目录

　一 设计题目与要求-----------------------------

　二 工作原理及功能分解-------------------------

　三 机构的选择---------------------------------

　四 机械运动方案简图---------------------------

　五 传动比的分配-------------------------------

　六 机械系统运动循环图-------------------------

　七 机械传动机构和执行机构的设计及尺寸计算----

　八 注意事项-----------------------------------

　九 主要参考资料-------------------------------

　设计题目：插床机械设计

　一．插床机械设计参数与设计要求：

　 (1)插程 100mm。

　(2)插刀每分钟往复次数 30次/min。

　(3)自上始点以下10一90mm范围内，插刀应尽可能等速切削，最大切削力为2000N，

　最小的上下空刀距离各为5mm。

　(4)行程速比系数k=2。

　(5)滑块质量为36kg，导杆的质量为25kg／m，其质心转动惯量为2 kg·，质心在杆长适宜处，其余构件的质量和转动惯量忽略不计。自电动机至曲炳轴传动系统的等效转动惯量(设曲炳为等效构件)为18kg·。

　(6)许用速度不均匀系数为0.033。

　(7)插刀切削受力点距滑枕导路线距离为80mm，工作台面离地平面高度为550mm左右。

　工作台面离地平面高度为550mm左右

　(8)驱动电动机目前采用，其功率N=11kw，转速n=750r/min；

　二．工作原理及功能分解：

　1 工作原理：

　插床是一种用于加工键槽、花键槽、异形槽和各种异性表面的金属切削机床。如图（1）所示装有插刀的滑枕沿铅垂方向(也可调有一定倾角)作往复直线主切削运动。工件装夹在工作台上，工作台可作前后、左右和圆周方向的间歇进给运动。进给运动可手动，也可机动但彼此独立。进给运动必须与主切削运动协调，即插刀插削时严禁进给，插刀返回时进给运动开始进行，并于插刀重新切人工件之前完成复位。插床的主切削运动的行程长度、拄复运动速度以及进给量大小等均应手动可调。

　图（1）运动示意图

　2 功能分解：

　1）夹紧工件动作

　2）工作台进行前后、左右和圆周方向的间歇进给运动

　3）装有插刀的滑枕沿铅垂方向(也可调有一定倾角)作具有急回特性的往复直线主切削运动，插削工件形成各种槽等自己需要的形状。

　三 机构的选择

　根据前诉的设计要求和工作台需要直线往复间歇性运动和间歇性转动，还有插刀执行机构在回程阶段应该尽可能的减少时间提高效率，因而采用具有急回特性的曲柄滑块机构。综上制定机构图表2

　插床机械设计的机构选型

　功能

　执行构件

　工艺动作

　执行机构

　插削成形

　插刀

　直线往复运动（具有急回特性）

　导杆机构

　工作换位

　工作台

　前后，左右方向的进给运动和间歇性转动

　凸轮机构

　棘轮机构

　槽轮机构

　不完全齿轮

　四 机械运动方案简图

　根据机构的选择，按已选定的两个执行机构形式和机械的传动系统画出机械运动方案简图。如图（2）所示，其中包括了一个导杆插削机构和皮带传动机构，工作台的不完全齿轮间歇旋转机构。

　图（2）机械运动方案简图

　五 机械传动的速比

　根据选定的电动机转速和插床的插削频率总的速比为：

　所以带传动的速比为5，齿轮传动的速比为也为5。

　六 机械系统运动循环图

　（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。因为插床机械的生产效率是Q=30次/min，为了满足效率，曲柄轴每分钟转速为n=30r/min，其运动时间。

　（2）确定组成运动循环的各个区段，插床机械的运动循环由两段组成，即插刀进给的工作行程及退回时的空回行程。为了提高工作效率，插刀回程时间应尽可能的短，所以它必须有急回特性。在此经综合考虑取形成速比系数K=2。

