插床設計計算說明書

1、 第 24 頁 機械原理課程設計設計計算說明書設計題目 學院 專業(yè) 級 班學生姓名 完成日期 指導教師 （簽字）重慶大學國家工科機械基礎教學基地設 計 任 務 書1.1 設計題目插床1.2 插床簡介 插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金屬切削機床，多用于單件或小批量生產。 為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構件插刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往復直線移動，且切削時插刀的移動速度低于空行程速度，即插刀具有急回現(xiàn)象；安裝工件的工作臺應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作臺還應具有升降功能，以適應不同高度的工件加工。1.3 設計要求及

2、設計參數(shù)設計要求：要求主執(zhí)行機構工作行程切削平穩(wěn)、壓力角較小。進給機構壓力角不超過許用值。 設計參數(shù)如下所示： 主執(zhí)行機構機構名稱曲柄轉速n1機架LAC刨刀行程H行程速比系數(shù)K連桿與導桿之比LDE/LCD工作阻力F(N)導桿質量m3(kg)導桿轉動慣量JS3(kgm2)滑塊質量m5(kg)數(shù)據(jù)45152.1141201.80.559000281.250進給機構機構名稱從動件最大擺角y凸輪從動件桿長(mm)推程許用壓力角a推程回程許用壓力角a回程滾子半徑rr(mm)刀具半徑rc(mm)數(shù)據(jù)1014040°50°150.081.4 設計任務1）完成各執(zhí)行機構的選型與設計計算，選

3、擇原動機，擬定機械傳動方案，確定各級傳動比，畫出機構運動簡圖及機械系統(tǒng)傳動方案設計圖；2）按工藝要求進行執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調設計，畫出執(zhí)行機構的工作循環(huán)圖；3）對主執(zhí)行機構用解析法進行運動分析，用相對運動圖解法對其中的一個位置加以驗證，并根據(jù)計算機計算結果畫出插刀位移線圖，速度線圖和加速度線圖；4）用圖解法對主執(zhí)行機構的一個位置進行動態(tài)靜力分析；5）用解析法對控制工作臺橫向進給的凸輪機構進行運動分析；6）用圖解法繪制控制工作臺橫向進給的凸輪機構的位移曲線及凸輪輪廓曲線；7）根據(jù)機電液一體化策略和現(xiàn)代控制（包括計算機控制）理論，大膽提出一種或一種以上與該機現(xiàn)有傳統(tǒng)設計不同的創(chuàng)新設計方案。設 計 目 錄一

4、：主執(zhí)行機構方案的選擇 51、執(zhí)行機構方案的選擇、分析與評價 52、原動機的選擇 53、擬定傳動系統(tǒng)方案 6二：主執(zhí)行機構設計與分析 71、插床機械設計參數(shù)以及相關參數(shù)計算 72、插床軟件分析 9三：主執(zhí)行機構運動分析 101、主執(zhí)行機構速度分析 102、主執(zhí)行機構加速度分析 113、主執(zhí)行機構受力分析 12四、凸輪機構設計與分析 151、凸輪機構相關參數(shù)的確定 152、凸輪基本參數(shù)設置 17心得與體會 21參考文獻 22設計計算與說明計算結果一：主執(zhí)行機構方案的選擇1、執(zhí)行機構方案的選擇、分析與評價（1）運動是否具有確定的運動該機構中構件n=5。在各個構件構成的的運動副中Pl=7,Ph=0。

5、機構中存在虛約束，改善了機構的受力狀況，提高運動的可靠性。由以上條件可知：機構的自由度F=3n-2Pl-Ph=1。機構的原動件是曲柄，原動件的個數(shù)等于機構的自由度，所以機構具有確定的運動。（2）機構傳動功能的實現(xiàn)在原動件曲柄1帶滑塊2的作用下，搖桿3在一定的角度范圍內擺動。通過搖桿桿3帶動連桿4運動，從而實現(xiàn)刨刀的往復運動。（3）主傳動機構的工作性能曲柄1 的角速度恒定，通過滑塊2帶動搖桿3擺動，連桿4也隨著桿3的擺動不斷的改變角度，使刨刀的速度變化減緩，速度趨于勻速；在機構的回程時，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用都比較小，因此，機構在傳動時可以實現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返程的速度較高的急

