插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1位置自定機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)【YL043】【含CAD圖紙】
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一設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)11、工作原理12、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3二 參數(shù)設(shè)計(jì)41.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型4(1)方案I4(2)方案II4(3)方案III52、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)5(1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算5(2)導(dǎo)桿在2位置的運(yùn)動(dòng)分析62、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析9、繪制機(jī)構(gòu)的力分析圖(圖1-4)。9、選取力矩比例尺M(jìn)(N.mm/mm),繪制等效阻力矩Mr的曲線圖10、作動(dòng)能增量線。113、用解析法較好機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的動(dòng)態(tài)靜力分析結(jié)果12、圖解微分法12、圖解積分法14(3)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)14三 小結(jié)18I一設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、工作原理插床機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成。圖1-1為其參考示意圖,電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置(皮帶和齒輪傳動(dòng))帶動(dòng)曲柄3轉(zhuǎn)動(dòng),再通過(guò)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使裝有刀具的滑塊5沿導(dǎo)路y-y作往復(fù)運(yùn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動(dòng)。刀具向下運(yùn)動(dòng)時(shí)切削,在切削行程H中,前后各有一段0.05H的空刀距離,工作阻力F為常數(shù);刀具向上運(yùn)動(dòng)時(shí)為空回行程,無(wú)阻力。為了縮短回程時(shí)間,提高生產(chǎn)率,要求刀具具有急回運(yùn)動(dòng)。刀具與工作臺(tái)之間的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),是由固結(jié)于軸上的凸輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)件和其它有關(guān)機(jī)構(gòu)(圖中未畫(huà)出)來(lái)完成的。 圖1-1 插床工作原理圖2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)19二 參數(shù)設(shè)計(jì)1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型(1)方案I該方案如圖2-1由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。使ba,構(gòu)件1、2、3、6便構(gòu)成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),基本參數(shù)為b/a=。構(gòu)件3、4、5、6構(gòu)成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。圖2-1方案特點(diǎn)如下:1).是一種平面連桿機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,能承受較大載荷。2).具有急回作用,其行程速比系數(shù),而。只要正確選擇,即可滿足行程速比系數(shù)k的要求。3).滑塊的行程,已經(jīng)確定,因此只需選擇搖桿CD的長(zhǎng)度,即可滿足行程H的要求。4). 曲柄主動(dòng),構(gòu)件2與3之間的傳動(dòng)角始終為。搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中,當(dāng)E點(diǎn)的軌跡位于D點(diǎn)所作圓弧高度的平均線上時(shí),構(gòu)件4與5之間有較大的傳動(dòng)角。此方案加工簡(jiǎn)單,占用面積比較小,傳動(dòng)性能好。5).工作行程中,能使插刀的速度比較慢,而且變化平緩,符合切削要求。(2)方案II該方案如圖2-2將方案I中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副,并將連桿4變?yōu)榛瑝K4。即得方案II,故該方案具備第一方案的特點(diǎn)以外,因構(gòu)件4與5間的傳動(dòng)角也始終為,所以受力更好,結(jié)構(gòu)也更加緊湊。圖2-2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(3)方案III此方案如圖2-3為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)的基本尺寸為a、b、e。圖2-3方案特點(diǎn)如下:(1).是四桿機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)較前述方案簡(jiǎn)單。(2).因極位夾角,故具有急回作用,但急回作用不明顯。增大a和e或減小b。均能使k增大到所需值,但增大e或減小b會(huì)使滑塊速度變化劇烈,最大速度、加速度和動(dòng)載荷增加,且使最小傳動(dòng)角減小,傳動(dòng)性能變壞。從以上3個(gè)方案的比較中可知,為了實(shí)現(xiàn)給定的插床運(yùn)動(dòng)要求,以采用方案II較宜。2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)(1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算又因?yàn)椋篕=1.6,所以=41.5根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)得到曲柄65mm。H=100mm 。,根據(jù)幾何關(guān)系: 。(2)導(dǎo)桿在2位置的運(yùn)動(dòng)分析1. 滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖。