深航北方科技学院 课程名称 机械原理课程设计插床机构设计 题目名称 插床机构设计 学生学院 机械工程系 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 1一设计任务书11、工作原理12、设计数据2二 参数设计31.倒杆机构的方案选型3（1）方案I3（2）方案II3（3）方案III42、导杆机构分析与设计4（1）导杆机构尺寸计算4（2）导杆在1位置的运动分析51）速度分析53）加速度分析6（2）凸轮机构设计7(1) 确定凸轮机构的基本尺寸7(2) 凸轮廓线的绘制9（4）齿轮的设计计算111）设计原理112）小齿轮参数计算113）大齿轮参数计算12三 小结13II一设计任务书1、工作原理插床机械系统的执行机构主要是由导杆机构和凸轮机构组成。图1.1为其参考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄3转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块5沿导路yy作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。为了缩短回程时间，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和其它有关机构（图中未画出）来完成的。图1.1 插床工作原理图2、设计数据设计内容倒杆机构的设计及运动分析凸轮机构的设计齿轮机构的设计符号KH单位r/minmmmmmmmm数据6021001150154012.5601060134082013二 参数设计1.倒杆机构的方案选型（1）方案I该方案如图21由两个四杆机构组成。使ba, 构件1、2、3、6便构成摆动导杆机构，基本参数为b/a=。构件3、4、5、6构成摇杆滑块机构。图21方案特点如下：1).是一种平面连杆机构，结构简单，加工方便，能承受较大载荷。2).具有急回作用，其行程速比系数,而。只要正确选择，即可满足行程速比系数k的要求。3).滑块的行程，已经确定，因此只需选择摇杆CD的长度，即可满足行程H的要求。4). 曲柄主动，构件2与3之间的传动角始终为。摇杆滑块机构中，当E点的轨迹位于D点所作圆弧高度的平均线上时，构件4与5之间有较大的传动角。此方案加工简单，占用面积比较小，传动性能好。5).工作行程中，能使插刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。（2）方案II该方案如图22将方案I中的连杆4与滑块5的转动副变为移动副，并将连杆4变为滑块4。即得方案II，故该方案具备第一方案的特点以外，因构件4与5间的传动角也始终为，所以受力更好，结构也更加紧凑。图22（3）方案III此方案如图23为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸为a、b、e。图23方案特点如下：(1).是四杆机构，结构较前述方案简单。(2). 因极位夹角，故具有急回作用，但急回作用不明显。增大a和e或减小b。均能使k增大到所需值，但增大e或减小b会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且使最小传动角减小，传动性能变坏。从以上3个方案的比较中可知，为了实现给定的插床运动要求，以采用方案II较宜。2、导杆机构分析与设计（1）导杆机构尺寸计算因为、所以：又因为：K=2，所以=60根据极限位置得到曲柄75mm。根据几何关系:。 H=100mm可得：=100mm（2）导杆在1位置的运动分析1）速度分析当导杆在图2-4所在位置时，此时滑块处在图中所示位置：ABC图 2-4导杆在1位置运动状态根据已知条件，速度分析应由A点开始，已知曲柄1的转速=60r/min，曲柄的长度为。曲柄的角速度为：6.28rad/s得A点的速度：=0.471m/s 方向 BO2AB 大小 ？式中仅有两个未知量，故可用作图法求解。作其速度图如图2-5所示。由图可自在B点的角速度=3.6rad/s。已知LBO3=100mm，所以的：VB=3.60.1=0.36m/s。图2-5 速度矢量图3）加速度分析因为:根据速度合成原理有： 大小 ？ ? 0方向 AO2 ?可得： = =2.95方向：AO2又根据速度合成原理求5滑块C的速度： 大小 ？ ？ ？ 1.69方向 又图解法作图解：图2-6 加速度矢量图的值通过在AB杆上由杠杆定理求得: , 又速度比例=0.0168所以=2.950.0168=1.68方向逆时针45向上。（2）凸轮机构设计(1) 确定凸轮机构的基本尺寸选定推杆的运动规律:选推杆的运动规律为二次多项式运动规律,即等加速等减速运动规律。