　（3）确定执行机构各个区段的运动时间及相应的分配轴转角。插床的运动循环时间为：

　与此相对应的曲柄轴转角（即分配轴转角）为：

　（4）根据以上数据绘制机构的运动循环图

　分配轴转角

　插刀执行机构

　插刀进给运动

　插刀空回运动

　工作台

　旋转

　静止

　旋转

　七 对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算

　为了实现具体运动要求，必须对带传动，齿轮传动和导杆机构（插削机构），不完全齿轮机构（即工作台的间歇性旋转机）进行运动学计算和动力学分析。

　1 带传动计算

　（1）确定计算功率

　这里取安全系数=1.2，则

　kw

　（2）选择带的型号 由和主轴转速选择平型带。

　（3）确定带轮节圆的直径和在这里取=200mm，则：

　==1000mm

　（4）确定中心距

　即：

　2 齿轮传动计算：

　取，。按照要求取，压力角则

　中心距采用标准中心距则 mm

　3 曲柄导杆机构设计尺寸计算：

　1）根据插程和行程速比系数设计机构

　已知插床机械的插程为100mm，行程速比系数k=2。则

　极位夹角

　图（3）机构运动简图（）

　已知插程H=100mm，AB=60mm，AD=50mm，DP=90mm，由对心曲柄滑块知道AD=H/2=50mm

　因为极为夹角为，则 则：

　曲柄mm。

　2）用图解法作机构的运动分析和动态静力分析

　已知：曲柄的转速n=30 rad/min ，)滑块质量为36kg，导杆的质量为25kg／m，其质心转动惯量为2 kg·，力臂d=20mm，工作阻力F=2000N。

　速度分析：

　根据已知条件，首先对C点进行分析求解。

　mm/s

　又有

　方向：

　大小： ？ 已知 ？

　所以可以用作图法求解。取0.01（m/s）/mm，并取P点作为速度图极点，作其速度图如（3），于是有：72/122=0.6 rad/min

　mm/s

　又有

　方向：

　大小： ？ 已知 ？

　做速度多边形可以求解其他的速度，速度多边形如图（3）

　加速度分析

　加速度分析与速度分析相同也从C点开始进行分析

　动态静力分析

　滑块质量为36kg，导杆的质量为25kg，其质心转动惯量为2 kg·，质心在杆长适宜处，其余构件的质量和转动惯量忽略不计。自电动机至曲炳轴传动系统的等效转动惯量(设曲炳为等效构件)为18kg·。

　受力分析图如图（4）所示：

　图（4）机构受力分析图

　3 飞轮设计

　（N）

　若平均角速度用平均转速n（单位：r/min）代换 则：

　 N

　4 不完全齿轮设计

　设计的不完全齿轮的主动轮旋转一周时从动轮旋转1/10周。

　齿轮部分取参数为z=120，m=8，法面压力角取

　则中心距

　分度圆直径

　基圆直径

　齿顶圆直径

　齿根圆直径

　凸轮止弧和凹轮止弧则按照基圆的圆弧来配合

　八。注意事项

　(1)插床工作机构由主切削运动机构和进给运动机构组成，两者必须协调匹配。两机构的协调要求可通过公共输入构件来实现

　(2)合理布置电动机的安装位置，—般可先以一级V型带传动在串接合理的轮系将运

　动动力传至曲柄轴。直线进给运动具有横向近给和纵向进给两个分支，它们可共用同一公共传动链，仅在其末端执行环节处通过离合装置隔离。圆周进给运动可提出传动方案，不作设计。

　(3)出于滑枕重量沿导路方向下沉．应考虑滑枕在静止状态的平衡，以避免滑枕不工作时的垂落。可将最大摆动件的质心位置作合理选择以使其得以平衡。

　(4)插削机构被要求在切削工作段具有近等速的运动性能，且行程急回系数较大。应进行多方案的对比．以便选择最优机构运动简图方案。

　(5)与曲柄轴固连在一起的大齿轮常兼作飞轮，可近似取电动机至曲柄轴的传动系统的等效转动惯量(视曲柄为等效构件)为15kg．。

　九 参考资料

　【参考文献】

　邹慧君.机械原理课程设计手册，1998.6

　裘建新.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社.2005.4

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