插床机构说明书.doc

机械原理课程设计插床机构说明书 负 责 人： 廖昭洋 学 院： 机电工程学院 班 级： 机械1102班 学 号： 0806110515 日 期： 2013年 7月11日 第 35 页设 计 目 录1. 设计任务及原始参数 .21.1插床简介 .21.2设计任务 .21.3原始参数 .32. 运动方案设计 .42.1主机构方案 .42.2齿轮传动机构方案 .53. 电动机的选择 .63.1电动机的型号 .63.2电动机的功率 .64.传动比分配 .85.齿轮机构设计 .86.主机构设计 .107.主机构的运动分析 .137.1插床基本参数 .137.2matlab运动分析 .148. 主机构的受力分析 .219. 主机构的速度波动调节 .3010. 小结 .33参考文献1. 设计任务及原始参数1.1插床简介工作原理插床实际是一种立式刨床，在结构原理上与牛头刨床同属一类。插刀随滑枕在垂直方向上的直线往复运动是主运动，工件沿纵向横向及圆周三个方向分别所作的间歇运动是进给运动。插床的生产效率较低，加工表面粗糙度Ra为6.3-1.6微米，加工面的垂直度为0.025/300毫米。插床的主参数是最大插削长度。特点插床用于插削平面、成型面及键槽等，并能插倾斜度在10范围内的模具等工作物，适用于单个或小批量生产的企业。插床的工作台具有三种不同方向的进给（纵向、横向和回转），故工作物经过一次装夹后，在本机床加工几个表面。1.2设计任务1. 针对图所示的插床的执行机构方案，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；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.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；5.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。6.图纸上绘出最终方案的机构运动简图并编写说明书。1.3原始参数 参数项目 数据 曲柄转速n（r/min） 65 行程速比系数K 1.8 插程H（mm） 150 连杆与导杆之比LO3B/LBC 0.8 工作阻力Fr(N) 3500 空程阻力Ff（N) 175 Lo2o3（mm） 150 滑块质量m2，m5(kg) 50 杆件线密度（kg/m） 200 不均匀系数 0.052.运动方案设计2.1主机构方案（1）运动是否具有确定的运动 该机构中构件n=5。在各个构件构成的的运动副中Pl=7,Ph=0。由以上条件可知：机构的自由度F=3n-2Pl-Ph=1。机构的原动件是曲柄，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。（2）机构传动功能的实现 在原动件曲柄1带滑块2的作用下，摇杆3在一定的角度范围内摆动。通过摇杆杆3带动连杆4运动，从而实现刨刀的往复运动。（3）主传动机构的工作性能 曲柄1 的角速度恒定，通过滑块2带动摇杆3摆动，连杆4也随着杆3的摆动不断的改变角度，使刨刀的速度变化减缓，速度趋于匀速；在机构的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。（4）机构的传力性能 该机构在设计上不存在影响机构运转的死点，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。（5）机构的动力性能分析。 由于原动件曲柄具有运动稳定平衡性，在运转过程中，不会引起整个机构的震动，保证整个机构的寿命。（6）机构的合理性 此机构使用六连杆机构，设计简单，维修，检测都很方便。（7）机构的经济性 该机构使用的连杆都不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。2.2齿轮传动机构方案根据本设计传动特点，本设计采用皮带轮，齿轮两级传动传动特点：普通V带传动允许的传动比较大，结构紧凑，并且大多数V带已经标准化，便于设计。齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用范围很广泛。齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间分布可分为立式和卧式；按其轴运动简图的特点展开式、同轴式和分流式等。3电动机的选择3.1电动机的型号 根据本机构设计的特点，参考机构运动简图以及传动特征，参照原动机选择的要求，根据题目所给插床的数据分析，驱动电动机暂时采用：Y90L4，额定功率N=1.5KW，额定转速n=1400r/min，设计参数如表所示。 Y系列三相异步电动机 型号规格 Y90L-4 额定功率 （kw） 1.5 电压 （V） 380 额定电流 （A） 3.7 转速 （r/min） 1400 定矩（倍） 2.3 效率（%） 79.0 功率因数 （cos） 0.793.2电动机的功率（1）首先确定执行机构的运功循环时间T，在此选取曲柄导杆机构作为插床的执行机构。曲柄旋转一周插头就往复运动一次即一个运动循环。