插床机构综合设计说明书

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机械原理课程设计

插床机构综合

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学生姓名： 卢佛俊

专业班级： 08机电二班

学号：

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目录

一、设计题目简介

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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

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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

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设计题目： 插床机构综合

一、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。

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。

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插床机构运动方案示意图

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插刀所受阻力曲线

插床机构设计数据

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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；

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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 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

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

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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

最大切削阻力（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（kgm2）

方案二：机构简图如下：

:

经过对方案一和方案二的比较，我们发现方案一的优点是结构简单，易于实现。方案二的优点是可承受的力要大。考虑到插床需要较大的进给里用已加工零件，所以我们选择方案二，下面我们就相对于方案二进行进一步的计算和设计。

已知21OO=150mm，1/2BOBC，行程H=100mm，行程比系数K=2，

根据以上信息确定曲柄,1AO 2,BOBC长度，以及2O到YY轴的距离

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1.AO1长度的确定

图 1 极限位置

由)180/()180(00K，得极为夹角：

060，

首先做出曲柄的运动轨迹，以1O为圆心，AO1为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道，当AO2转到12AO，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当AO2转到22AO，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到12AO与22AO得夹角即为极为夹角060。由几何关系知，212211OOAOOA，于是可得，021221160OOAOOA。由几何关系可得：

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2111cosOOAO•

代入数据，21OO=150mm，060，得

mmAO751

即曲柄长度为75mm

2. 杆2BOBC、的长度的确定

图 2 杆BC，BO2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，21CC长度即为最大行程H=100mm ，即有21CC=100mm。

(

在确定曲柄长度过程中，我们得到021221160OOAOOA，那么可得

到022160BOB，那么可知道三角形221OBB等边三角形。

又有几何关系知道四边形1221CCBB是平行四边形，那么1212CCBB，又上面讨论知221OBB为等边三角形，于是有1221BBOB，那么可得到mmOB10022,即mmBO1002

又已知1/2BOBC，于是可得到

mmBOBC1002

即杆2,BOBC的100mm。

3.2O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3311yyyy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12BB刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧12BBB1

相切与B1点时，当B点转到12,BB，将会出现最大压力角。

2.当YY轴与12BB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12BO与12BB得交点）。又几何关系知道：

2/)cos(cos22222222COBBOBOCOBBOl••

由上面的讨论容易知道02230COB ，再代入其他数据，得：

￥

mml3.93

即2O到YY轴的距离为93.3mm

综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成已知21OO=150mm，1/2BOBC，行程H=100mm，行程比系数K=2，

根据以上信息确定曲柄,1AO 2,BOBC长度，以及2O到YY轴的距离

1.AO1长度的确定

图 1 极限位置

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由)180/()180(00K，得极为夹角：

060，

首先做出曲柄的运动轨迹，以1O为圆心，AO1为半径做圆，随着曲柄的转动，有图知道，当AO2转到12AO，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当AO2转到22AO，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到12AO与22AO得夹角即为极为夹角060。由几何关系知，212211OOAOOA，于是可得，021221160OOAOOA。由几何关系可得：

2111cosOOAO•

代入数据，21OO=150mm，060，得

mmAO751

即曲柄长度为75mm

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2. 杆2BOBC、的长度的确定

图 2 杆BC，BO2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，21CC长度即为最大行程H=100mm ，即有21CC=100mm。

在确定曲柄长度过程中，我们得到021221160OOAOOA，那么可得到022160BOB，那么可知道三角形221OBB等边三角形。

又有几何关系知道四边形1221CCBB是平行四边形，那么1212CCBB，又上面讨论知221OBB为等边三角形，于是有1221BBOB，那么可得到mmOB10022,即mmBO1002

又已知1/2BOBC，于是可得到

mmBOBC1002

…

即杆2,BOBC的100mm。

3.2O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3311yyyy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12BB刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧12BB相切与B1点时，当B点转到12,BB，将会出现最大压力角。

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2.当YY轴与12BB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12BO与12BB得交点）。又几何关系知道：

2/)cos(cos22222222COBBOBOCOBBOl••

由上面的讨论容易知道02230COB ，再代入其他数据，得：

mml3.93

即2O到YY轴的距离为93.3mm B1