其运动规律表达式为:等加速段: ()等减速段: ()由以上两个表达式求得: () ()最大摆角时有: mm 如图3-1所示为摆杆盘形凸轮机构同向转动的尖底摆杆盘形凸轮机构,当推程尖底与凸轮轮廓上任一点接触时,摆杆摆角为为摆杆的初始摆角,P点为摆杆和凸轮的相对瞬心,此时机构的压力角和传动角如图所示.由于摆杆和凸轮在瞬心点P的速度相等得:(a+OP) =OP, (1)则 OP/(OP+a)= . (2)将(1)式分子分母同乘整理得:OP(1-)=a (3)由式(3)求出OP代入式(1)右边得: a+OP=A/(1-) (4)在三角形AP中由正统定理有: (5)将式(4)代入式(5)中得: (6)用代入式(6)中得: (7)过点O作O/P,则,再由式(2)得 ,等式(7)正是的正弦定理.将等式(6)中的展开得:tan= (8)由等式(8)求得 (9)将代入式(9)得: (10)如果在图3-1所示位置的接触点处的压力角正好满足,比较式(10)和式(7)可知,直线便是在此位置时满足式(10)以等到式成立的边界.可以证明直线左边的阴影所示区域为保证摆杆运动规律和摆杆长度不变的a和的解域.在推程的各个位置都有这样的解域,这些解域的交集便是推程时a和的解域. 图3-1 图3-2回程时, 0,压力角a0,传力条件变成-tan,由此可导出满足传力条件性能的条件: (11)将代入式(11)得: (12)同理出可以求出回程时的a和的解域.推程和回程的解域的交集便是该凸轮机构保证传力性能好的a和的解域.如图3-2所示的是一个用作图法求出的同向型凸轮机构的a和的解域.由图可知, 的线图是在摆杆的各个以A为圆心的以L=为半径的圆弧线上取点如图中,推程时沿着此位置时的摆杆直线内侧量取线段=80mm,得,过作直线使之与直线倾斜角;同理,回程时也可沿着摆杆直线外侧量取回程时的线段,得,作直线使之与直线反向倾斜角.一般地,阴影区由多个位置时的边界线围成,显然,选取的点数多, a和的解域就精确.这要,凸轮的转动中心O可以在阴影区域内选择,连接OA便得到待求的基本尺寸a=OA, .如图3-2所示求得的机架长度a=170mm, 82mm .选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。滚子半径=(0.10.5) ,取=20mm.(2) 凸轮廓线的绘制选定角度比例尺,作出摆杆的角位移曲线,如图3-3(b)所示,将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分.选定长度比例尺,作以O为圆心以OB=为半径的基圆;以O为圆心,以OA=a为半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆.自A点开始沿-方向把机架圆分成与图3-3(b)中横坐标相应的区间和等分,得点,再以为圆心,以AB=L为半径作弧与基圆交于点,得线段.自线段开始,分别作,使它们分别等于图3-3(b)中对应的角位移,得线段.将点连成光滑曲线,它就是所求理论轮廓线.实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出.如图3-3(a)所示.3-3(a)3-3(b)（4）齿轮的设计计算1）设计原理圆柱齿轮通常是用来传递两平行轴之间的运动的，主动齿轮与被动齿轮之间的传动。原理如下图所示。齿轮的齿廓为渐开线曲线，其生成的原理如图4-2所示。图 4-1图 4-22） 小齿轮参数计算 已知小齿轮的参数：Z1=13，m=8mm，。 根据公式齿顶高ha=m可得ha=m=8mm。 齿根高hf=1.2m=1.28=9.6mm。 分度圆直径d=mZ1=813=104mm。 齿顶圆半径ra=r+ha=104+8=112mm。 齿根圆半径rf=r-hf=42.4mm。 基圆半径rb=rcos（）=48.864mm，节距p=m=25.13mm，齿轮宽度L=3m=24mm。3）大齿轮参数计算 已知小齿轮的参数：Z1=40，m=8mm，。 根据公式齿顶高ha=m可得ha=m=8mm。 齿根高hf=1.2m=1.28=9.6mm。 分度圆直径d=mZ1=840=320mm。 齿顶圆半径ra=r+ha=320+8=328mm。 齿根圆半径rf=r-hf=150.4mm。 基圆半径rb=rcos（）=150.351mm，节距p=m=25.13mm，齿轮宽度L=3m=24mm。三 小结这次关于插齿机床的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.1、机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体。这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的