因为插床机械的曲柄轴每分钟转速为n=65r/min，其运动时间 （31）得 （2） 根据插刀受力分析得，计算一个循环插刀需做功的大小 （32）（3） 计算所需有效功率 （33） （4） 计算传动效率 从电机输出，经2,4联轴器的效率1，传动系统中用了两个联轴器，联轴器的传动效率为12，在经过轴承传动，轴承都是成对使用的，此传动系统中有两对轴承，轴承的效率2，四个轴,则为24，在经过齿轮的传动效率3，然后通过运输带（一般为V带传动）传动，带的效率为4则总的传动系统的传动效率为： =122434 （34）查机械设计课程设计指导书表9.1得：普通V带传动效率，角接触球轴承效率（两对），圆柱齿轮传动（8级精度、油润滑）效率，联轴器的传动效率为1=0.99（5）计算电机效率，取安全系数为n=1.5 （35）（6） 检验电动机功率是否合适 所以所选电动机合适！4. 传动比分配 传动类型（单级） 传动比i 圆柱齿轮机构（开式） 46 圆柱齿轮机构（闭式） 35 直齿圆锥齿轮机构 23 蜗轮蜗杆机构 1040 V带传动 24 链传动 25传动比计算： （41） 由 （42） 所以皮带轮传动比为3.6，齿轮传动比为65.齿轮机构设计 齿轮基本参数： 本设计采用标准直齿轮传动，分度圆上压力角取标准值不跟切条件 （51）Z1=20，Z2=120，根据齿轮受力选取模数m=4mm（注：下列尺寸单位为mm）齿顶高系数： 齿根高系数： 分度圆直径； （52） 基圆直径； （53） 齿顶高： （54） 齿根高： （55） 齿顶圆直径： （56） 齿根圆直径； （57） 齿距： （58）基圆齿距： （59）6. 主机构设计 根据草图确定各构件的运动该尺寸，绘制机构简图 已知条件有： K=1.8，则计算的极位夹角，插程H=150mm ，连杆与导杆之比LO3B/LBC =0.8 L0203=150mm （1） 确定曲柄O2A长度，如图为两极位，则有 （61）(2)确定BO3与BC长度因为BB与CC平行，CB=CB,所以BB=150mm所以有 （62）又已知LO3B/LBC =0.8，BC=216.07mm（3）确定Y轴到O3点的距离为保证最大压力角最小，经检验，Y轴设置在B点最远与最近点的中点为最佳如图， （63）（4） 主机构尺寸汇总及机构简图绘制 插程H=150mm ， L0203=150mm 3杆最大长度为BO3+Lo2o3+O2A=387.95mm 所以令L3=400mm简图绘制7. 主机构的运动分析7.1插床基本参数插床刨床运动分析软件输入设计参数 参数 数值 行程速比系数 K 1.8 插 刀 行 程 H(mm) 150 曲柄长度 65.1 连杆长度 172.85 导路距离 164.3 138.28 曲柄角速度(rad/s) 6.8 曲柄角加速度(rad/s2) 07.2matlab运动分析假设曲柄1等速转动，画出滑块C的位移和速度的变化规律曲线；计算图如下：由矢量闭合得出如下方程：（下面L3=LBO3，S3=SO3A）分别投影得出如下方程：矩阵的方式表示：速度矩阵加速度矩阵根据矩阵，编写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)/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*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(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/pi;w=w3;w4;a=a3;a4;figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11, se); axis equal;title(位置线图);xlabel(ittheta1);ylabel(ittheta3,theta4,Se);subplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title(速度线图);xlabel(ittheta1);ylabel(itomega3,omega4,Ve);subplot(212);h3=plotyy(o11,a,o11,ae); title(加速度线图);xlabel(ittheta1);ylabel(italpha3,alpha4,alphaE);F=o11;o3./pi*180;o4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae;G=F(1:100:3601,:)运行得到图像如下 下图中红线（中间）表示插刀运动，绿线（最上）表示4杆BC的运动，蓝线（最下）表示3杆BO3运动得出数据如下 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 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 -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 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 -14.0370 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 -0.1634 -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 -14.5546 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 -0.0000 -0.3555 （续上表） 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 -13.3511 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 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. 