機械原理課程設計-插床設計.doc

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長 江 學 院 機械原理課程設計說明書 設計題目：插床機構設計 學院：機械與電子工程學院 專業(yè)： 班級： 設計者： 學號： 指導老師： 2016年7月1日 目錄 題目及設計要求 2 1機構簡介 2 2設計數(shù)據(jù) 3 二、插床機構的設計內(nèi)容與步驟 4 1、導桿機構的設計與運動分析 4 ⑴、設計導桿機構。 4 ⑵、作機構運動簡圖。 4 ⑶、作滑塊的運動線圖。 4 ⑷、用相對運動圖解法作速度、加速度多邊形。 5 2、導桿機構的動態(tài)靜力分析 6 ⑴、繪制機構的力分析圖（圖1-4）。 6 ⑵、選取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，繪制等效阻力矩Mr的曲線圖 7 ⑶、作動能增量△Ｅ―φ線。 8 3、用解析法較好機構運動分析的動態(tài)靜力分析結果 9 ⑴、圖解微分法 9 ⑵、圖解積分法 12 4、飛輪設計 12 5、凸輪機構設計 14 6、齒輪機構設計 17 三、感想與體會 19 四、參考文獻 20 題目及設計要求 1機構簡介 插床是一種用于工件內(nèi)表面切削加工的機床，也是常用的機械加工設備，用于齒輪、花鍵和槽形零件等的加工。圖1為某插床機構運動方案示意圖。該插床主要由帶轉動、齒輪傳動、連桿機構和凸輪機構等組成。電動機經(jīng)過帶傳動、齒輪傳動減速后帶動曲柄1回轉，再通過導桿機構1－2－3－4－5－6，使裝有刀具的滑塊沿道路y－y作往復運動，以實現(xiàn)刀具切削運動。為了縮短空程時間，提高生產(chǎn)率，要求刀具具有急回運動。刀具與工作臺之間的進給運動，是由固結于軸O2上的凸輪驅動擺動從動件O4D和其他有關機構（圖中未畫出）來實現(xiàn)的。為了減小機器的速度波動，在曲柄軸O2上安裝一調(diào)速飛輪。為了縮短空回行程時間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具具有急回運動，圖2為阻力線圖。 圖2 圖1 2設計數(shù)據(jù)  二、插床機構的設計內(nèi)容與步驟 1、導桿機構的設計與運動分析 ⑴、設計導桿機構。按已知數(shù)據(jù)確定導桿機構的各未知參數(shù)，其中滑塊5導路y-y的位置可根據(jù)連桿4傳力給滑塊5的最有利條件來確定，即y-y應位于B點所畫圓弧高的平分線上（見參考圖例1）。 ⑵、作機構運動簡圖。選取長度比例尺μl(m/mm)，按表1-2所分配的加速度位置用粗線畫出機構運動簡圖。曲柄位置的作法如圖1-2；取滑塊5 在下極限時所對應的曲柄位置為起始位置1，按轉向將曲柄圓周十二等分，得12個曲柄位置，位置5對應于滑塊5處于上極限位置。再作出開始切削和終止切削所對應的5ˊ和12ˊ兩位置。 圖1-2 曲柄位置圖 ⑶、作滑塊的運動線圖。為了能直接從機構運動簡圖上量取滑塊位移，取位移比例尺μs=μl，根據(jù)機構及滑塊5上C點的各對應位置，作出滑塊的運動線圖sc(t)、然后根據(jù)sc(t)線圖用圖解微分法（弦線法）作滑塊的速度vc(t)線圖（圖1-2），并將其結果與4）相對運動圖解法的結果比較。 圖1-2 用圖解微分法求滑塊的位移與速度線圖 ⑷、用相對運動圖解法作速度、加速度多邊形。