!插床機構說明書

1、 機械原理課程設計插床機構說明書 負 責 人： 廖昭洋 學 院： 機電工程學院 班 級： 機械1102班 學 號： 0806110515 日 期： 2013年 7月11日 第 35 頁設 計 目 錄1. 設計任務及原始參數(shù) .21.1插床簡介 .21.2設計任務 .21.3原始參數(shù) .32. 運動方案設計 .42.1主機構方案 .42.2齒輪傳動機構方案 .53. 電動機的選擇 .63.1電動機的型號 .63.2電動機的功率 .64.傳動比分配 .85.齒輪機構設計 .86.主機構設計 .107.主機構的運動分析 .137.1插床基本參數(shù) .137.2matlab運動分析 .148. 主機構的

2、受力分析 .219. 主機構的速度波動調節(jié) .3010. 小結 .33參考文獻1. 設計任務及原始參數(shù)1.1插床簡介工作原理插床實際是一種立式刨床，在結構原理上與牛頭刨床同屬一類。插刀隨滑枕在垂直方向上的直線往復運動是主運動，工件沿縱向橫向及圓周三個方向分別所作的間歇運動是進給運動。插床的生產效率較低，加工表面粗糙度Ra為6.3-1.6微米，加工面的垂直度為0.025/300毫米。插床的主參數(shù)是最大插削長度。特點插床用于插削平面、成型面及鍵槽等，并能插傾斜度在10范圍內的模具等工作物，適用于單個或小批量生產的企業(yè)。插床的工作臺具有三種不同方向的進給（縱向、橫向和回轉），故工作物經過一次裝夾后，

3、在本機床加工幾個表面。1.2設計任務1. 針對圖所示的插床的執(zhí)行機構方案，依據(jù)設計要求和已知參數(shù)，確定各構件的運動尺寸，繪制機構運動簡圖；2.假設曲柄1等速轉動，畫出滑塊C的位移和速度的變化規(guī)律曲線；3.在插床工作過程中，插刀所受的阻力變化曲線如圖所示，在不考慮各處摩擦、其他構件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅動力矩；4.取曲柄軸為等效構件，確定應加于曲柄軸上的飛輪轉動慣量；5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。6.圖紙上繪出最終方案的機構運動簡圖并編寫說明書。1.3原始參數(shù) 參數(shù)項目 數(shù)

4、據(jù) 曲柄轉速n（r/min） 65 行程速比系數(shù)K 1.8 插程H（mm） 150 連桿與導桿之比LO3B/LBC 0.8 工作阻力Fr(N) 3500 空程阻力Ff（N) 175 Lo2o3（mm） 150 滑塊質量m2，m5(kg) 50 桿件線密度（kg/m） 200 不均勻系數(shù) 0.052.運動方案設計2.1主機構方案（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。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

5、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

6、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。2.2齒輪傳動機構方案根據(jù)本設計傳動特點，本設計采用皮帶輪，齒輪兩級傳動傳動特點：普通V帶傳動允許的傳動比較大，結構緊湊，并且大多數(shù)V帶已經標準化，便于設計。齒輪減速器的特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，因而應用范圍很廣泛。齒輪減速器按其減速齒輪的級數(shù)可分為單級、兩級、三級和多級的；按其軸在空間分布可分為立式和臥式；按其軸運動簡圖的

7、特點展開式、同軸式和分流式等。3電動機的選擇3.1電動機的型號 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：Y90L4，額定功率N=1.5KW，額定轉速n=1400r/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 Y90L-4 額定功率 （kw） 1.5 電壓 （V） 380 額定電流 （A） 3.7 轉速 （r/min） 1400 定矩（倍） 2.3 效率（%） 79.0 功率因數(shù) （cos） 0.793.2電動機的功率（1）首先確定執(zhí)行機構的運功循環(huán)時間T，在此選取曲柄導桿機構作為插床的執(zhí)行機構。曲

8、柄旋轉一周插頭就往復運動一次即一個運動循環(huán)。因為插床機械的曲柄軸每分鐘轉速為n=65r/min，其運動時間 （31）得 （2） 根據(jù)插刀受力分析得，計算一個循環(huán)插刀需做功的大小 （32）（3） 計算所需有效功率 （33） （4） 計算傳動效率 從電機輸出，經2,4聯(lián)軸器的效率1，傳動系統(tǒng)中用了兩個聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的傳動效率為12，在經過軸承傳動，軸承都是成對使用的，此傳動系統(tǒng)中有兩對軸承，軸承的效率2，四個軸,則為24，在經過齒輪的傳動效率3，然后通過運輸帶（一般為V帶傳動）傳動，帶的效率為4則總的傳動系統(tǒng)的傳動效率為： =122434 （34）查機械設計課程設計指導書表9.1得：普通V帶傳動效