主机构的受力分析基本数据： 参数 数值 参数 数值 插 刀 行 程 H(mm) 150 m1(kg) 13.2 曲柄长度 65.1 m2 (kg) 50 连杆长度 172.85 m3(kg) 80 导路距离 164.3 m4(kg) 27.7 138.28 m5(kg) 50 L3 (mm) 400取滑块5与插刀受力点距离为40mm，设质量集中在距插刀20mm处。 选取曲柄在7，9，12三点时作受力分析9点受力分析如下： 0 0 86.4271 0 5.3055 0.40118-2图，对B点取矩 (8-1) (8-2) (8-3) (8-4) (8-5) 8-3图，对O3点取矩d=27.15mm (8-6) (8-7) 8-4图，对O2 取矩 (8-8) 曲柄在12点时受力分析如下： 90.0000 23.4287 92.3484 -11.5357 -4.4100 2.06848-6图，对B点取矩 (8-9) (8-10) (8-11) (8-12) (8-13)8-7图，对O3点取矩 d=27.15mm (8-14) (8-15)8-8图，对O2 取矩 (8-16) 7点受力分析如下 300.0000 -17.1422 89.6184 5.3631 1.4627 -0.80478-10图，对B点取矩 (8-17) (8-18) (8-19) (8-20) (8-21)8-11图，对O3点取矩 d=27.15mm (8-22) (8-23) (8-24)8-12图，对O2 取矩 (8-25) (8-26)9. 主机构的速度波动调节（1）取曲柄AB为等效构件，根据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循环中的等效阻力矩Mr（）。 (9-1) （2）列出Mr（）值表格，并画出梯形图时F阻=Fr，时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 -0.2797 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 75.28 220 0.2944 7.57 79.93 230 0.1500 3.86 83.64 240 0.0394 1.01 86.49 250 -0.0457 1.17 86.33 260 -0.1130 58.1 29.40 270 -0.1675 86.13 1.37 280 -0.2126 109.32 -21.82 290 -0.2500 128.55 -41.05 300 -0.2809 144.44 -56.94 310 -0.3059 157.29 -69.79 320 -0.3254 167.32 -79.82 330 -0.3399 174.77 -87.27 340 -0.3495 179.71 -92.21 350 -0.3546 182.33 -94.83 根据M（）数值画出梯形图如下： （3）计算曲柄处于各个位置时Mr（）的功。驱动力矩可视为常数，确定等效驱动力矩Md。 W1=273.38J，W2=33.98J，W3=242.45J (9-2) (9-3) （4） 根据力矩图求动能的增量 E1=-109.71J E2=212.33J E3=-101.90J最大盈亏功 (9-4) (5)设飞轮安装在等效构件同一轴上，计算飞轮转动惯量JF。 （9-5） 10.小结 机械设计是机电类专业的主要课程之一，它要求我们能结合课本的学习，综合运用所学的基础和技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件，去设计合用的零部件及简单的机械，起到从基础课程到专业课程承先启后的桥梁作用，有对机械设计工作者进行基础素质培养的启蒙作用。 机械设计课程设计的过程是艰辛的，在这短暂的二个星期里，我们不仅对机械的设计的基本过程有了一个初步的认识和了解，接触到了一个真机器的计算和结构的设计，也通过查阅大量的书籍，对有关于机械设计的各种标准有了一定的认识，也加强了对课本的学习和认识。 课程设计与上课内容不一样，课程设计涉及的知识与实际工作联系更为紧密。增强了我们理论知识外实际设计工作的能力。参考文献1孙桓，陈作模，葛文杰主编.机械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.2王三民主编.机械原理与设计课程设计.北京：机械工业出版社,2005.3刘毅主编.机械原理课程设计.武汉:华中科技大学出版社, 2008.4李滨城.徐超主编.机械原理MATLAB辅助分析.北京：化学工业出版社，2010.