選取速度比例尺μv[(ms-1)/mm]和加速度比例尺 μa[(ms-2)/mm]，作該位置的速度和加速度多邊形（見圖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）速度圖 b）加速度圖 圖1-3 位置7的速度與加速度圖 2、導桿機構的動態(tài)靜力分析 已知 各構件重力G及其對重心軸的轉動慣量Js、阻力線圖（圖1－1）及已得出的機構尺寸、速度和加速度。 ⑴、繪制機構的力分析圖（圖1-4）。力分析的方法請參考《機械原理》教材 已知 各構件重力G及其對重心軸的轉動慣量Js、阻力線圖（圖1－1）及已得出的機構尺寸、速度和加速度，求出等效構件1的等效阻力矩Mr。（注意：在切削始點與切削終點等效阻力矩應有雙值） ⑵、選取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，繪制等效阻力矩Mr的曲線圖（圖1-4） 圖1-4 等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲線圖 利用圖解積分法對Mr進行積分求出Ar-φ曲線圖，假設驅動力矩Md為恒定，由于插床機構在一個運動循環(huán)周期內(nèi)做功相等，所以驅動力矩在一個周期內(nèi)的做功曲線為一斜直線并且與Ar曲線的終點相交如圖1-4中Ad所示，根據(jù)導數(shù)關系可以求出Md曲線（為一水平直線）。 ⑶、作動能增量△Ｅ―φ線。 取比例尺 μＥ＝μＡ＝ＫμφμＭ（Ｊ／mm），動能變化△Ｅ＝Ａd－Ａr， 其值可直接由圖1-4上Ａd（φ）與Ａr（φ）曲線對應縱坐標線段相減得到，由此可作出動能變化曲線Ad與Ar相減的曲線圖（如圖1-5）。 圖1-5 作動能增量△Ｅ―φ線圖 3、用解析法較好機構運動分析的動態(tài)靜力分析結果 ⑴、圖解微分法 下面以圖1-6為例來說明圖解微分法的作圖步驟,圖1-6為某一位移線圖, 曲線上任一點的速度可表示為: 圖1-6 位移線圖 其中dy和dx為s=s(t)線圖中代表微小位移ds和微小時間dt的線段, α為曲線s=s(t) 在所研究位置處切線的傾角。 上式表明,曲線在每一位置處的速度v與曲線在該點處的斜率成正比,即v∝tgα,為了用線段來表示速度,引入極距K(mm),則 式中μv 為速度比例尺,μv = μs/μtK ( m/s/mm )。該式說明當K為直角三角形中α角的相鄰直角邊時,(Ktgα)為角α的對邊。由此可知,在曲線的各個位置, 其速度v與以K為底邊,斜邊平行于s=s(t)曲線在所研究點處的切線的直角三角形的對邊高度(Ktgα)成正比。該式正是圖解微分法的理論依據(jù),按此便可由位移線圖作得速度線圖(v-v(t)曲線),作圖過程如下: 先建立速度線圖的坐標系v=v(t)(圖1-7a),其中分別以μv和μt作為v軸和t軸的比例尺, 然后沿軸向左延長至o點,o0=K(mm),距離K稱為極距,點o為極點。過o點作s=s( t)曲線(圖1-6)上各位置切線的平行線o1"、o2"、o3"...等,在縱坐標軸上截得線段01"、02"、03"...等。由前面分析可知,這些線段分別表示曲線在2、3、4... 等位置時的速度,從而很容易畫出位移曲線的速度曲線(圖1-7a)。 圖1-7.速度線圖 a) 切線作圖 b) 弦線作圖 上述圖解微分法稱為切線法。該法要求在曲線的任意位置處很準確地作出曲線的切線，這常常是非常困難的，因此實際上常用“弦線”代替“切線”，即采用所謂弦線法,作圖方便且能滿足要求,現(xiàn)敘述如下: 依次連接圖1-6中s =s(t)曲線上相鄰兩點,可得弦線12、23、34...等,它們與相應區(qū)間位移曲線上某點的切線平行。