9、率，角接觸球軸承效率（兩對），圓柱齒輪傳動（8級精度、油潤滑）效率，聯(lián)軸器的傳動效率為1=0.99（5）計算電機效率，取安全系數(shù)為n=1.5 （35）（6） 檢驗電動機功率是否合適 所以所選電動機合適！4. 傳動比分配 傳動類型（單級） 傳動比i 圓柱齒輪機構（開式） 46 圓柱齒輪機構（閉式） 35 直齒圓錐齒輪機構 23 蝸輪蝸桿機構 1040 V帶傳動 24 鏈傳動 25傳動比計算： （41） 由 （42） 所以皮帶輪傳動比為3.6，齒輪傳動比為65.齒輪機構設計 齒輪基本參數(shù)： 本設計采用標準直齒輪傳動，分度圓上壓力角取標準值不跟切條件 （51）Z1=20，Z2=120，根據(jù)齒輪受力選

10、取模數(shù)m=4mm（注：下列尺寸單位為mm）齒頂高系數(shù)： 齒根高系數(shù)： 分度圓直徑； （52） 基圓直徑； （53） 齒頂高： （54） 齒根高： （55） 齒頂圓直徑： （56） 齒根圓直徑； （57） 齒距： （58）基圓齒距： （59）6. 主機構設計 根據(jù)草圖確定各構件的運動該尺寸，繪制機構簡圖 已知條件有： K=1.8，則計算的極位夾角，插程H=150mm ，連桿與導桿之比LO3B/LBC =0.8 L0203=150mm （1） 確定曲柄O2A長度，如圖為兩極位，則有 （61）(2)確定BO3與BC長度因為BB與CC平行，CB=CB,所以BB=150mm所以有 （62）又已知LO3B

11、/LBC =0.8，BC=216.07mm（3）確定Y軸到O3點的距離為保證最大壓力角最小，經檢驗，Y軸設置在B點最遠與最近點的中點為最佳如圖， （63）（4） 主機構尺寸匯總及機構簡圖繪制 插程H=150mm ， L0203=150mm 3桿最大長度為BO3+Lo2o3+O2A=387.95mm 所以令L3=400mm簡圖繪制7. 主機構的運動分析7.1插床基本參數(shù)插床刨床運動分析軟件輸入設計參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 行程速比系數(shù) K 1.8 插 刀 行 程 H(mm) 150 曲柄長度 65.1 連桿長度 172.85 導路距離 164.3 138.28 曲柄角速度(rad/s) 6.8 曲柄角加

12、速度(rad/s2) 07.2matlab運動分析假設曲柄1等速轉動，畫出滑塊C的位移和速度的變化規(guī)律曲線；計算圖如下：由矢量閉合得出如下方程：（下面L3=LBO3，S3=SO3A）分別投影得出如下方程：矩陣的方式表示：速度矩陣加速度矩陣根據(jù)矩陣，編寫matlab程序如下：clear all;clc;w1=6.8;l1=0.065;l3=0.1729;l6=0.15;l61=0.1643;l4=0.138;for m=1:3601o1(m)=pi*(m-1)/1800;o3(m)=atan(l1*sin(o1(m)/(l6+l1*cos(o1(m);s3(m)=(l1*cos(o1(m)+l6

13、)/cos(o3(m);o4(m)=acos(-l61+l3*cos(o3(m)/l4);se(m)=-l3*sin(o3(m)+l4*sin(o4(m);if o1(m)=0 o3(m)=0; s3(m)=l1+l6; endif o1(m)=pi o3(m)=0; s3(m)=l6-l1; endA1=cos(o3(m),-s3(m)*sin(o3(m),0,0;sin(o3(m),s3(m)*cos(o3(m),0,0;0,-l3*sin(o3(m),l4*sin(o4(m),0;0,-l3*cos(o3(m),l4*cos(o4(m),-1;B1=w1*-l1*sin(o1(m);l1

14、*cos(o1(m);0;0;D1=A1B1;E1(:,m)=D1;ds(m)=D1(1);w3(m)=D1(2);w4(m)=D1(3);ve(m)=D1(4);A2=cos(o3(m),-s3(m)*sin(o3(m),0,0;sin(o3(m),s3(m)*cos(o3(m),0,0;0,-l3*sin(o3(m),l4*sin(o4(m),0;0,-l3*cos(o3(m),l4*cos(o4(m),-1;B2=-w3(m)*sin(o3(m),(-ds(m)*sin(o3(m)-s3(m)*w3(m)*cos(o3(m),0,0;w3(m)*cos(o3(m),(ds(m)*cos(

