南京工程学院 机械设计教研室

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1、南京工程学院机械设计教研室2004年6月机械原理课程设计指导书--六杆插床机构分析一、课程设计的目的机械原理课程设计是高等工科院校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，其目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关实际问题的能力，使学生对于机械动力学与运动学的分析与设计有一较完整的概念。二、课程设计的内容与步骤1、插床机构简介与设计数据插床机构由齿轮、导杆和凸轮等组成，如图1－1所示(齿轮、凸轮未画出)。电动机经过减速装置,使曲柄1转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块沿导路y－y作往复运动，以实现刀具切削运动，并要求刀具有急回运

2、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杆和其它有关机构（图中未画出）来完成的。插床设计数据如表1－1所示。图1－1插床机构及其运动简图表1-1插床设计数据表2、插床机构的设计内容与步骤（1）导杆机构的设计与运动分析已知行程速比系数K，滑块冲程H，中心距LO2O3，比值lBC/lO3B，各构件重心S的位置，曲柄每分钟转数n1。要求设计导杆机构，作机构各个位置的速度和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在2号图纸上（见参考图例1）。步骤1）设计导杆机构。按已知数据确定导杆机构的各未知参数，其中滑块5导路y-y的位置

3、可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定，即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上（见参考图例1）。2）作机构运动简图。选取长度比例尺μl(m/mm)，按表1-2所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。曲柄位置的作法如图1-2；取滑块5在下极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得12个曲柄位置，位置5对应于滑块5处于上极限位置。再作出开始切削和终止切削所对应的5ˊ和12ˊ两位置。共计14个机构位置，可以14个学生为一组。图1-2曲柄位置图表1-2机构位置分配表学生序号12345678910111213141516171819202122232

4、4252627282930313233343536373839404142速度图（位置）123456789101112始终加速度图（位置）123456789101112始终力分析图（位置）123456789101112始终3）作滑块的运动线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移，取位移比例尺μs=μl，根据机构及滑块5上C点的各对应位置，作出滑块的运动线图sc(t)、然后根据sc(t)线图用图解微分法（弦线法）作滑块的速度vc(t)线图（图1-2），并将其结果与4）相对运动图解法的结果比较。图1-2用图解微分法求滑块的位移与速度线图4）用相对运动图解法作速度、加速

5、度多边形。选取速度比例尺μv[(m·s-1)/mm]和加速度比例尺μa[(m·s-2)/mm]，作该位置的速度和加速度多边形（见图1-3）。①求其中(rad/s)②列出向量方程,求用速度影像法求③列出向量方程,求a）速度图b）加速度图图1-3位置7的速度与加速度图（2）导杆机构的动态静力分析已知各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图1－1）及已得出的机构尺寸、速度和加速度。1）绘制机构的力分析图（图1-4）。力分析的方法请参考《机械原理》教材图1-4位置7的力分析图已知各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图（图1－1）及已得出的机构尺寸、速度和

6、加速度，求出等效构件1的等效阻力矩Mr。（注意：在切削始点与切削终点等效阻力矩应有双值）2）收集其他13位同学在各位置求出的等效阻力矩Mr列表于1-3中。表1-3等效构件1的等效阻力矩Mr数据汇总位置123456789101112始终Mr3）选取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，绘制等效阻力矩Mr的曲线图（图1-4）图1-4等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲线图利用图解积分法对Mr进行积分求出Ar-φ曲线图，假设驱动力矩Md为恒定，由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等，所以驱动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线并且与Ar曲线的终点相交如图1-4中Ad所示，根据导数关

7、系可以求出Md曲线（为一水平直线）。4）作动能增量△Ｅ―φ线。取比例尺μＥ＝μＡ＝ＫμφμＭ（Ｊ／mm），动能变化△Ｅ＝Ａd－Ａr，其值可直接由图1-4上Ａd（φ）与Ａr（φ）曲线对应纵坐标线段相减得到，由此可作出动能变化曲线Ad与Ar相减的曲线图（如图1-5）。图1-5作动能增量△Ｅ―φ线图5）计算飞轮的转动惯量JF已知机器运转的速度不均匀系数δ，机器在曲柄轴1上转速n1，在图1-5中，ΔE的最大和最小值，即ωmax和ωmin位置，对应纵坐标ΔEmax和ΔEmin之间的距离gf，则所以JF为：三、图解微分法与图解积分法简介1、图解微分法下面以图1-