《XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX》课程设计说明书物理与电气工程学院 2012年 12 月 28 日目录1 课程设计摘要 (2)1.1 课程设计的目的1.2 课程设计的要求2 机械设计课程设计任务书 (2)2.1 设计题目2.2 主要内容2.3 机构简介3 主体机构尺寸综合设计 (3)3.1 OA长度的确定13.2 杆BO,BC的长度的确定3O到YY轴的距离的确定3.324 插床运动分析 (8)4.1对于重要点的速度4.1.1对于A点速度分析4.1.2对B点的速度分析4.2对于重要点的加速度4.2.1对A加速度分析4.2.2对C点的加速度分析5. 重要数据及函数曲线分析 (12)5.1 ()-图的分析Sϕϕ5.2 ()-图的分析Vϕϕ5.3 ()aϕϕ-图的分析6 总结 (15)7 参考文献 (16)1课程设计摘要1.1 课程设计的目的机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要组成部分。
机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的机械原理理论知识，培养学生独立解决实际问题的能力，使学生对机械的运动学和动力学的分析和设计有一较完整的概念，并进一步提高计算、绘图和使用技术资料的能力，更为重要的是培养开发和创新机械的能力。
1.2课程设计的要求1.2.1确定插床主要尺寸，然后按1：1的比例画出图形。
对插刀进行运动分析，选取适当比例尺画出不同点速度，加速度矢量图得到不同点的速度，加速度。
1.2.2.整理和编写说明书一份，对图纸进行详细说明2 课程设计任务书2.1设计题目插床传动系统方案设计及其运动分析2.2主要内容2.2.1对指定的机械进行传动系统方案设计2.2.2对执行机构进行运动简图设计2.2.3对执行机构进行重要尺寸设计2.2.4对插床的运动分析2.2.5编写设计说明书2.3机构简介图1 插床机构插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成。
电动机经过减速装置（图1 中只画出齿轮Z1 、Z2 ）使曲柄转动，再通过导杆机构，使装有刀具的滑块沿导路做往复直线运动，以实现刀具切削运动。
为了缩短空行程时间，提高生产效率，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其他有关机构（图1中未画出）来完成的。
在工作行程中，刀具上作用有相当大的切削阻力，在切削行程的前后各有一段0.1H（H为刀具行程）行程。
而在空回行程中则没有切削阻力，因此在一个工作循环中，刀具受力变化很大,从而影响了主轴的匀速运转，为减小主轴的速度波动，需采用飞轮调速，以减小电动机容量和提高切削质量。
3主体机构尺寸综合设计插床是用于加工各种内外平面、成形表面，特别是键槽和带有棱角的内孔等的机床，已知数据如下表。
参数 n r K L BC /L O3BL O3O2 a b H Z 1Z 2 单位 r/min mm mm mm mm 数据6021150505010013 40已知O 2O 3=150mm ，BC /O 3B=1，行程H=100mm ，行程比系数K=2， 根据以上信息确定曲柄O 2A ,BC ,BO 3长度，以及2O 到YY 轴的距离3.1 O 2A 长度的确定图2 O 2A 长度确定由)180/()180(00θθ-+=K ，得极位夹角：060=θ，首先做出曲柄的运动轨迹(如图2)，以O 2为圆心，O 2A 为半径做圆，随着曲柄的转动，由图知道，当A O 2转到12A O ，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当O 2A 转到22A O ，与圆相切于下面时，刀具处于上极限位置。
于是可得到12A O 与22A O 得夹角即为极位夹角060=θ。
由几何关系知∠A 1O 2O 3=∠A 2O 2O 3..于是可得∠A 1O 2O 3=∠A 2O 2O 3 =60°。
由几何关系得O 2A 1=COS θ·O 2O 3代入数据，O 2O 3 =150mm ，060=θ，得O 2A=75mm即曲柄长度为75mm3.2杆BO 3,BC 的长度的确定图3 BO 3,BC 长度确定由图3 知道，刀具处于上极限位置C 2和下极限位置1C 时，21C C 长度即为最大行程H=100mm ，即有21C C =100mm 。
在确定曲柄长度过程中，我们得到∠A 1O 2O 3=∠A 2O 2O 3 =60°，那么可得到∠B 2O 3B 1=60°，那么可知道三角形△B 1B 2O 3等边三角形。
又由几何关系知道四边形1221C C B B 是 平行四边形，那么1212C C B B =，由上 面讨论知△B 1B 2O 3为等边三角形，于是有B 1O 3=B 2B 1，那么可得到B 2O 3=100mm,即BO 3=100mm又已知L BC /L BO3=1，于是可得到 BC=BO 3=100mm 即杆BC, BO 3的长度100mm 。
3.3. O 3到YY 轴的距离的确定图4 . O 3到YY 轴的距离由图4我们看到，YY 轴由3311y y y y 移动到过程中，同一点的压力角先减小，后又增大，那么在中间某处必有一个最佳位置，使得每个位置的压力角最佳。