15、o3(m)-s3(m)*w3(m)*sin(o3(m),0,0;0,-l3*w3(m)*cos(o3(m),l4*w4(m)*cos(o4(m),0;0,l3*w3(m)*sin(o3(m),-l4*w4(m)*sin(o4(m),-1*ds(m);w3(m);w4(m);ve(m);C2=w1*-l1*w1*cos(o1(m);-l1*w1*sin(o1(m);0;0;B=B2+C2;D2=A2B;E2(:,m)=D2;dds(m)=D2(1);a3(m)=D2(2);a4(m)=D2(3);ae(m)=D2(4);end;o11=o1*180/pi;y=o3*180/pi;o4*180/p

16、i;w=w3;w4;a=a3;a4;figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11, se); axis equal;title(位置線圖);xlabel(ittheta1);ylabel(ittheta3,theta4,Se);subplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title(速度線圖);xlabel(ittheta1);ylabel(itomega3,omega4,Ve);subplot(212);h3=plotyy(o11,a,o11,ae); title(加速度線圖);xlabel(ittheta1);ylabel(i

17、talpha3,alpha4,alphaE);F=o11;o3./pi*180;o4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae;G=F(1:100:3601,:)運行得到圖像如下 下圖中紅線（中間）表示插刀運動，綠線（最上）表示4桿BC的運動，藍線（最下）表示3桿BO3運動得出數(shù)據(jù)如下 0 0 86.4271 0.1377 2.0558 0 -0.3555 10.0000 3.0190 86.5269 0.1286 2.0471 0.1353 -0.3523 20.0000 6.0123 86.8226 0.1197 2.0207 0.2656 -0.3454 30.0000

18、8.9530 87.3030 0.1109 1.9753 0.3856 -0.3349 40.0000 11.8116 87.9490 0.1025 1.9086 0.4898 -0.3206 50.0000 14.5546 88.7330 0.0945 1.8173 0.5723 -0.3024 60.0000 17.1422 89.6184 0.0870 1.6965 0.6265 -0.2797 70.0000 19.5265 90.5580 0.0802 1.5394 0.6447 -0.2517 80.0000 21.6474 91.4925 0.0742 1.3365 0.6179

19、 -0.2170 90.0000 23.4287 92.3484 0.0691 1.0750 0.5360 -0.1736100.0000 24.7721 93.0364 0.0654 0.7377 0.3878 -0.1186110.0000 25.5502 93.4516 0.0632 0.3019 0.1634 -0.0484120.0000 25.5981 93.4775 0.0630 -0.2604 -0.1412 0.0418130.0000 24.7078 93.0027 0.0655 -0.9786 -0.5132 0.1574140.0000 22.6336 91.9584

20、0.0714 -1.8714 -0.9029 0.3029150.0000 19.1276 90.3926 0.0813 -2.9161 -1.1972 0.4775160.0000 14.0370 88.5728 0.0960 -3.9961 -1.2148 0.6661170.0000 7.4782 87.0386 0.1153 -4.8613 -0.7938 0.8277180.0000 0 86.4271 0.1377 -5.2000 0 0.8991190.0000 -7.4782 87.0386 0.1603 -4.8613 0.7938 0.8390200.0000 -14.03

21、70 88.5728 0.1799 -3.9961 1.2148 0.6745210.0000 -19.1276 90.3926 0.1947 -2.9161 1.1972 0.4752220.0000 -22.6336 91.9584 0.2045 -1.8714 0.9029 0.2944230.0000 -24.7078 93.0027 0.2101 -0.9786 0.5132 0.1500240.0000 -25.5981 93.4775 0.2124 -0.2604 0.1412 0.0394250.0000 -25.5502 93.4516 0.2123 0.3019 -0.16

22、34 -0.0457260.0000 -24.7721 93.0364 0.2103 0.7377 -0.3878 -0.1130270.0000 -23.4287 92.3484 0.2066 1.0750 -0.5360 -0.1675280.0000 -21.6474 91.4925 0.2017 1.3365 -0.6179 -0.2126290.0000 -19.5265 90.5580 0.1958 1.5394 -0.6447 -0.2500300.0000 -17.1422 89.6184 0.1890 1.6965 -0.6265 -0.2809310.0000 -14.55

