机械原理课程设计论文模板-插床.doc

《机械原理》
课程设计报告

目 录
工作原理 2
一.设计任务 3
二.设计数据 3
三.设计要求 3
四.设计方案选定 5
五.机构的运动分析 5
六.机构动态静力分析 11
七.数据总汇并绘图 12
八.总结 13
九.参考文献 13

课程设计一 插床机构设计
工作原理
A
B
C
D
H
O2
x
d
b
O1
O3
c
a
1
2
3
4
5
6
n2
n1
z1
z2
y
y
Q
S5
S1
图1-1 插床机构运动方案示意图
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1-1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O2上的凸轮驱动摆动从动件O4D和其他有关机构（图中未画出）来实现的。

一.设计任务
1、 针对图1-1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；
H
0.05H
G
0.05H
O
S5
图1-2 插刀所受阻力曲线
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1-2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、 确定电动机的功率与转速；
5、 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；
6、 编写课程设计说明书；
7、 感想与建议。
二.设计数据
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1-1所示。要求所设计的插床结构紧凑，机械效率高。
本组选择第1组数据
表1-1 插床机构设计数据
分组
1
2
3
4
插刀往复次数n（次/min）
30
60
90
120
插刀往复行程H（mm）
150
120
90
60
插削机构行程速比系数K
2
2
2
2
中心距Lo2o3(mm)
160
150
140
130
杆长之比L(BC)/L(o3B)
1
1
1
1
质心坐标a(mm)
60
55
50
45
质心坐标b(mm)
60
55
50
45
质心坐标c(mm)
130
125
120
115
凸轮摆杆长度Lo4d(mm)
125
125
125
125
凸轮摆杆行程角ψ(°)
15
15
15
15
推程许用压力角[α](°)
45
45
45
45
推程运动角δ0(°)
60
90
60
90
回程运动角δ0'(°)
90
60
90
60
远程休止角δ01(°)
10
15
10
15
推程运动规律
等加等减
余弦
正弦
5次多项式
回程运动规律
等速
等速
等速
等速
速度不均匀系数δ
0.03
0.03
0.03
0.03
最大切削阻力Q(N)
2300
2200
2100
2000
阻力力臂d(mm)
150
140
130
120
滑块5重力G5(N)
350
340
330
320
构件3重力G3(N)
150
140
130
120
构件3转动惯量J3(kg*m2)
0.12
0.11
0.1
0.1
三.设计要求
1、导杆机构的运动分析

图1-3
已知：行程速比系数K，滑块5的冲程H，中心距，比值，各构件重心S的位置，曲柄每分钟转。
要求：设计导杆机构，作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，作滑块的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上（参考图例1）。
曲柄位置图的作法为（图1-2）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个位置点，显然位置9对应于滑块5处于下极限得位置，再作出开始切削和终止切削所对应的1和8’两位置，共计有14个位置，可按表2进行分组。
2、导杆机构的动态静力分析
已知：各构件的质量G及其对重心轴的转动惯量（数据表中未列出的构件的重量可以忽略不计），阻力线图（图1，b）及已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。
表1-2 机构位置分配图

要求：按表1-2所分配确定1～2个位置的各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（见图例1）。
3、数据总汇并绘图
最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
4、完成说明书
每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置。
四.设计方案选定
如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使图2压力角尽量小。