6、回運動。（4）機構的傳力性能 該機構在設計上不存在影響機構運轉的死點，機構在運轉過程中不會因為機構本身的問題而突然停下。 （5） 機構的動力性能分析。由于原動件曲柄具有運動穩(wěn)定平衡性，在運轉過程中，不會引起整個機構的震動，保證整個機構的壽命。（6） 機構的合理性此機構使用六連桿機構，設計簡單，維修，檢測都很方便。（7） 機構的經濟性該機構使用的連桿都不是精密的結構，不需要特別的加工工藝，也不需要特別的材料來制作，也不需要滿足特別的工作環(huán)境，所以該機構具有好的經濟效益，制作方便，實用。2、原動機的選擇根據(jù)上述的設計參數(shù)數(shù)據(jù)以及插床自身工作特點，選擇合適的原動機使得在通過它來傳遞動力或改變運動形式

7、、參數(shù)。原動機的機械特性以及各項性能與機械執(zhí)行系統(tǒng)的負載特征和工作要求的匹配，在很大程度上決定了整個機械系統(tǒng)的工作性能和機構特征。根據(jù)本機構設計的特點，參考機構運動簡圖以及傳動特征，參照原動機選擇的要求，根據(jù)題目所給插床的數(shù)據(jù)分析，驅動電動機暫時采用：Y180L-6,額定功率N=22KW，額定轉速n=970r/min，設計參數(shù)如表所示。Y系列三相異步電動機型號規(guī)格Y180L-6極數(shù)6額定功率 （kw）15轉速 （r/min）970電壓 （V） 380額定電流 （A）6.5效率 （%）89.5功率因數(shù) （cos） 0.81重量 （kg）200最大長、寬、高（mm）710x465x4303、擬定傳

8、動系統(tǒng)方案根據(jù)上述電動機選擇Y180L-6,額定轉速960r/min由題意得，假設插床每分鐘的往復次數(shù)為1575次，6檔，即轉速級數(shù)Z=6由于本傳動系統(tǒng)的最大傳動比所以帶傳動的速比為8，齒輪傳動的速比為也為8。公比則插床插刀各檔的速度為：75、54、39、29、21、15。由假設得：電動機的轉速采用970轉/分。根據(jù)機構的選擇，按已選定的兩個執(zhí)行機構形式和機械的傳動系統(tǒng)畫出機械運動方案簡圖。一個導桿插削機構和皮帶傳動機構，工作臺的不完全齒輪間歇旋轉機構。1）確定變速組數(shù)目和變速組排列方式由于轉速級數(shù)Z=6，故取兩個變速組，根據(jù)各變速組，根據(jù)各變速組中傳動副數(shù)目應遵循前多后少的原則，選擇: 即前

9、面用一個三聯(lián)齒輪，后面用一個雙聯(lián)齒輪。2）確定基本組和擴大組根據(jù)前緊后松的原則，選擇6=31·23方案，即第一變速組為基本組，其三檔傳動比在轉速圖上相差一格；第二變速組為擴大組，兩檔傳動比在轉速圖上相差三格。3）確定是否增加定傳動比降速級由于本傳動系統(tǒng)的最大傳動比為減小二級變速組的傳動比，考慮到主執(zhí)行機構中的主動件必須與大齒輪固聯(lián)，且驅動它的小齒輪不能做成滑動齒輪，故這一對齒輪的傳動比固定。通過類比，選定為4。設增加一級V帶傳動，傳動比選定為4.2，則二級變速組的最大傳動比為：4)分配速比由上述計算知，變速組的最大傳動比為3.811.44，設取第一變速組、第二變速組的最大傳動比均為1