23、46 88.7330 0.1814 1.8173 -0.5723 -0.3059320.0000 -11.8116 87.9490 0.1733 1.9086 -0.4898 -0.3254330.0000 -8.9530 87.3030 0.1648 1.9753 -0.3856 -0.3399340.0000 -6.0123 86.8226 0.1559 2.0207 -0.2656 -0.3495350.0000 -3.0190 86.5269 0.1469 2.0471 -0.1353 -0.3546360.0000 -0.0000 86.4271 0.1377 2.0558 -0.0

24、000 -0.3555 （續(xù)上表） 0 5.3055 0.4011 -0.6782 5.2071 0.5486 -1.3885 4.9093 0.6860 -2.1658 4.4046 0.8179 -3.0510 3.6788 0.9510 -4.0949 2.7092 1.0943 -5.3631 1.4627 1.2597 -6.9425 -0.1052 1.4628 -8.9490 -2.0468 1.7238 -11.5357 -4.4100 2.0684 -14.8961 -7.2032 2.5285 -19.2484 -10.3155 3.1399 -24.7623 -13.35

25、11 3.9335 -31.3422 -15.3312 4.9093 -38.1181 -14.3096 5.9682 -42.5677 -7.3999 6.7671 -39.9273 7.2423 6.5222 -25.2912 25.2336 4.1328 -0.0000 33.9444 -0.6072 25.2912 25.2336 -5.6134 39.9273 7.2423 -8.2201 42.5677 -7.3999 -8.1014 38.1181 -14.3096 -6.6554 31.3422 -15.3312 -5.0676 24.7623 -13.3511 -3.7966

26、 19.2484 -10.3155 -2.8816 14.8961 -7.2032 -2.2331 11.5357 -4.4100 -1.7567 8.9490 -2.0468 -1.3848 6.9425 -0.1052 -1.0755 5.3631 1.4627 -0.8047 4.0949 2.7092 -0.5598 3.0510 3.6788 -0.3348 2.1658 4.4046 -0.1269 1.3885 4.9093 0.0646 0.6782 5.2071 0.24030.0000 5.3055 0.40118. 主機構的受力分析基本數(shù)據(jù)： 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 插

27、刀 行 程 H(mm) 150 m1(kg) 13.2 曲柄長度 65.1 m2 (kg) 50 連桿長度 172.85 m3(kg) 80 導路距離 164.3 m4(kg) 27.7 138.28 m5(kg) 50 L3 (mm) 400取滑塊5與插刀受力點距離為40mm，設質量集中在距插刀20mm處。 選取曲柄在7，9，12三點時作受力分析9點受力分析如下： 0 0 86.4271 0 5.3055 0.40118-2圖，對B點取矩 (8-1) (8-2) (8-3) (8-4) (8-5) 8-3圖，對O3點取矩d=27.15mm (8-6) (8-7) 8-4圖，對O2 取矩 (8

28、-8) 曲柄在12點時受力分析如下： 90.0000 23.4287 92.3484 -11.5357 -4.4100 2.06848-6圖，對B點取矩 (8-9) (8-10) (8-11) (8-12) (8-13)8-7圖，對O3點取矩 d=27.15mm (8-14) (8-15)8-8圖，對O2 取矩 (8-16) 7點受力分析如下 300.0000 -17.1422 89.6184 5.3631 1.4627 -0.80478-10圖，對B點取矩 (8-17) (8-18) (8-19) (8-20) (8-21)8-11圖，對O3點取矩 d=27.15mm (8-22) (8-2

29、3) (8-24)8-12圖，對O2 取矩 (8-25) (8-26)9. 主機構的速度波動調節(jié)（1）取曲柄AB為等效構件，根據(jù)機構位置和切削阻力Fr確定一個運動循環(huán)中的等效阻力矩Mr（）。 (9-1) （2）列出Mr（）值表格，并畫出梯形圖時F阻=Fr，時F阻=Fr v5 (m/s) 0 -0.3555 182.80 -95.30 10 -0.3523 181.15 -93.65 20 -0.3454 176.00 -88.50 30 -0.3349 170.65 -83.15 40 -0.3206 163.37 -75.87 50 -0.3024 154.09 -66.59 60 -0.2

30、797 142.53 -55.03 70 -0.2517 130.50 -43.00 80 -0.2170 112.51 -25.01 90 -0.1736 90.00 -2.50 100 -0.1186 61.49 26.01 110 -0.0484 1.24 86.26 120 0.0418 1.07 86.43 130 0.1574 4.05 83.45 140 0.3029 7.79 79.71 150 0.4775 12.28 75.22 160 0.6661 17.13 70.37 170 0.8277 21.28 66.22 180 0.8991 23.12 64.38 190 0.8390 21.57 65.93 200 0.6745 17.34 70.16 210 0.4752 12.22 75.2