毕业设计-机械原理课程设计插床主体机构的设计.doc

《机械原理课程设计》
说
明
书
课程设计题目 插床主体机构的设计
学 院 机械工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
学 生 姓 名
班 级 机制本（2）班
学 号
指 导 教 师
起 止 日 期 2015年6月15日- 19日
目 录
第一章 插床主体机构的设计设计任务书 2
1.1 工作原理 2
1.2 设计数据表 2
1.3 设计要求与任务 3
1.4 技术要求 3
第二章 设计计算过程 4
2.1 导杆机构分析与设计 4
2.1.1机构的运动尺寸 4
2.1.2 导杆机构的运动分析 5
2.1.3 绘制所设计的机构运动简图 5
2.2 凸轮机构设计 8
2.2.1 确定凸轮机构的基本尺寸 8
2.2.2 凸轮廓线的绘制 11
2.3 齿轮机构设计 12
2.3.1 确定齿轮机构的基本尺寸 12
2.3.2绘制齿轮传动简图 14
第三章 设计体会 15
第四章 主要参考文献 15
第五章 附件 17
5.1 附件1 导杆机构运动简图及速度加速度多边形 17
5.2 附件2凸轮廓线的绘制图 17
5.3 附件3齿轮传动简图 17
第一章 插床主体机构的设计设计任务书
1.1 工作原理
如图所示为插床结构简图及阻力线图。插床主要由齿轮机构、导杆机构凸轮机构等组成，如图1-1所示。电动机经过减速装置(图中只画出齿轮)，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杆和其他有关机构(图中未画出)来完成的

图1-1 插床结构简图及阻力线图
1.2设计数据表
表1.1导杆机构的设计及运动分析
设计内容
导杆机构的设计及运动分析
符号
n1
lBD/lBC
k
h
LO2o3
a
b
c
单位
r/min

mm
数据
60
1
2
100
150
50
50
125
表1.2 凸轮机构的设计
设计内容
凸轮机构的设计
符号
ψ
［α］
lo4D
Φ
Φs
Φ’
从动杆加速规律
单位
°
mm
°

数据
15
40
125
60
10
60
等加速等减速
表1.3 齿轮机构的设计
设计内容
齿轮机构的设计
符号
Z1
Z2
m
α
单位
mm
°
数据
13
40
8
20
1.3 设计要求与任务
根据已知条件，要求完成如下设计任务：
（1）、导杆机构的设计及运动分析。
设计导杆机构，绘制机构运动简图；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。并在3号图纸上利用图解法
作机构的两个位置的速度和加速度多边形，并作出滑块的运动方程线图。
（2）、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，并在3号图纸上绘实
际廓线。
（3）、齿轮机构设计
已知：齿轮齿数Z1，Z2，模数m，分度圆压力角α，齿轮为正常齿制，工
作情况为形式齿轮，齿轮与曲柄共轴。 
要求：选择两轮变位系数，计算齿轮各部分尺寸。
完成设计计算说明书一份（不少于3000字，应包括设计任务、设计参数、设
计计算过程等）
1.4 技术要求
计算说明书（必须包含以下内容，并要求参照撰写格式要求书写）
（1）设计说明书封面
（2）目录
（3）机构简介与设计数据
（4）设计内容及方案分析
（5）设计体会
（6）主要参考文献

第二章 设计计算过程
2.1 导杆机构运动分析与设计
2.1.1 机构的运动尺寸
因为、

而K=2 由上面方程可得：=60°
又因为lo2A=75mm，可得: b=0204=50mm,
AO4=AO2tan
根据几何关系:
100mm
可得 100mm
=100mm
取 =100mm
O4到YY轴的距离的确定

图 2-1 O4到YY轴的距离示意图
有图我们看到，YY轴由过程中，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轴与圆弧刚相接触时，即图3中左边的那条点化线，与圆弧相切与B1点时，当B点转到，将会出现最大压力角。
2.当YY轴与重合时，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 与得交点）。又几何关系知道：
=50+（100-50√3/2=93.301mm
由上面的讨论容易知道 ，再代入其他数据，得：
即O4到YY轴的距离为93.301mm。
2.1.2 导杆机构的运动分析

