插床機(jī)構(gòu)說明書.doc

1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)插床機(jī)構(gòu)說明書 負(fù) 責(zé) 人： 廖昭洋 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級： 機(jī)械1102班 學(xué) 號： 0806110515 日 期： 2013年 7月11日 第 35 頁設(shè) 計(jì) 目 錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始參數(shù) .21.1插床簡介 .21.2設(shè)計(jì)任務(wù) .21.3原始參數(shù) .32. 運(yùn)動方案設(shè)計(jì) .42.1主機(jī)構(gòu)方案 .42.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)方案 .53. 電動機(jī)的選擇 .63.1電動機(jī)的型號 .63.2電動機(jī)的功率 .64.傳動比分配 .85.齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .86.主機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .107.主機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 .137.1插床基本參數(shù) .137.2matlab運(yùn)動分析 .148. 主機(jī)構(gòu)的

2、受力分析 .219. 主機(jī)構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié) .3010. 小結(jié) .33參考文獻(xiàn)1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始參數(shù)1.1插床簡介工作原理插床實(shí)際是一種立式刨床，在結(jié)構(gòu)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(fù)運(yùn)動是主運(yùn)動，工件沿縱向橫向及圓周三個方向分別所作的間歇運(yùn)動是進(jìn)給運(yùn)動。插床的生產(chǎn)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(diǎn)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(nèi)的模具等工作物，適用于單個或小批量生產(chǎn)的企業(yè)。插床的工作臺具有三種不同方向的進(jìn)給（縱向、橫向和回轉(zhuǎn)），故工作物經(jīng)過一次裝夾后，

3、在本機(jī)床加工幾個表面。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)1. 針對圖所示的插床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運(yùn)動尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；2.假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)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(gòu)件重力和慣性力的條件下，分析曲柄所需的驅(qū)動力矩；4.取曲柄軸為等效構(gòu)件，確定應(yīng)加于曲柄軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量；5.用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。6.圖紙上繪出最終方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖并編寫說明書。1.3原始參數(shù) 參數(shù)項(xiàng)目 數(shù)

4、據(jù) 曲柄轉(zhuǎn)速n（r/min） 65 行程速比系數(shù)K 1.8 插程H（mm） 150 連桿與導(dǎo)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(zhì)量m2，m5(kg) 50 桿件線密度（kg/m） 200 不均勻系數(shù) 0.052.運(yùn)動方案設(shè)計(jì)2.1主機(jī)構(gòu)方案（1）運(yùn)動是否具有確定的運(yùn)動 該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件n=5。在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動副中Pl=7,Ph=0。由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-2Pl-Ph=1。機(jī)構(gòu)的原動件是曲柄，原動件的個數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度，所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動。（2）機(jī)構(gòu)傳動功能的實(shí)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(nèi)擺動。通過搖桿桿3帶動連桿4運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)刨刀的往復(fù)運(yùn)動。（3）主傳動機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)在傳動時可以實(shí)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(yùn)動。（4）機(jī)構(gòu)的傳力性能 該機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的死點(diǎn)，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下。（5）機(jī)構(gòu)的動力性能分析。 由于原動件曲柄具有運(yùn)動穩(wěn)定平衡性，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不會引起整個機(jī)構(gòu)的震動，保證整個機(jī)

6、構(gòu)的壽命。（6）機(jī)構(gòu)的合理性 此機(jī)構(gòu)使用六連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，維修，檢測都很方便。（7）機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性 該機(jī)構(gòu)使用的連桿都不是精密的結(jié)構(gòu)，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(jī)構(gòu)具有好的經(jīng)濟(jì)效益，制作方便，實(shí)用。2.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)方案根據(jù)本設(shè)計(jì)傳動特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用皮帶輪，齒輪兩級傳動傳動特點(diǎn)：普通V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)緊湊，并且大多數(shù)V帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，便于設(shè)計(jì)。齒輪減速器的特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長，維護(hù)簡便，因而應(yīng)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(yùn)動簡圖的