考虑两个位置：1. 当YY 轴与圆弧12B B 刚相接触时，即上图中左边的那条点化线，与圆弧12B B 相切与B 点时，当B 点转到12,B B ，将会出现最大压力角。
2. 当YY 轴与12B B 重合时，即图中右边的那条细直线时，B 点转到B1时将出现最大压力角为了使每一点的压力角都为最佳，我们可以选取YY 轴通过CB ′中点（C 点为O 3B ′与12B B 的交点）。
由几何关系知道：l=O 3B ﹒COS ∠B 2O 3C+(O 3B 2 - O 3B ﹒COS ∠B 2O 3C)/2再代入其他数据，得：mm l 3.93即 O 3到YY 轴的距离为93.3mm综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。
选取1:1 的是比例尺，画出图形如所示。
图5 插床机构4 插床的运动分析图6 插床运动O 2O 3=150 mm, O 2A=75 mm, n 1=60 r/min, W 1=(2π/60)x60=2πrad/s , O 3B=BC=100mm,O 3A= 22223O A O O +=168 mm4.1 对于重要点的速度4.1.1对于A 点速度分析：我们以当曲柄转到最低点时为例（即当∠O 3O 2A=9时） 图7 A 点的速度由理论力学知识可得：V a = V e + V r (绝对速度=牵连速度+相对速度)（如图7所示）其中 ： V Aa = V Ae + V Ar大小 ： W 1·O 2A W 2·O 3A ? 方向 ： ⊥O 2A ⊥O 3A ∥O 3A由几何关系可得：tan θ1= 232O O O A 所以：θ1 = arctan 232O OO A求得：θ1=63.430将（绝对）速度分别投影到V Ae 与V Ar 方向上。
所以： V Ae = V Aa cos θ1 = W 1×O 2Acos θ1 V A r = V Aa sin θ1=W 1×O 2A sin θ1可求得V A r 的大小又因为V Ae = W 2 ×O 3A = W 1× O 2Acos θ1可求得W 2的大小4.1.2对B 点的速度分析图8 B 点的速度如图8 由理论力学知识可得：以C点为基点：所以： V B = V C + V BC大小： W2×O3B ? ?方向：⊥O3B 竖直↓⊥BC由作图法可求得V C的大小V BC的大小4.2对于重要点的加速度4.2.1对A加速度分析：图9 A加速度如图9由理论力学知识可知：因为牵连运动为转动，所以会存在科氏加速度：a c = 2 ωe×v ra Aa = a Ae + a Ar + a c所以a Aa t + a Aa n = a Ae t + a Ae n + a Ar + a c：设O3A杆的角加速为β，W1为定值。
a Aa t + a Aa n = a Ae t + a Ae n + a Ar + a c大小： 0 W12·O2A β.·O3A W22·O2A ? 2W2·V A r方向：⊥O2A ∥O2A ⊥O3A ∥O3A ∥O3A ⊥O3A将其分别往O3A及O3A的法线上方向投影得：W12·O2A cosθ1=W22·O3A - a ArW 12·O2Asinθ1 =β·O3A + 2W2V Ar即可求得β和a Ar的大小4.2.2对C点的加速度分析图10对C点的加速度如图10由理论力学可得：a B = a C + a BC所以：a B t + a B n = a C + a BC n + a BC t大小：β·O3B W2O3B ?2BCVBC?方向：⊥O3B ∥O3B 竖直方向∥BC ⊥BC 将其分别投影，因为只有两个未知量，所以可以求得：a C的大小以及a Ar t的大小5.重要数据及函数曲线分析由对C点的速度与加速度位移计算可得下表：()()(),,S V aϕϕϕ数据表5.1、()S ϕϕ-图的分析：图11()S ϕϕ-随着曲柄O 2A 逆时针转动角度的增大，滑块C 位移由0开始增大，大约在240度时达到最大，然后开始减少，易知滑块C 进程与回程时，曲柄O 2A 转动的角度并不相等，这说明了曲柄O 2A 转动时存在急回运动。
5.2、()V ϕϕ-图的分析：图12 ()V ϕϕ-随着曲柄O 2A 逆时针转动角度的增大，即ϕ的增加，速度V 正向增大，大约在120度时达到最大，然后呈现下降趋势，在240度时下降为0，表明位移已增大到最大，即滑块C 达到最下端，由曲线看出，滑块C 的正向平均速度比负向平均速度小，进一步表明了急回运动的存在。
进程时，速度比较小，更有利于进刀；回程时，速度较快，有利于提高工作效率，充分证明了此机构设计的合理性。
下面对特殊点作一下分析：转角为0度时，V=0;曲柄转动至120度，正向速度到达最大值0.22m/s ，此时滑块C 具有最大速度，当曲柄继续转动至240度时正向速度减少至0，此时由速度是位移的变化率可知，其位移达到最大值。
当曲柄继续转动时，滑块C 速度反向，变为负向速度，随着转角增大而增大，曲柄转至240度，速度达到负向最大值0.63m/s 之后，当滑块继续由摇杆带动时，即曲柄由300度转至360度时，其速度由负向最大值变为0.5.3 ()a ϕϕ-图的分析：图13 ()a ϕϕ-随着曲柄O 2A 逆时针转动角度的增大，滑块C 先向下作加速运动，但加速度越来越小，然后反向增大直到位移达到最大，接着滑块进入空回程，由于存在急回运动，加速度迅速正向增大，达到最大后又开始减小，直到滑块C 进入工作行程。