五.机构的运动分析

1、 导杆机构的运动分析（见图例1）
思路：
已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。
要求 做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。
曲柄位置图的作法为取1和9为工作行程起点和终点对应的曲柄位置，1和9为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…12等，是由位置1起顺v2方向将曲柄圆周作12等分的位置。
步骤：
1）设计导杆机构。 按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。
2）作机构运动简图。选取比例尺按表4－2所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图4－2；取滑块6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，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14个机构位置。
3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.0168（）和加速度比例尺=0.0168（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入表。
4)作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺=0.0109（），作（t）线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据（t）线图用图解微风法（弦线法）作出滑块的速度（t）线图，并将结果与其相对运动图解法的结果比较。
5）绘制滑块的加速度线图（见图1）
5点速度分析
1).选取长度比例尺µ，作出机构在位置5 的运动简图。
如一号图纸所示，选取µ=l/OA=0.001（m/mm)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意µ的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。
2.)求原动件上运动副中心A的v和a
ω= (2*π*90/60)=9.42rad/s
v=ω2 l =(2*π*90/60)*70＝0.66m/s
式中v——A点速度（m/s） 方向丄AO
a=ω l=6.223m/s
式中a——A点加速度（m/s）,方向A →O
3.)解待求点的速度及其相关构件的角速度
由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。
（1）列出OB杆A点的速度矢量方程，根据平面运动的构件两点间速度的关系
绝对速度=牵连速度+相对速度
先列出构件２、5上瞬时重合点Ａ（Ａ，A5）的方程，未知数为两个，其速度方程：
ＶA5　　＝　　v+ 　　vA5A2
方向：丄ＡＯ5　　　　丄AO　　∥ＡＯ5
大小：　？　　　　　ω2 l　　　　？
（２）定出速度比例尺　　在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v,则速度比例尺µ（m• s/mm）
µ==0.01m•s/mm
pa=66mm
（３）作速度多边形，求出ω根据矢量方程式作出速度多边形的pe部分，则vA5 (m/s)为
VA5=µpe=0.66m/s
VA5A2=µae=0m/s
ω3= vA5/ lAO3=3.14rad/s
其转向为顺时针方向。
ＶB5=ω3lBO3=0.283 m/s
B点速度为ＶB5，方向与VA5同向.
（４）列出C点速度矢量方程，作图求解V、VC6B5
V= ＶB5+ VC6B5
方向：竖直向下 丄BＯ3 丄BC
大小：？ ω3Lbo3 ？
通过作图，确定Ｃ点速度为
VC6B5=µcb= 0 m/s
V＝µpc=0.283m/s
式中VC6B5——Ｃ点速度，方向丄BC
式中V——Ｃ点速度，方向为p→C。
４．解待求点的加速度及其相关构件的角加速度
（１）列出A点加速度矢量方程式　　牵连速度为移动时
绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度
牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）
绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度＋哥氏加速度
要求B点加速度，得先求出A点加速度
a= a+ a =　 a+ a + a’+ a
方向：？　　　∥AO　丄AO　∥ＡＢ　丄ＡＢ ∥ＡＢ　丄ＡＢ　
大小：？　　　　ωl 0 ω3lAO3　　？ ? 2ω3v
(2)定出加速度比例尺　　在一号图纸中取p为加速度极点，去矢量pa’代表a，取加速度比例尺µ=0. 1（m•s/mm）
a=ω3Lao3= 3.14*3.14*210=2.074 m/s
µ==0. 1 m/s/mm
=20.74mm
a=ωl =6.223m/s
a=2ω3v = 0 m/s
(3)作加速度多边形，求出a、a、a根据矢量方程图的p’a’d’c’b’部分，则
a=µ*a’d’= 0 m/s
a’=µ*b’c’=0 m/s
a=µp’d’=6.223m/s 方向为 水平向右
α= a/ l=1.3rad/ s
a= a• l/ l=0 m/s
a=ω3• Lbo3=0.889 m/s
(4)列出C点加速度矢量方程，作图求解a 、a、 a
a = a+ a+ a+ a
方向： 竖直向下 ∥BC 丄BC ∥AB 丄AB
大小： ？ VC6B5/l ? ωl al/ l
由上式可得：
l= 90 mm
a= VC6B5/l= 0 m/s
a=ω3Lbo3=3.14*3.14*0.09=0.889 m/s
a= al/ l= 0 m/s
a=1.76m/s
a=0.1m/s

