中南大学课程设计何竞飞老师的插床

机械原理课程设计插床说明书负责人：李勇男学院：机电工程学院班级：机械1101班学号：0806110202日期：2013年7月11日1目录第1章1.1机构简介............................................................................................21.2设计任务............................................................................................21.3原始数据............................................................................................3第2章2.1机构运动方案设计............................................................................32.2电动机、齿轮传动机构方案............................................................42.3总体方案图........................................................................................6第3章3.1电动机的选择....................................................................................73.2传动比分配........................................................................................83.3齿轮机构设计....................................................................................83.4主机构的设计....................................................................................103.5主机构的运动分析............................................................................123.6主机构的受力分析............................................................................153.7主机构的速度波动............................................................................21第4章4.1课程设计小结....................................................................................23参考文献................................................................................................252第1章1.1机构简介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，并于插刀重新切入工件之前完成复位。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。1.2设计任务（1）插床的机构选型、运动方案的确定；（2）导杆机构进行运动分析；（3）导杆机构进行动态静力分析；31.3原始参数（1）曲柄转速n（r/min)：60；（2）行程速比系数K：1.5；（3）插程H（mm）：200。第2章2.1机构运动方案设计（1）机构设计要求插刀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，并于插刀重新切入工件之前完成复位。在插刀工作行程时要求要使插刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。所以，在给定行程比系数的情况下，传动机构选用四杆机构，进行传动，可使机构具有急回作用。设计方案如下图。4①、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)180180(（）K。根据K可求出，画出方案。③、方案要求加工简单，占用面积比较小，传动性能好，能够有效节省空回时间。所以，选用四杆机构带动插刀，进行工作。2.2电动机的选择电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和条件，选用Y系列三相交流笼型异步电动机（JB/T10391-2002），全封闭自扇冷式结构，电压380V。齿轮传动机构方案：（1）、普通V带传动允许的传动比较大，结构紧凑，，并且大多数V带已经标准化，便于设计。（2）、齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用范围很广泛。齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间分布可分为立式和卧式；按其轴运动简图的特点展开式、同轴式和分流式等。（3）、综上所述本次设计的传动比约为25，选用普通V带和二级展开式圆柱齿轮减速器进行调速。总传动比较大，结构简单，应用最广。由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿轮宽载荷分布不均5匀，要求轴具有较大刚度。（4）、标准齿轮传动虽然具有设计简单、互换性好等一系列优点，但其中还有一些不足之处。在安装过程中，可能产生根切现象；由于'a与a的差异，可能产生无法安装抑或间隙过大，影响传动的平稳性，重合度也随之降低。另外，在一对相互啮合的标准齿轮中，由于小齿轮齿廓渐开线的曲率半径较小，齿根厚度也较薄，参与啮合的次数又较多，强度较低，影响整个齿轮传动的承载能力。所以为了克服此限制，采用变位齿轮，设计图如下。62.3整体方案图7第3章3.1电动机的选择选择电动机的容量：插床插刀的有效功率：HFHNWf1.19.0max；（3.1.1）tWPmax;（3.1.2）wP573maxWnWP57312.01.11502.09.03000602max;（3.1.3）普通V带传动效率=0.96；滚动轴承效率=0.99；圆柱齿轮传动（8级精度、油润滑）效率=0.97；弹性联轴器效率=0.99；执行机构的传动效率=0.95，则824.095.099.097.099.096.023总（3.1.4）kw1.1额P故kwPP695.0max0总;（3.1.5）min/1400rnm因03.1PPW（3.1.6）故kwPW9035.0695.03.1。（3.1.7）查机械设计课程设计指导书选定电机型号为Y90S-4，额定功率kw1.1额P，满载转速min/1400rnm。其主要性能如下表所示：电动机型号额定功率/kw满载转速r/min堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y90S-41.114002.32.383.2传动比分配总传动比为：3.23601400总i（3.2.1）取普通V带传送比为：5.2普i，（3.2.2）因3412iiii普总，(3.2.3)34.312i34122.1ii(3.2.4)7.234i则7.234i，34.312i。由于4,3412均小于ii，所以传动比满足直齿圆柱齿轮的传动比，故符合要求。3.3齿轮机构设计主要选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。（1）、按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。（2）、由于金属切削机床速度不高，故选用8级精度。（3）、材料选择：查表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料45钢（调质）硬度为240HBS。二者材料硬度差为40HBS。①对于高速齿轮1、2，选用标准直齿圆柱齿轮。由于mzd(3.3.1)取圆柱齿轮模数为4，假设最小齿轮的齿数为241z，812z由于34.31212zzi，(3.3.2)9611zmd故16.801212izz，所以812z；(3.3.3)32422zmd所以9611zmd；32422zmd；9齿轮名称模数齿数分度圆直径（mm）齿轮厚度（mm）大齿轮248132438.4小齿轮14249638.4②对于低速齿轮3、4，采用一对等变位齿轮保证机构的平稳运转。由于高速齿轮1、2的模数为4，所以对于低速齿轮模数假设为6，同时选取变位系数为0.6。203z由于7.23434zzi，（3.3.4）544z假设203z，则543434izz；（3.3.5）1203d所以12033zmd，32444zmd。（3.3.6）3244d齿轮名称模数齿数变位系数节圆直径（mm）齿厚（mm）等变位齿轮36200.612048等变位齿轮46540.632448由于齿数均大于17，所以不会发生根切现象，同时硬度符合高速齿轮和低速齿轮的要求。③对于发动机的皮带轮结构设计:查机械设计课程设计指导书得：Y90S-4电动机轴伸直径D=24mm，轴伸长度E=60mm。所以假设小带轮基准直径mmdd70110做成实心式，大带轮基准直径mmdd1752做成腹板式。则最终设计尺寸图如下：3.4主机构的设计因为)180180(（）K，K=1.5，（3.4.1）所以极位夹角为：36。（3.4.2）36假设CE的长为462mm，根据E、E’的位置做出C’E’，是其与CE相等，根据CC’点做出D点，并根据极位夹角可得曲柄AB为81mm，连杆BC为246mm，同时可得最小的传动角为48，所以如图所示机构可以符合要求。11如图中，做EE’点为200mm，然后取CE’=CE，根据CC’，与EE’的延长线交与D点，所以以D点为圆心，C’C为圆D的两点，求出CD的长度为472mm。使曲柄AB与BC处于一条直线上，作为极限位置1；使AB’与B’C’处于一条直线上，作为极限位置2。则AB与AB’的夹角为36，得曲柄AB长度为81mm，连杆BC长度为246mm。同时可得最小的传动角为48。CE的长为462mm，曲柄AB长度为83mm，连杆BC为246mm，摇杆CD的长度为472mm，满足机构运转条件。123.5主机构的运动分析（1）主机构的速度分析如图所示标注，则sxlyxllll'34321;(3.5.1)故xlll442211sincoscos；(3.5.2)yslll221144sinsincos；(3.5.3)4433sinsinll；(3.5.4)sll4433coscos；(3.5.5)对上四式求导得：444222111cossinsinwlwlwl；(3.5.6)rvwlwlwl222111444coscossin；(3.5.7)444333coscoswlwl；(3.5.8)rvwlwl444333sinsin；(3.5.9)根据已知化简方程，移项得矩阵：10sincossincos1sin00cos000cossin4444333344442222llllllll（2）主机构的加速度分析由（1）得速度关系为：444222111cossinsin