图2-2 导杆机构的运动分析示意图
（1）.当在图2-2所示位置时，此时构件4处在上极限位置
速度分析:曲柄的长度为，转速n=60r/min曲柄的角速度为
rad/s

方向 ⊥ ∥
大小 ？
其中， 是滑块上与A点重合的点的速度，是杆4上与A点重合的点相对于滑块的速度,是杆4上与A点重合的速度。
因为=0所以竿4没有转动,即，又因为构件3，是一个滑块，竿4又有铰链定位。所以实际上：=0
求B点的速度： 由于构件4上点是B和A的绝对瞬心点，
点的速度已知，利用构件4上的速度影像有:
得
求： 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 ？
可得：
(2)加速度分析：
因为
根据加速度合成原理有：

大小 ？ ？ 1.972 m/ ?
方向
因为：,得科式加速度为0,
可得： = =1.972m/s 方向：

又根据加速度合成原理求6滑块C的加速度：

大小 ？ =0 ？ 2.26
方向 //导杆 //

又图解法作图解：

图2-3 滑块C的加速度多边形示意图
的值通过在AB杆上由杠杆定理求得:,,
,因为，所以
又速度比例=0.01828
所以==1.643方向垂直向上
(二). 滑块A在下极限位置的时候
对机构分析,同理可得：
，==2.158方向垂直向下。
2.1.3 绘制所设计的机构运动简图见附件1图纸

2.2 凸轮机构设计
2.2.1 确定凸轮机构的基本尺寸
选定推杆的运动规律:
由任务书选推杆的运动规律为二次多项式运动规律,即等加速等减速运动规律。其运动规律表达式为:
等加速段: ()
等减速段: ()
由以上两个表达式求得:
()
()
最大摆角时有:

如图2-4所示为摆杆盘形凸轮机构同向转动的尖底摆杆盘形凸轮机构,当推程尖底与凸轮轮廓上任一点接触时,摆杆摆角为为摆杆的初始摆角,P点为摆杆和凸轮的相对瞬心,此时机构的压力角和传动角如图所示.由于摆杆和凸轮在瞬心点P的速度相等得:
(a+OP) =OP, (1)
则 OP/(OP+a)= . (2)
将(1)式分子分母同乘整理得:
OP(1-)=a (3)
由式(3)求出OP代入式(1)右边得:
a+OP=A/(1-) (4)
在三角形AP中由正统定理有:
(5)
将式(4)代入式(5)中得:
(6)
用代入式(6)中得:
(7)
过点O作O//P,则∽,再由式(2)得 ,等式(7)正是的正弦定理.将等式(6)中的展开得:
tan= (8)
由等式(8)求得 (9)
将代入式(9)得: (10)
如果在图2-4所示位置的接触点处的压力角正好满足,比较式(10)和式(7)可知,直线便是在此位置时满足式(10)以等到式成立的边界.可以证明直线左边的阴影所示区域为保证摆杆运动规律和摆杆长度不变的a和的解域.在推程的各个位置都有这样的解域,这些解域的交集便是推程时a和的解域.
图2-4 摆杆盘形凸轮机构同向转动的尖底摆杆盘形凸轮机构示意图