10、.4×1.4=1.96，則第一變速組的三個傳動比分別為：1.96、1.4和1；第二變速組的二個傳動比為1.96和0.714。二：主執(zhí)行機構設計與分析1：插床機械設計參數(shù)以及相關參數(shù)計算曲柄轉速曲柄長度插刀行程行程速度比系數(shù)連桿與導桿之比力臂工作阻力導桿3的質量D d導桿3的轉動慣量滑塊5的質量一、插床導桿機構的綜合1、計算極位夾角 、曲柄角速度、曲柄角加速度2、求導桿長度、連桿長度、中心距根據(jù)插床機構結構示意圖，由幾何條件可得因為，3、求弓形高、導路距離2：插床軟件分析插床刨床運動分析軟件輸入設計參數(shù)行程速比系數(shù) K=1.8 插 刀 行 程 H=120mm曲柄長度 LAB=66mm

11、連桿長度 LDE =76.05mm導路距離 Le =283.55mm 曲柄角速度 =4.71rad/s曲柄角加速度=0rad/s2插床刨床運動分析軟輸出計算參數(shù) 極位夾角 =51.429° 導桿長 LCD=138.286mm中心距 LAC=152.114mm 弓 形 高 b =13.695mm機架長 Le=283.553mm 最大壓力角 max=5.166°插床機構結構示意插刀運動線圖插刀最大切削速度 V1max=0.197m/s 刨刀最大回程速度 V2max=0.499m/s插刀最大切削加速度 a1max=1.364m/s*s 刨刀最大加速度 a2max=3.061m/s

12、*s三：主執(zhí)行機構運動分析已知：曲柄的轉速n=45 rad/min ，滑塊質量為50kg，導桿的質量為28kg，其質心轉動慣量為1.2 kg·，力臂d=110mm，工作阻力F=9000N。此時，曲柄AB與中心距LAC的夾角為45°，即與垂直于曲柄AB方向的夾角為45°。（1）主執(zhí)行機構速度分析. 方向 方向 大小 ？ ？ 大小 已知 ？ ？曲柄轉至當前角度對應的滑塊速度： （2）主執(zhí)行機構加速度分析方向 ？ /Lbc大小 ？ ? ? 方向 大小 已知 ? ?曲柄轉至當前角度對應的滑塊加速度：（3）主執(zhí)行機構受力分析曲柄力矩平衡圖；構件45示力圖：構件2-3示力圖：

13、 對構件45：大小 已知 已知 已知 ？ ？方向 已知 已知 ？ ?對構件45單獨的封閉力多邊形可確定、大小對構件2-3：大小 已知 已知 ? 已知 ？方向 已知 已知 已知 ?以垂直于DCB桿建坐標系：=0 聯(lián)立方程組推出：其中、可以不用求，利用力多邊形封閉性可直接求出=13650.26N. 四、凸輪機構設計與分析1、凸輪機構相關參數(shù)的確定已知： 從動件的最大擺角，許用壓力角，從動件長度,從動件運動規(guī)律為等加速等減速運動，凸輪與曲柄共軸，數(shù)據(jù)如表1所示。表1 插床設計參數(shù)題號10主執(zhí)行機構曲柄轉速n145曲柄LAB66插刀行程H120行程速比系數(shù)K1.8連桿與導桿之比LDE/LCD0.55力

14、臂d(mm)110工作阻力F(N)9000導桿質量m3(kg)28導桿轉動慣量JS3(kgm2)1.2滑塊質量m5(kg)50進給機構從動件最大擺角y10°凸輪從動件桿長(mm)140推程許用壓力角a推程40°回程許用壓力角a回程50°滾子半徑rr(mm)15刀具半徑rc(mm)0.08要求： 按許用壓力角確定凸輪機構的基本尺寸，求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑，選取滾子半徑，繪制凸輪實際廓線。以上內容作在3號圖紙上（參考圖例5）。整理說明書。插刀阻力曲線如圖3所示。0.05H0.05HHSFmaxF圖3刨刀阻力曲線根據(jù)已知值，以及給定的基圓建議值，在A3圖紙上

