机械原理优秀课程设计插床新版说明书.doc

目录
第一章 机械原理课程设计任务书
第二章 插床主体机构尺寸综合设计
第三章 插床切削主体结构运动分析
第四章 关键数据及函数曲线分析
第五章 工作台设计方案
第六章 总结

第一章
机 械 原 理 课 程 设 计 任 务 书
学院名称： 专业： 年级：
学生姓名: 学号: 指导老师:

一、设计题目 插床传动系统方案设计及其运动分析
二、关键内容
1） 对指定机械进行传动系统方案设计；
2） 对实施机构进行运动简图设计（含必需机构创意试验）；
3） 飞轮设计；
4）编写设计说明书。
三、具体要求
插床是用于加工多种内外平面、成形表面，尤其是键槽和带有棱角内孔等机床（图1所表示），已知数据以下表（参考图2）。
参数
nr
H
LO1O2
C1
C2
C3
C4
G3
G5
JS3
Q
K
δ
单位
rpm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
N
N
Kgm2
N

数据
60
100
150
120
50
50
120
160
320
0.14
1000
2
0.05
另：lBC/lBO2=1,工作台每次进给量0.5mm，刀具受力情况参考图2。机床外形尺寸及各部份联络尺寸图1所表示（其中：l1 =1600，l2 =1200, l3 =740, l4 =640, l5 =580, l6 =560, l7 =200, l8 =320, l9 =150, l10 =360, l11 =1200,单位均为mm，其它尺寸自定。
四、完成后应上交材料
1) 机械原理课程设计说明书；
2) 一号图一张，内容包含：插床机构运动简图、速度及加速度多边形图、S（φ）- φ曲线、V（φ）- φ曲线和a（φ）- φ曲线；
3) 三号坐标纸一张：Med（φ）、Me r（φ）- φ曲线；
4) 一号图一张，内容包含：插床工作循环图、工作台传动方案图。
五、推荐参考资料
1) 《机械原理课程设计指导书》（西华大学机械学院基础教学部编）
2) 《机械原理》（孙桓主编，高等教育出版社）
3) 《机械原理较程》（孙桓主编，西北工业大学出版社） 啊1111

指导老师 署名日期 年 月 日

系 主 任 审核日期 年 月 日

第二章 插床主体机构尺寸综合设计
机构简图以下：

已知=150mm，，行程H=100mm，行程比系数K=2，
依据以上信息确定曲柄 长度，和到YY轴距离
1.长度确实定

图 1 极限位置

由，得极为夹角：
，
首先做出曲柄运动轨迹，认为圆心，为半径做圆，伴随曲柄转动，有图知道，当转到，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当转到，和圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。于是可得到和得夹角即为极为夹角。由几何关系知，，于是可得，。由几何关系可得：

代入数据，=150mm，，得

即曲柄长度为75
2. 杆长度确实定

图 2 杆BC，BO长度确定
由图2 知道，刀具处于上极限位置和下极限位置时，长度即为最大行程H=100 ，即有=100mm。
在确定曲柄长度过程中，我们得到，那么可得到，那么可知道三角形等边三角形。
又有几何关系知道四边形是平行四边形，那么，又上面讨论知为等边三角形，于是有，那么可得到,即
又已知，于是可得到

即杆100mm。
3.到YY轴距离确实定
B1

图 3 到YY轴距离
有图我们看到，YY轴由过程中，同一点压力角先减小，后又增大，那么在中间某处必有一个最好位置，使得每个位置压力角最好。
考虑两个位置：
1当YY轴和圆弧刚相接触时，即图3中左边那条点化线，和圆弧相切和B1点时，当B点转到，将会出现最大压力角。
2.当YY轴和重合时，即图中右边那条点化线时，B点转到B1时将出现最大压力角
为了使每一点压力角全部为最好，我们能够选择YY轴经过CB1中点（C点为和得交点）。又几何关系知道：

由上面讨论轻易知道 ，再代入其它数据，得：

即到YY轴距离为93.3mm
综上，插床主体设计所要求尺寸已经设计完成。选择1:1 是百分比尺，画出图形图纸一上机构简图所表示。

第三章 插床切削主体机构及函数曲线分析

主体机构图见第一张图。
已知，逆时针旋转，由作图法求解位移，速度，加速度。要求位移，速度，加速度向下为正，插刀处于上极限位置时位移为0.
当
（1）位移
在1：1 基础上，量位移为79.5mm。，即 曲柄转过175°时位移为79.5mm。

（2）速度
由已知从图中可知，和垂直，和平行，和垂直，由理论力学中不一样构件重合点地方法可得

其中，是滑块 上和A点重合点速度，是杆AOB上和A点重合点相对于滑块速度，是杆AOB上和A点重合速度。
又由图知，和垂直，和BC垂直，和YY轴平行，有理论力学同一构件不一样点方法可得：

