场指导学生进行插齿机的开机、调试和操作。

- 强调操作过程中的细节和注意事项。

3. 实际操作- 学生在教师的指导下进行实际操作，完成插齿机的开机、调试和加工任务。

- 教师巡回指导，及时纠正学生的错误操作。

4. 总结与反思- 学生分享操作过程中的心得体会。

- 教师总结操作要点，强调安全操作的重要性。

5. 作业布置- 布置课后练习题，巩固所学知识。

#### 七、教学评价1. 理论知识测试- 对学生的理论知识掌握情况进行测试。

2. 实际操作考核- 通过观察学生的实际操作，评价其操作技能和安全性。

3. 学生反馈- 收集学生对教学方案的意见和建议，不断优化教学设计。

#### 八、教学总结本教学设计方案旨在通过理论教学和实践操作相结合的方式，帮助学生全面掌握插齿机的操作技能和安全知识。