5点数据汇总

项
目
位
置

曲柄v2
vA2
vA4A2
VA5
VCB
vC
VB5
导杆v3
aA
A哥
anA
atA
anCB
ac

大小
方向
5
9.42
0.66
0
0.66
0
0.283
0.283
3.14
顺时针
6.223
0
2.074
0
0
0.1

根据以上方法同样可以求出位置7的速度和加速度

项
目
位
置

曲柄v2
vA2
3 vA2A3
V3
VCB
vC
VB4
导杆v
aA3
aKA4A3
anA4
atA4
anCB
ac

大小
方向
5
9.42
0.66
0
0.66
0
0.283
0.283
3.14
顺时针
6.223
0
2.074
0
0
0.1
7
9.42
0.66
0.42
0.55
0.07

0.22
0.226
2.96
顺时针
6.223
2.484
1.626
1.5
0.055
0.86
单位
1/s
m/s
1/s
m/s2
六.机构动态静力分析
1、5点静力分析
在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。
首先说明刨头的力的分析过程：
对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：
∈F=0 PR - G5 + PI5 =0
方向：⊥x轴 ∥y轴 ∥y轴
大小：2100 330 -m5ac
以作图法求得:
取g=10 m/s,则m5=33kg,
Pi5=-m5ac=33*0.1=-3.3N(沿y轴竖直向下)
位置5 R56 = 500 N
位置5 R45 = 1856 N

七.数据总汇并绘图
机械3班A组数据汇总
点
1
1”
2
3
4
5
6
7
8
8”
9
10
11
12
S
0
4.5
5
17
31
46
62
75
85
86
90
80
45
9
V
0
-130
-150
-220
-240
-283
-260
-220
-150
-110
0
370
845
340
a
-3200
-1900
-1900
-1200
-400
100
700
860
2000
3600
4000
9500
500
-9100
选取位移、速度、加速度比例尺分别为1mm/mm;10mm/s/mm;100mm/s^2/mm,绘制图形。
八.总结
在这几天的课程设计的过程中，让我体会到了团队合作的真正含义，个人唯有融入整个团队中才能发挥自己真正意义上的作用，从插床机构的功能设计、原理方案确定到编写和整理设计说明书，无不展示着团队的重要性，老师的指导、同学的配合与自己的努力和辛酸，造就了整个课程设计的成功，这是我们第二组共同努力的结晶。
这次课程设计锻炼了我各方面的能力。不仅限于机械原理理论知识的巩固与实践，对大一掌握的有关作图的知识点也有深层次的回顾，同时，在整理课程设计说明书时，了解了更多有关word文档的操作，例如：公式编辑器的使用等等。在这次课程设计中，我还学会了查找一些相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法。
然而，也暴露了自身的不足，例如：基本公式的不熟练，作图基本要求不连贯，机械原理基础知识掌握不牢靠等，但是通过这次实践设计，我觉得自身有了很大的提高。
当然，作为自己的第一次专业课程设计，其中肯定有太多的不足，希望在今后的设计中，能够得到改正，使自己日益成熟，专业知识日益深厚。
“功到自然成”，只有通过不断锻炼自己，才能迎接更大的挑战和机遇,我相信自己一定能够在锻炼中得到真正意义上的成长。

九.参考文献
1.《机械原理》孙恒.西北工业大学出版社
2.《机械原理》（第七版） 吴克坚 等 主编 高等教育出版社
3.《机械原理课程设计》曲继方主编，机械工业出版社
4.《机构分析与设计》华大年等主编，纺织工业出版社
5.《机械运动方案设计手册》邹慧君主编，上海交通大学出版社
6.《机械原理课程设计指导书》(5版) 裘建新主编，北京高等教育出版社
7.《机械原理课程设计》 陆凤仪主编，北京机械工业出版社
8.《机械设计基础》 杨可桢主编，高等教育出版社
9.《材料力学》 刘鸿文主编，高等教育出版社
10．《理论力学》哈尔滨工业大学理论力学教研室编，高等教育出版社