當區(qū)間足夠小時,該點可近似認為在該區(qū)間(例2,3)中點的垂直線上。因此我們可以這樣來作速度曲線:如圖1-7b所示,按上述切線法建立坐標系v=v(t)并取定極距K及極點o,從o點作輻射線o1、o2、o3、o4...等,使分別平行于弦線01、12、23、34...并交縱坐標軸于1"、2"、3"...等點。然后將對應坐標點投影相交,得到一個個小矩形(例圖1-7b中矩形22"33"),則過各矩形上底中點(例圖1-7b中e,f點等)的光滑曲線,即為所求位移曲線的速度線圖(v=v(t)曲線)。 ⑵、圖解積分法 圖解積分法為圖解微分法的逆過程。 取極距Ｋ（mm），用圖解積分法由力矩Ｍr―φ曲線求得力矩所做的功Ａr―φ曲線（圖1-4）。 由于 其中 故取Ａr―φ曲線縱坐標比例尺 求Ａr的理論依據(jù)如下： 4、飛輪設計 計算飛輪的轉動慣量JF 已知 機器運轉的速度不均勻系數(shù)δ，機器在曲柄軸1上轉速n1， 在圖1-5中，ΔE的最大和最小值，即ωmax和ωmin位置，對應縱坐標ΔEmax和ΔEmin之間的距離gf，則 所以JF為： 所求飛輪轉動慣量為： /N*m 109.3035 91.61491 75.14855 59.8341 JF/kg*m2 875.7771 187.1141 75.3877 38.18862 5、凸輪機構設計 1、等加速等減速 2、余弦 3、正弦 4、五次多項式 回程運動規(guī)律： 修正后的等速回程 取 正弦加速度加速階段（）： 等速階段 正弦加速度減速階段（）： 6、齒輪機構設計 已知z1=14，z2=41，m=8, α=20 所以 D1 112 D2 328 Db1 105.28 Db2 308.32 Ha1 8 Ha2 8 Hf1 10 Hf2 10 Da1 128 Da2 344 Df1 92 Df2 308 p 25.12 p 25.12 s 12.56 s 12.56 Pb1 23.61 Pb2 23.61 a 220 a 220  三、感想與體會 通過這段時間的設計，我受益匪淺，不僅在學問方面有所提高，而且在為人處事方面有了更多的認識。 當我們遇到一個問題時，首先不能畏懼，而是要對自己有信心，相信通過自己的努力一定能解決的。就象人們常說的在戰(zhàn)略上藐視它。但是在戰(zhàn)術上的重視它。通過慎重的考慮認真的分析，腳踏實地去完成它，克服重重困難，當你成功實現(xiàn)目標時，那種成就感一定會成為你成長的動力。 這次設計的題目是插床。主要是確定機械傳動的方案，通過導桿機構到飛輪設計，再到凸輪機構和齒輪機構設計，帶動棘輪傳動，再傳到工作臺，從而使工作臺進行間歇進給運動，使刀具能安全的進行切削。 這次設計課程不僅讓我加深了對機械原理理論課程的理解和認識，更培養(yǎng)了我用理論知識去解決實際問題的能力。也許我的這種方案不是很好的方案，但它解決了工作臺間隙進給運動的問題。作為初次接觸設計的我，對未來的設計充滿了信心。 我希望學校多開設這類的設計課程，不僅幫助我們理解理論知識，更重要的是讓我們學會用理論知識解決實際問題，幫助我們把理論知識轉化成一種能力，讓我們更容易解決問題。 1.鞏固理論知識，并應用于解決實際工程問題； 2.建立機械傳動系統(tǒng)方案設計、機構設計與分析概念； 3.進行計算、繪圖、正確應用設計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的能力訓練。 四、參考文獻 1、《理論力學》第三版 機械工業(yè)出版社 2、《機械原理》 西北工業(yè)大學出版社 3、《機械原理課程設計》