15、確定圓心O2位置。做出基圓，再根據(jù)滾子半徑做出理論曲線。取一點為B點，由O2B=95mm，從動件桿長O1B=140mm，通過幾何做法找到O1點。連接O1O2，測得長度為160mm為中心距。由于由于插刀在切入、退出工件時均有0.05H的空載行程，所以實際凸輪推程角應為除去空載行程后的擺角，我們計算得推程角。在此之后為了方便設計與分析，將推程角設，將回程角設為與推程角相等的度數(shù)，遠停角大小為10°。將以上的數(shù)據(jù)全部帶入擺動從動件凸輪機構設計軟件，計算得結果：擺動從動件盤形凸輪機構設計基本參數(shù)見附表1.根據(jù)計算結果德數(shù)值，求得各個坐標點距圓心的距離。以O2B為基線順時針每轉5°確

16、定一個坐標點。分別以這些點為圓心做出滾子的圓，用光滑的曲線連接各個點，得到實際凸輪輪廓線，再連接滾子圓的外切點，得到理論輪廓線。接著，根據(jù)軟件中的要求，即每5°一個單位，做出116各個軌跡點與O1的旋轉運動曲線。根據(jù)計算結果中的轉角°和 角位移°兩項在A3圖紙右邊做出從動件位移線圖。連接個點做出光滑曲線。由給定數(shù)據(jù)的K值算出極位夾角大小為51.429°。由于插刀在切入、退出工件時均有0.05H的空載行程，最后做出相應的插刀工作行程圖。2、凸輪基本參數(shù)設置基圓半徑 rb=80 mm 3.運動規(guī)律參數(shù)滾子半徑 rt=15 mm 最大擺角 =10°中

17、心距 a=160 mm 推程角 1=50°擺桿長 L=140 mm 遠停角 2=10° 凸輪轉速 n=45 rpm 回程角 3=50°刀具半徑 rc=0.08 mm 近停角 4=250.000°2.運動規(guī)律選擇: 初始角 0=29.995°推程運動規(guī)律:正弦加速度 4.包絡類型:內包絡回程運動規(guī)律:余弦加速度 5.設計方向:正向 凸輪理論廓線與滾子包絡線 凸輪輪廓曲線與刀具中心軌跡從動件運動規(guī)律曲線max=5.166°s G5=500NR34=8522.67NR65=342.56NG3=280N=13650.26Nrb=80 mma=

18、160 mm 推程角 1=50遠停角 2=10回程角 3=50近停角 4=250.000初始角0=29.995心得與體會十幾天的機械原理課程設計結束了，在這次實踐的過程中學到了一些除技能以外的其他東西,領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質,更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化. 在社會這樣一個大群體里面,溝通自然是為人處世的基本,如何協(xié)調彼此的關系值得我們去深思和體會.在實習設計當中依靠與被依靠對我的觸及很大,小組里的人都很有責任感,付出了最大的努力,盡最大的努力去解決自己任務里所遇到的問題.最終我們能完成于這種態(tài)度十分

19、不開的。生活中的點點滴滴成功失敗都是這樣的吧與我們對待事情的態(tài)度相關。在這種相互協(xié)調合作的過程中,口角的斗爭在所難免,關鍵是我們如何的處理遇到的分歧,而不是一味的計較和埋怨.這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調當中,生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力,面對分歧大家要消除誤解,相互理解,增進了解,達到諒解.也許很多問題沒有想象中的那么復雜,關鍵還是看我們的心態(tài),那種處理和解決分歧的心態(tài),因為畢竟我們的出發(fā)點都是很好的. 課程設計也是一種學習同事優(yōu)秀品質的過程,比如我組的張星紅同學,人家的確有種耐得住寂寞的心態(tài).所以他在學習上取得了很多傲人的成績,但是我所贊賞的還是他追求的過程,當遇到問題的時候,那種斟酌的態(tài)