《机械原理课程设计插床机构设计》.docx
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《机械原理课程设计插床机构设计》
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插床机构设计
一、工作原理3
二、设计要求3
三、设计数据3
四、设计内容及工作量4
五.设计计算过程5
（一）.方案比较与选择5
（二）.导杆机构分析与设计6
1.机构的尺寸综合8
2.导杆机构的运动分析9
3.凸轮机构设计14
六.参考文献16
一、工作原理：
（1）插床机械系统的执行机构主要是由导杆机构和凸轮机构组成。
下图为其参考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块沿导路y—y作往复运动，以实现刀具的切削运动。
刀具向下运动时切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。
为了缩短回程时间，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它有关机构来完成的。
（2）
二、设计要求：
电动机轴与曲柄轴平行，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。
允许曲柄转速偏差为±5％。
要求导杆机构的最小传动角不得小于60o；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件的升、回程运动规律均为等速运动。
执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。
按小批量生产规模设计。
导杆机构运动分析
转速n2
插刀行程H（mm）
行程速比系数K
42
100
1.65
导杆机构运动分析
从动件最大摆角ϕmax
从动件杆长
许用压力角
推程运动角δo
远休止角
回程运动角δ’o
14°
124
38°
58°
10°
58°
导杆机构运动动态静力分析
工作阻力Fmax（N）
导杆质量m4（kg）
滑块6质量m6（kg）
导杆4质心转动惯量Js4（kgm2）
3200
22
70
1.1
四、设计内容及工作量：
1、根据插床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。
2、根据选定的电机和执行机构的运动参数拟订机械传动方案。
3、画出机械运动方案示意图。
4、根据给定的数据确定机构的运动尺寸，用Autocad软件按1：
1绘制所设计的机构运动简图。
要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
5、导杆机构的运动分析。
分析导杆摆到两个极限位置及摆到与机架位于同一直线位置时，滑块的速度和加速度。
6（b）、绘制从动件滑块的位移、速度、加速度曲线图。
7、凸轮机构设计。
根据所给定的已知参数，确定凸轮机构的基本尺寸（基圆半径ro、机架和滚子半径），并将运算结果写在说明书中。
用图解法画出凸轮机构的实际廓线（用Autocad软件）。
8、编写设计说明书一份。
应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。
五、设计计算过程
（一）
方案一
1）根据行程速比系数K
极位夹角：
，得.
2）设的曲柄摇杆机构型式，选择摇杆摆角，
查表可得
即可求得各杆长度,设计完成。
方案一的特点：
（3）机构为平面连杆机构，结构简单，加工方便。
（4）机构具有曲柄和摇杆，曲柄为主动件，存在极位夹角，具有急回运动特性，满足插刀工作要求。
（5）所获得的不够理想，对机构的传力不利，不能保证机构的传力性能。
方案二
方案二的特点：
（1）机构为平面连杆机构，结构简单，加工方便。
（2）机构具有曲柄，曲柄为主动件，存在极位夹角，具有急回运动特性，满足插刀工作要求。
（3）杆和之间的传动角大于60度，对机构的传力有利，受力更好，保证了机构的传力性能。
方案三
方案三的特点：
（1）方案三比方案二多了一组平衡杆，具有方案二的全部特点，并且更能保证连杆机构的运动连续性。
综合三个方案，方案三更为合理
1.电机选择和传动方案的制定
（1）选用Y型三相交流异步电动机
（2）选择电动机的型号：
插刀的有效功率：
，得
查表，选定传动装置的部件：
8级精度的一般齿轮传动（油润滑）
V带传动
弹性联轴器（两个）
滚动轴承（两个）
传动装置简图：
总效率，得
则电动机的工作功率：
，得
电动机转速：
曲柄的转速
V带常用传动比为
圆柱齿轮传动一级减速器常用传动比
总传动比
由，得满载转速
查表，选择电动机型号:
电动机型号
额定功率/KW
满载转速/（r/min）
启动转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
Y90S-6
0.75
910
2.0
2.0
（三）画出机械运动示意图：
机构各杆件的长度计算：
1）极位夹角：
，
由行程速比系数，得.
2）求各杆长度：
取曲柄长度，
由，得
由，得
取导杆一端和连杆的之比为0.25~0.5，
由，得
取
机械运动简图：
2.导杆机构的运动分析
1）机构其中一个极位的简图：
曲柄的角速度
作速度分析
方向
大少？
？
因为所以竿2没有转动,即
B点的速度：
由于构件2上点是B和A的绝对瞬心点，
点的速度已知，
利用构件2上的速度影像有:
，得
：
B、C是同一构件上的点，根据同一构件上点间的速度关系:
方向∥导杆
大小？
0？
，得
加速度分析
根据速度合成原理有：
大小？
?
0
方向
可得：
==0.996m/s方向：
又根据速度合成原理求6滑块C的速度：
大小？
？
？
1.075
方向
又图解法作图解：
的值通过在AB杆上由杠杆定理求得:
=1.075
又速度比例=0.0074
所以==0.37方向垂直向上
同理，下极位时，=0.37，方向垂直向下
2）导杆与机架位于同一直线位置
速度分析：
又速度合成原理有：
大小？
0.2198/m/s0
方向
所以=0.2198m/s
又杠杆原理有，方向
又速度合成原理：
大小？
0.5848m/s0
方向
所以=0.5848m/s
加速度分析
因为
，加速度合成原理有：
大小？
000
方向？
00
所以==
加速度合成原理有：
大小？
00
方向00
所以=，方向，向上
从动件滑块的位移、速度、加速度曲线图
加速度曲线图
速度曲线图
位移曲线图
3.凸轮机构设计
所选定的凸轮机构为摆动滚子推杆盘形凸轮机构
取基圆半径为30mm，滚子直径为10mm，机架长度为130mm
从动杆运动规律和凸轮相应转角：
推程，等速上升h
远休止
回程，等速下降h
近休止
位移曲线图
1）纵坐标为从动件摆角/图上代表该摆角的线段长度
2）横坐标为凸轮转角/图上代表该摆角的线段长度
凸轮转角
推杆偏角
12.6
3.26
25.2
6.52
37.8
9.78
50.4
13.04
58
14
68
14
75.6
13.04
88.2
9.78
100.8
6.52
113.4
3.26
126
0
凸轮轮廓线
、
六．参考文献：
[机械设计课程设计指导书]作者：
龚溎义著出版社：
高等教育出版社
[自动机械凸轮机构实用设计手册]作者：
刘昌祺，刘庆立，蔡昌蔚著出版社：
科学出版社
[机械原理和机械设计系列教材]作者：
孙桓，陈作模，葛文杰著西北工业大学机械原理及机械零件教研室出版社：
高等教育出版社
[理论力学]第六版哈尔滨工业大学理论力学教研室编著高等教育出版社
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