7、特點(diǎn)展開式、同軸式和分流式等。3電動機(jī)的選擇3.1電動機(jī)的型號 根據(jù)本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，參考機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖以及傳動特征，參照原動機(jī)選擇的要求，根據(jù)題目所給插床的數(shù)據(jù)分析，驅(qū)動電動機(jī)暫時采用：Y90L4，額定功率N=1.5KW，額定轉(zhuǎn)速n=1400r/min，設(shè)計(jì)參數(shù)如表所示。 Y系列三相異步電動機(jī) 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(zhuǎn)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(jī)的功率（1）首先確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)功循環(huán)時間T，在此選取曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)作為插床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。曲

8、柄旋轉(zhuǎn)一周插頭就往復(fù)運(yùn)動一次即一個運(yùn)動循環(huán)。因?yàn)椴宕矙C(jī)械的曲柄軸每分鐘轉(zhuǎn)速為n=65r/min，其運(yùn)動時間 （31）得 （2） 根據(jù)插刀受力分析得，計(jì)算一個循環(huán)插刀需做功的大小 （32）（3） 計(jì)算所需有效功率 （33） （4） 計(jì)算傳動效率 從電機(jī)輸出，經(jīng)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(jīng)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(jīng)過齒輪的傳動效率3，然后通過運(yùn)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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)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(jì)算電機(jī)效率，取安全系數(shù)為n=1.5 （35）（6） 檢驗(yàn)電動機(jī)功率是否合適 所以所選電動機(jī)合適！4. 傳動比分配 傳動類型（單級） 傳動比i 圓柱齒輪機(jī)構(gòu)（開式） 46 圓柱齒輪機(jī)構(gòu)（閉式） 35 直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu) 23 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 1040 V帶傳動 24 鏈傳動 25傳動比計(jì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪基本參數(shù)： 本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動，分度圓上壓力角取標(biāo)準(zhǔn)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)草圖確定各構(gòu)件的運(yùn)動該尺寸，繪制機(jī)構(gòu)簡圖 已知條件有： K=1.8，則計(jì)算的極位夾角，插程H=150mm ，連桿與導(dǎo)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?yàn)锽B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(diǎn)的距離為保證最大壓力角最小，經(jīng)檢驗(yàn)，Y軸設(shè)置在B點(diǎn)最遠(yuǎn)與最近點(diǎn)的中點(diǎn)為最佳如圖， （63）（4） 主機(jī)構(gòu)尺寸匯總及機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析7.1插床基本參數(shù)插床刨床運(yùn)動分析軟件輸入設(shè)計(jì)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(dǎo)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(yùn)動分析假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊C的位移和速度的變化規(guī)律曲線；計(jì)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(yùn)行得到圖像如下 下圖中紅線（中間）表示插刀運(yùn)動，綠線（最上）表示4桿BC的運(yùn)動，藍(lán)線（最下）表示3桿BO3運(yùn)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(jī)構(gòu)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(dǎo)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(diǎn)距離為40mm，設(shè)質(zhì)量集中在距插刀20mm處。 選取曲柄在7，9，12三點(diǎn)時作受力分析9點(diǎn)受力分析如下： 0 0 86.4271 0 5.3055 0.40118-2圖，對B點(diǎn)取矩 (8-1) (8-2) (8-3) (8-4) (8-5) 8-3圖，對O3點(diǎn)取矩d=27.15mm (8-6) (8-7) 8-4圖，對O2 取矩 (8

28、-8) 曲柄在12點(diǎn)時受力分析如下： 90.0000 23.4287 92.3484 -11.5357 -4.4100 2.06848-6圖，對B點(diǎn)取矩 (8-9) (8-10) (8-11) (8-12) (8-13)8-7圖，對O3點(diǎn)取矩 d=27.15mm (8-14) (8-15)8-8圖，對O2 取矩 (8-16) 7點(diǎn)受力分析如下 300.0000 -17.1422 89.6184 5.3631 1.4627 -0.80478-10圖，對B點(diǎn)取矩 (8-17) (8-18) (8-19) (8-20) (8-21)8-11圖，對O3點(diǎn)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(jī)構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié)（1）取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)位置和切削阻力Fr確定一個運(yùn)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