其中，是C点，即插刀速度，是C点相对于B点转动速度，是B点速度。
又B点是杆件3 上一点，，杆件3围绕转动，且B点和杆件和A点重合点在两侧，于是可得：

由图量,则可到

由已知可得，要求选择百分比尺，则可矢量图以下：

最终量出代表矢量长度为12mm,
于是，可得 =0.174m/s
即曲柄转过175°时，插刀速度为0.174m/s。
（3）加速度
由理论力学知识可得矢量方程：

其中，是滑块上和A点重合点加速度，=，方向由指向；是科氏加速度，（其中大小均从速度多边形中量得），q方向垂直向下；是相对于滑块 加速度，大小位置，方向和平行；是C点相对于B点转动向心加速度，=,方向过由C指向B；是C点相对于B点转动切向加速度，大小位置，方向垂直BC。次矢量方程可解，从而得到。
B时杆AOB 上一点，构AOB 围绕转动，又和B点在两侧，由（是 角加速度）可得

量出则可得到大小和方向
又由理论力学,结合图可得到；

其中，在上一步中大小方向全部能求得；是C相对于B点转动向心加速度，方向由C点指向B点；是C相对于B点转动切向加速度，大小未知，方向和BC垂直。次矢量方程可解，从而可得到C点，即插刀加速度。取百分比尺，可得加速度矢量图以下：

最终由直尺量长度为12mm，于是，可得
当
（1）位移
在1：1 基础上，滑块位移为1.5mm。，即 曲柄转过355°时位移为1.5mm。
（2）速度
由已知从图中可知，和垂直，和平行，和垂直，由理论力学中不一样构件重合点地方法可得

其中，是滑块 上和A点重合点速度，是杆AOB上和A点重合点相对于滑块速度，是杆AOB上和A点重合速度。
又由图知，和垂直，和BC垂直，和YY轴平行，有理论力学同一构件不一样点方法可得：

其中，是C点，即插刀速度，是C点相对于B点转动速度，是B点速度。
又B点是杆件3 上一点，，杆件3围绕转动，且B点和杆件和A点重合点在两侧，于是可得：

由图量,则可到

由已知可得，要求选择百分比尺，则可矢量图以下：

最终量出代表矢量长度为2.16mm,于是，可得：

即曲柄转过355°时，插刀速度为方向沿YY轴向上。
（3）加速度
由理论力学知识可得矢量方程：

其中，为滑块上和A点重合点加速度，=，方向由指向；是哥氏加速度，（其中大小均从速度多边形中量得），方向垂直向下；是相对于滑块 加速度，大小位置，方向和平行。 B是杆AOB上一点，杆AOB 围绕转动，又和B5点在两侧，由（是 角加速度）可得

量出则可得到大小和方向
又由理论力学,结合图可得到；

其中，在上一步中大小方向全部能求得；是C相对于B点转动向心加速度，方向由C点指向B点；是C相对于B点转动切向加速度，大小未知，方向和BC垂直。次矢量方程可解，从而可得到C点，即插刀加速度。取百分比尺，可得加速度矢量图以下

代入数据可得：
全部数据详见第四章表格
第四章 关键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
0.003
2.05
14
3
0.055
2
21
4
0.0825
1.96
28
5.9
0.115
1.95
35
8
0.125
1.8
42
9.9
0.136
1.65
49
10.5
0.14
1.5
56
15.5
0.15
1.1
63
19.5
0.155
1.0
70
23.5
0.16
0.85
77
25
0.18
0.77
84
30
0.192
0.63
91
31
0.201
0.55
98
37.5
0.207
0.15
105
41
0.210
0.09
112
45
0.212
-0.02
119
48.1
0.22
-0.024
126
55
0.212
-0.065
133
57
0.205
-0.12
140
60.2
0.201
-0.23
147
66.1
0.2
-0.32
154
68.9
0.196
-0.36
161
73
0.19
-0.39
168
76
0.18
-0.4
175
79.5
0.174
-0.432
180
83
0.172
-0.45
187
85
0.17
-0.59
194
90
0.140
-0.7
201
92
0.13
-0.79
208
92.5
0.126
-0.9
215
95
0.093
-1.04
222
98
0.073
-1.5
229
98.5
0.05
-1.9
236
99
0.03
-2.125
243
99
-0.03
-2.6
250
98
-0.07
-3.14
257
97
-0.16
-3.3
264
92.5
-0.25
-4.1
271
90
-0.274
-5.12
278
83.5
-0.383
-5.1
285
73
-0.52
-4.9
292
66
-0.574
-1.74
299
54.2
-0.62
-0.44
306
41.5
-0.61
3.6
313
28.2
-0.44
4.7
320
17.9
-0.43
5.2
327
12.5
-0.3
5.47
334
8.1
-0.23
5.5
341
3
-0.13
3.95
348
2.6
-0.029
3.73
355
1.5
-0.0216
3.04
360
0
0
2.25

1、图分析：

伴随曲柄逆时针转动角度增大，滑块C位移由0开始增大，大约在240度时达成最大，然后开始降低，易知滑块C进程和回程时，曲柄转动角度并不相等，这说明了曲柄转动时存在急回运动。
2、图分析：

