1、机械原理课程设计报告1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。ABCDHO2xdbO1O3ca123456n2n1z1z2yyQS5S1图 1-1 插床机构运动方案示意图电动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄1回转，再通过导
2、杆机构123456，使装有刀具的滑块沿道路yy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；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、
3、 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 120H 0.05HG0.05HO S5图 1-2 插刀所受阻力曲线插刀往复行程 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
4、(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 () 15 15 15 15推程许用压力角() 45 45 45 45推程运动角 0() 60 90 60 90回程运动角 0() 90 60 90 60远程休止角 01() 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 0.03 0.03 0.03 0.03最大切削
5、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23Ol3BCOl位置，曲柄每分钟转 。1n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
6、（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。 图 1-32、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SJ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。要求：按表1-2所分配确定12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） 。
7、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。 表 1-2 机构位置分配图五.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
8、 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 为工作行程起点和终点对应的曲柄位置， 1 和 为切削起点和终点所对应的位置，其余 2，312 等，是由位置 1 起顺 2 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
9、取比例尺 按表 42 所分配的两个曲柄位置作出机构l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 42；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vms/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ams2/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
10、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sm（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cs c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cv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 ，作出机构在位置 5 的运动简图。l如一号图纸所示，选取 =l /O A=0.001（m/mm)进行作图，l 表示构件的实lAO2 AO2际长度，O A 表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意 的大小应选得适当，以2 l保证对机构运动完整、准确、清楚的表达
11、，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 2A = (2*90/60)=9.42rad/sv = 2 l =(2*90/60)*700.66m/sAAO式中 v A 点速度（m/s） 方向丄 AO2 2a = l =6.223m/sAAO22式中 a A 点加速度（m/s ）,方向 A O223.)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
12、速度=牵连速度+ 相对速度先列出构件、5 上瞬时重合点（ ，A 5）的方程，未知数为两个，其速度方程：2A5 v + vA5A22A方向：丄 5 丄 AO 5大小： ？ 2 l ？AO（）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2A比例尺 （m s /mm）v1 = =0.01ms /mmvpa 2A1pa=66mm（）作速度多边形，求出 根据矢量方程式作出速度多边形的 pe 部分，则 vA52(m/s)为VA5= pe=0.66m/svVA5A2= ae=0m/sv 3= vA5/ lAO3=3.14rad/s其转向为顺时针方向。B5= 3lBO3=0.
13、283 m/sB 点速度为 B5，方向与 VA5 同向.（）列出 C 点速度矢量方程，作图求解 V 、VC6B56CV = B5+ VC6B56方向：竖直向下 丄 B 3 丄 BC大小：？ 3Lbo3 ？通过作图，确定点速度为VC6B5= cb= 0 m/svV pc=0.283m/s6C式中 VC6B5 点速度，方向丄 BC5式中 V 点速度，方向为 pC。6C解待求点的加速度及其相关构件的角加速度（）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
14、先求出 A 点加速度a = a + a = a + a + a + aA2on2onA哥方向：？ AO 丄 AO 丄 丄 大小：？ l 0 3 lAO3？ ? 2 3v22AO2 24A(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An速度比例尺 =0. 1（m s /mm）a2a = 3 Lao3= 3.14*3.14*210=2.074 m/sAn2 2 = =0. 1 m/s /mman Ap2=20.74mma = l =6.223m/s2on2AO2a =2 3v = 0 m/s哥 24(3)作加速度多边形，求出 a 、a 、a 根据矢量方程图
15、的 padcb部分，则 ABa = *ad= 0 m/s 2a = *bc=0 m/sAa = pd=6.223m/s 方向为 水平向右A2= a / l =1.3rad/ sA4O2a = a l / l =0 m/sB4B4Aa = 3 Lbo3=0.889 m/sn22(4)列出 C 点加速度矢量方程，作图求解 a 、a 、 acCBna = a + a + a + acCBn B方向： 竖直向下 BC 丄 BC AB 丄 AB大小： ？ VC6B5 /l ? l a l / l2BC424BOA4BO4由上式可得：l = 90 mmBCa = VC6B5 /l = 0 m/sn22a = 3 Lbo3=3.14*3.14*0.09=0.889 m/sB2a = a l / l = 0 m/sA4BO42a =1.76m/sC