图2-5同向型凸轮机构的a和的解域示意图

回程时, <0,压力角a<0,传力条件变成-tan,由此可导出满足传力条件性能的条件:
(11)
将代入式(11)得:
(12)
同理出可以求出回程时的a和的解域..推程和回程的解域的交集便是该凸轮机构保证传力性能好的a和的解域..如图2-5所示的是一个用作图法求出的同向型凸轮机构的a和的解域.由图可知, 的线图是在摆杆的各个以A为圆心的以L=为半径的圆弧线上取点如图中,推程时沿着此位置时的摆杆直线内侧量取线段=85.33mm,得,过作直线使之与直线倾斜角;同理,回程时也可沿着摆杆直线外侧量取回程时的线段,得,作直线使之与直线反向倾斜角.一般地,阴影区由多个位置时的边界线围成,显然,选取的点数多, a和的解域就精确.这要,凸轮的转动中心O可以在阴影区域内选择,连接OA便得到待求的基本尺寸a=OA, .
如图2-5所示求得的机架长度a=170mm, 82mm .
选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。滚子半径=(0.1—0.5) ,取=20mm.
2.2.2.凸轮廓线的绘制:
①选定角度比例尺,作出摆杆的角位移曲线,如图2-6所示,将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分.
②选定长度比例尺,作以O为圆心以OB=为半径的基圆;以O为圆心,以OA=a为半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆.
③自A点开始沿-方向把机架圆分成与图3-3中横坐标相应的区间和等分,得点,再以为圆心,以AB=L为半径作弧与基圆交于点,得线段.
④自线段开始,分别作,使它们分别等于图3-3(b)中对应的角位移,得线段.
⑤将点连成光滑曲线,它就是所求理论轮廓线.
图2-6 摆杆的角位移曲线
⑥实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出见附件2.

2.3 齿轮机构的设计 
1.中心距： ；
=（a/5+1）5=(212/5+1)x5=217mm；
2.啮合角：
实；
3.分配变位系数；
；
；

4.齿轮基本参数：（注：下列尺寸单位为mm）
齿顶高系数：
齿根高系数：
齿顶高变动系数：
分度圆直径； ；
基圆直径； ；

齿顶高： ；
齿根高： ；
齿顶圆直径： ；

齿根圆直径； ；

节圆直径： ；
齿距：
节圆齿距：
基圆齿距：
中心距变动系数 y=()/m=0.7125；
齿厚：
齿槽宽：e=

5. 重合度：

一般情况应保证
6.齿顶圆齿厚：

一般取
7 .展角：
;

8.齿轮传动简图见附件3图纸

第三章 设计体会
五天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化
在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,小组里的人都很有责任感,付出了最大的努力,尽最大的努力去解决自己任务里所遇到的问题.最终我们能完成于这种态度十分不开的。生活中的点点滴滴成功失败都是这样的吧与我们对待事情的态度相关。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态毕竟我们的出发点都是很好的.  
课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程,比如我组的张星红同学,人家的确有种耐得住寂寞的心态.所以他在学习上取得了很多傲人的成绩,但是我所赞赏的还是他追求的过程,当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己的任务,而且孜孜不倦,追求卓越.我们过去有位老师说得好,有些事情的产生只是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,那种追求的锲而不舍的过程是相同的,这就是一种优良的品质,它将指引着一个人意气风发,更好地走好自己的每一步
在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真….要永远的记住一句话:态度决定一切.
第四章 主要参考文献
[1] 孙恒.《机械原理》(第八版).北京：高等教育出版社，2013；
[2] 孙恒.《机械原理》(第五版).北京：高等教育出版社，1996；
[3] 《齿轮设计与实用数据速查》 张展  主编  机械工业出版社，2001
[4] 成大先.《机械设计手册》.北京：化学工业出版社，2004
[5] 罗洪田.《机械原理课程设计指导书》.北京：高等教育出版社，2006
[6] 梁崇高.平面连杆机构的计算设计.北京：高等教育出版社，1993
[7] 石永刚，吴央芳.凸轮机构的设计与应用创新.北京：机械工业出版社，2007
[8] 申永胜.机械原理教程.北京：清华大学出版社，1999
[9] 谢黎明.机械工程与技术创新.北京：化学工业出版社，2005
[10] 吕仲文.机械创新设计.北京：机械工业出版社，2004
第五章 附件
5.1 机构运动简图，上下极限（4，9位置）速度与加速度多边形，滑块运动方程线图附件1；
5.2 凸轮实际廓线附件2；
5.3 齿轮传动简图附件3.
17