伴随曲柄逆时针转动角度增大，即增加，速度V正向增大，大约在120度时达成最大，然后展现下降趋势，在240度时下降为0，表明位移以增大到最大，即滑块C达成最下端，由曲线看出，滑块C正向平均速度比负向平均速度小，深入表明了急回运动存在。进程时，速度比较小，更有利于进刀；回程时，速度较快，有利于提升工作效率，充足证实了此机构设计合理性。
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，正向速度抵达最大值0.22m/s，此时滑块C含有最大速度，当曲柄继续转动至240度时正向速度降低至0，此时由速度是位移改变率可知，其位移达成最大值。当曲柄继续转动时，滑块C速度反向，变为负向速度，伴随转角增大而增大，曲柄转至240度，速度达成负向最大值0.63m/s以后，当滑块继续由摇杆带动时，却曲柄由300度转至360度时，其速度由负向最大值变为0.
3、图分析：

伴随曲柄逆时针转动角度增大，滑块C先向下作加速运动，但加速度越来越小，不过加速度越来越小，然后反向增大知道位移达成最大，接着滑块进入空回程，因为存在急回运动，加速度快速正向增大，达成最大后又开始减小，直到滑块C进入工作行程。
下面对部分特殊点进行分析：进程时，滑块C含有正向加速度，由2.2开始降低，在102度时达成0，当角度继续增大时，加速度反向增大，大约在240度时滑块位移达成最大值，不过加速度还是在反向增大，而且增加率显著比前段更大，当角度达成270度时加速度增大到5.2m/s2时抵达峰值，开始降低，在300度左右是达成0，然后正向增加，表明了滑块将要向上减速运动，最终回到0位移，然后往复运动。我们能够看出，在0至240度区间内，加速度全部很平缓，而在240至360度内，加速度改变很快，全部说明了急回运动存在。

第五章 工作台传动方案设计

此章关键问题有三个：
①运动怎样从电动机引下来；
②工作台运动情况及相对位置；
③怎样确定凸轮安装角，怎样让整个机构协调工作。

第一个问题：因为插床机身高度较高，所选择机构传动方案必需能够实现长距离传动，且确保定传动比，长距离传动方案多个多样，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；带传动本身含有个缺点：会产生弹性滑动，且其精度不高；链传动则会产生冲击，并伴伴随很大噪声；平行四边形机构传动效率高，结构简单，完全复制了原动件运动，且其刚度较高，故选择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。送进运动必需和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，以预防刀具切削运动和工作台送进运动发生干涉。
要实现工作台三个间歇运动，立即原动件连续往复摆动转化为从动件单向间歇运动，依据机构这个运动特征，知可选择棘轮机构，实现预期运动。同时，机构中添加复合锥齿轮，可实现改变锥齿轮旋转方向，从而改变工作台运动方向；同时加上离合器机构，以实现动力传输或断开。这么，当机械运动传输到棘轮时，棘轮作有规律单向间歇运动，同时将摆动转化为沿轴自转运动，再经过复合锥齿轮传输给工作台。除了靠各机械构件带动工作台运动外，还可用手柄操作，此时和棘轮连接离合器处于断开状态，棘轮运动及动力不继续传输，不影响手柄对工作台操纵。
要确保送进运动和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，则必需确保推程运动角小于等于上超区间角度。

第三个问题：因为工作台进给运动只能发生在上超阶段，故我们所选择机构传动方案中机构运动只有在上超阶段才能传输给工作台，其它时间工作台全部是处于静止状态，故选择凸轮式间歇运动机构，同时为了确保机构协调工作，凸轮安装角必需在上超区间角度范围内。

图 工作台传动方案

工作循环图：
1.工作台循环：工作台在刀具上下往返一周期间内只有上超阶段有进给运动，其它时间全部处于静止。
2.刀具在一个周期内工作方法：刀具首先从上极限位置进入工作行程上超阶段，经过上超后刀具对工件进行切削，在刀具经过切削后进入工作行程下超，然后又经过回程下超、空回行程及回程上超，经过一周。
3.工作循环图：

工作循环图

第六章 总结

经过这段时间设计，我受益匪浅，不仅在学问方面有所提升，而且在为人处事方面有了更多认识。
当我们碰到一个问题时，首先不能畏惧，而是要对自己有信心，相信经过自己努力一定能处理。就象大家常说在战略上藐视它。不过在战术上重视它。经过慎重考虑认真分析，脚扎实地去完成它，克服重重困难，当你成功实现目标时，那种成就感一定会成为你成长动力。
这次设计题目是插床。关键是确定机械传动方案，经过凸轮机构到回杆机构，回杆平行机构带动棘轮传动，再传到工作台，从而使工作台进行间歇进给运动，使刀具能安全进行切削。
这次设计课程不仅让我加深了对机械原理理论课程了解和认识，更培养了我用理论知识去处理实际问题能力。可能我这种方案不是很好方案，但它处理了工作台间隙进给运动问题。作为首次接触设计我，对未来设计充满了信心。
我期望学校多开设这类设计课程，不仅帮助我们了解理论知识，更关键是让我们学会用理论知识处理实际问题，帮助我们把理论知识转化成一个能力，让我们更轻易处理问题。
1.巩固理论知识，并应用于处理实际工程问题；
2.建立机械传动系统方案设计、机构设计和分析概念；
3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范和使用经验数据能力训练。