机械原理课程设计
设计计算说明书
设计题目插床机械设计
设计任务书
1.1 设计题目
插床
1.2 插床简介
插床是用于加工中小尺寸垂直方向的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—插刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作垂直方向的往复直线移动，且切削时插刀的移动速度低于空行程速度，即插刀具有急回现象；安装工件的工作台应具有不同进给量
的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。
1.3 设计要求及设计参数
设计要求：要求主执行机构工作行程切削平稳、压力角较小。
进给机构压力角不超过许用值。
设计参数如下所示：插床机构设计3号题目参数
题号 3
主执行机构
曲柄转速n2/（r/min）50 曲柄l O2A/mm75
插刀行程H/mm120
行程速比系数K 1.8 连杆与导杆之比l BC0.55 力臂d(mm) 108 工作阻力F max(N) 10800
导杆质量m4(kg) 22 导杆转动惯量J S4(kgm2) 1.2 滑块质量m6(kg) 60
进给机构
从动件最大摆角max20
凸轮从动件杆长(mm) 130 推程许用压力角[]
推程42
回程许用压力角[]
回程50滚子半径r r(mm) 15
刀具半径r c(mm) 0.08
一：主执行机构设计与分析
1：插床机械设计参数以及相关参数计算
曲柄转速n 2/（r/min ） 曲柄长度l O2A =75mm
插刀行程H=120mm
行程速度比系数K=1.8
连杆与导杆之比l BC =0.55
力臂
d=108mm 工作阻力F=10800N
导杆4的质量m 4=22kg 导杆4的转动惯量Js4=1.1
滑块6的质量m 6=60 一、插床导杆机构的综合
1、计算极位夹角 、曲柄角速度1ω、曲柄角加速度1ε
n 2=50
l O2A =75m m
H=120m m
K=1.8
l BC =0.55
d=108mm
F=10800N
m 4=22kg
Js4=1.1
m 6=60
46.667θ=
1 4.922/rad s
ω=
2、求导杆长度CD L 、连杆长度DE L 、中心距AC L 根据插床机构结构示意图，由几何条件可得
138.286CD L mm =
因为/0.55DE CD L L =，76.06DE L mm =
152.114AC L mm =
3、求弓形高b 、导路距离e L
13.695CD L mm =
283.553e L mm =
二：主执行机构运动分析
已知：曲柄的转速n=45 rad/min ，滑块质量为50kg ，导杆的质量为28kg ，其质心
转动惯量为1.2 kg ·2m ，力臂d=110mm ，工作阻力F=9000N 。
此时，曲柄AB 与中心距LAC 的夹角为45°，即与垂直于曲柄AB 方向的夹角为45°。
2
10.00/rad s ε=
138.286CD L mm
=
76.06DE L mm =
152.114AC L mm
=
13.695CD L mm
=
283.553e L mm
=
（1）主执行机构速度分析.
3232
B B B B V V V =+
E D ED V V V =+
方向 BC L ⊥ AB L ⊥ //BC L 方向
//导轨 DC L ⊥ DE L ⊥
大小 ？ 1AB l ω⋅ ？ 大小 已知 ？ ？
曲柄转至当前角度对应的滑块速度：0.176/E V m s ≈
（2）主执行机构加速度分析
33323n n k r
B B B B B B B
B a a a a a a τ=+=++
方向 ？ //BC L BC L ⊥ //AB L
332B B V ω⊥ //L bc
大小 ？ 23BC L ω ? 21AB L ω
3322B B V ω ?
0.176/E V m s ≈
3/ 1.30/D DC V L rad s
ω=≈
3/ 1.30/D DC V L rad s ω=≈ 204.66BC L mm =
n E D ED ED a a a a τ=++
方向 //导轨 3//B a //DE L DE L ⊥ 大小 已知 3/B DC BC a L L ⋅ ? ?
曲柄转至当前角度对应的滑块加速度：
2a 0.297/E m s ≈
滑块运动线图
204.66BC L mm
=
2
a 0.297/E m s ≈
2
a 0.297/E m s ≈
三、凸轮机构设计与分析
1、凸轮机构相关参数的确定
已知： 从动件的最大摆角max ψ，许用压力角[]α，从动件长度D O l 4,从动件运动规律为等加速等减速运动，凸轮与曲柄共轴，数据如表1所示。
题 号 3 主执行机构
曲柄转速n 2/（r/min ） 50 曲柄l O2A /mm 75 插刀行程H/mm 120 行程速比系数K 1.8 连杆与导杆之比l BC
0.55 力臂d (mm) 108 工作阻力F max (N) 10800 导杆质量m 4(kg)
22
导杆转动惯量J S4(kgm 2)
1.2 滑块质量m 6(kg) 60 进给机构
从动件最大摆角max 20 凸轮从动件杆长(mm) 130 推程许用压力角[]推程 42 回程许用压力角[]回程 50 滚子半径r r (mm) 15 刀具半径r c (mm)
0.08
要求： 按许用压力角[]α确定凸轮机构的基本尺寸，求出理论廓线外凸曲线的最小曲率半径min ρ，选取滚子半径g r ，绘制凸轮实际廓线。
以上内容作在3号图纸上（参考图例5）。
整理说明书。
插刀阻力曲线如图3所示。
根据已知值，以及给定的基圆建议值，在A3图纸上确定圆心O2位置。
做出基圆，再根据滚子半径做出理论曲线。
取一点为B 点，由O2B=95mm ，从动件杆长O1B=140mm ，通过几
0.05H
0.05H
H
S
F max
F 图3 刨刀阻力曲线
何做法找到O1点。
连接O1O2，测得长度为160mm为中心距。
由于由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，所以实际凸轮推程角应为除去空载行程后的摆角，我们计算得推程
角
153
φ≤。
在此之后为了方便设计与分析，将推程角设50，将回程角设为与推程角相等的度数，远停角大小为10°。
将以上的数据全部带入摆动从动件凸轮机构设计软件，计算得结果：
摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数见附表1.
根据计算结果德数值，求得各个坐标点距圆心的距离。
以O2B为基线顺时针每转5°确定一个坐标点。
分别以这些点为圆心做出滚子的圆，用光滑的曲线连接各个点，得到实际凸轮轮廓线，再连接滚子圆的外切点，得到理论轮廓线。
接着，根据软件中的要求，即每5°一个单
位，做出1~16各个轨迹点与O1的旋转运动曲线。
根据计算结果中的转角Φ°和角位移ψ°两项在A3图纸右边做出从动件位移线图。
连接个点做出光滑曲线。
由给定数据的K值算出极位夹角大小为51.429°。
由于插刀在切入、退出工件时均有0.05H的空载行程，最后做出相应的插刀工作行
rb=80 mm
a=160 mm
推程角Φ1=50远停角Φ2=10 回程角Φ3=50近停角Φ4=250.000
程图。
2、凸轮基本参数设置
基圆半径rb=80 mm 3.运动规律参数
滚子半径rt=15 mm 最大摆角Ψ=10°
中心距a=160 mm 推程角Φ1=50°
摆杆长L=140 mm 远停角Φ2=10°
凸轮转速n=45 rpm 回程角Φ3=50°
刀具半径rc=0.08 mm 近停角Φ4=250.000°
2.运动规律选择: 初始角Ψ0=29.995°
推程运动规律:正弦加速度 4.包络类型:内包络
回程运动规律:余弦加速度 5.设计方向:正向
凸轮理论廓线与滚子包络线初始角Ψ0=29.995
凸轮轮廓曲线与刀具中心轨迹
从动件运动规律曲线。