為了能直接從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上量取滑塊位移,取位移比例尺s=l,根據(jù)機(jī)構(gòu)及滑塊5上C點(diǎn)的各對(duì)應(yīng)位置,作出滑塊的運(yùn)動(dòng)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2-4)。圖2-4 位移線圖與速度線圖2. 速度分析當(dāng)導(dǎo)桿在圖2-5所在位置時(shí),此時(shí)滑塊處在圖中所示位置:ABC圖 2-5導(dǎo)桿在2位置運(yùn)動(dòng)狀態(tài)根據(jù)已知條件,速度分析應(yīng)由A點(diǎn)開(kāi)始,已知曲柄1的轉(zhuǎn)速=50r/min,曲柄的長(zhǎng)度為。曲柄的角速度為:5.2rad/s得A點(diǎn)的速度:=0.34m/s 方向 BO2 AB大小 ?式中僅有兩個(gè)未知量,故可用作圖法求解。作其速度圖如圖2-5所示。由圖可自在B點(diǎn)的角速度=4.3rad/s。已知,所以得:。圖2-6 速度矢量圖3. 加速度分析因?yàn)? 根據(jù)速度合成原理有: 大小 ? ? 方向 AO2 ?可得: =1.76 方向: AO2又根據(jù)速度合成原理求5滑塊C的速度:大小 ? ? ? 0.675方向 又圖解法作圖解:圖2-7 加速度矢量圖的值通過(guò)在AB桿上由杠桿定理求得:, 又速度比例=0.012所以=1.760.012=0.02,方向逆時(shí)針45向上。2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析已知 各構(gòu)件重力G及其對(duì)重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖(圖1-1)及已得出的機(jī)構(gòu)尺寸、速度和加速度。1、 繪制機(jī)構(gòu)的力分析圖(圖1-4)。力分析的方法請(qǐng)參考機(jī)械原理教材已知 各構(gòu)件重力G及其對(duì)重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖(圖11)及已得出的機(jī)構(gòu)尺寸、速度和加速度,求出等效構(gòu)件1的等效阻力矩Mr。(注意:在切削始點(diǎn)與切削終點(diǎn)等效阻力矩應(yīng)有雙值)、選取力矩比例尺M(jìn)(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(duì)Mr進(jìn)行積分求出Ar-曲線圖,假設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩Md為恒定,由于插床機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期內(nèi)做功相等,所以驅(qū)動(dòng)力矩在一個(gè)周期內(nèi)的做功曲線為一斜直線并且與Ar曲線的終點(diǎn)相交如圖1-4中Ad所示,根據(jù)導(dǎo)數(shù)關(guān)系可以求出Md曲線(為一水平直線)。、作動(dòng)能增量線。取比例尺 (mm),動(dòng)能變化dr,其值可直接由圖1-4上d()與r()曲線對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)線段相減得到,由此可作出動(dòng)能變化曲線Ad與Ar相減的曲線圖(如圖1-5)。圖1-5 作動(dòng)能增量線圖3、用解析法較好機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的動(dòng)態(tài)靜力分析結(jié)果、圖解微分法下面以圖1-6為例來(lái)說(shuō)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(diǎn)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(shí)間dt的線段, 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(diǎn)處的斜率成正比,即vtg,為了用線段來(lái)表示速度,引入極距K(mm),則式中v 為速度比例尺,v=s/tK(m/s/mm)。該式說(shuō)明當(dāng)K為直角三角形中角的相鄰直角邊時(shí),(Ktg)為角的對(duì)邊。由此可知,在曲線的各個(gè)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(diǎn)處的切線的直角三角形的對(duì)邊高度(Ktg)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(guò)程如下:先建立速度線圖的坐標(biāo)系v=v(t)(圖1-7a),其中分別以v和t作為v軸和t軸的比例尺, 然后沿軸向左延長(zhǎng)至o點(diǎn),o0=K(mm),距離K稱為極距,點(diǎn)o為極點(diǎn)。過(guò)o點(diǎn)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(biāo)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(shí)的速度,從而很容易畫(huà)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(zhǔn)確地作出曲線的切線,這常常是非常困難的,因此實(shí)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(diǎn),可得弦線12、23、34.等,它們與相應(yīng)區(qū)間位移曲線上某點(diǎn)的切線平行。當(dāng)區(qū)間足夠小時(shí),該點(diǎn)可近似認(rèn)為在該區(qū)間(例2,3)中點(diǎn)的垂直線上。因此我們可以這樣來(lái)作速度曲線:如圖1-7b所示,按上述切線法建立坐標(biāo)系v=v(t)并取定極距K及極點(diǎn)o,從o點(diǎn)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(biāo)軸于1、2、3.等點(diǎn)。然后將對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)投影相交,得到一個(gè)個(gè)小矩形(例圖1-7b中矩形2233),則過(guò)各矩形上底中點(diǎn)(例圖1-7b中e,f點(diǎn)等)的光滑曲線,即為所求位移曲線的速度線圖(v=v(t)曲線)。、圖解積分法圖解積分法為圖解微分法的逆過(guò)程。取極距(mm),用圖解積分法由力矩r曲線求得力矩所做的功r曲線(圖1-4)。由于 其中 故取r曲線縱坐標(biāo)比例尺求r的理論依據(jù)如下:(3)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:選推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律,即等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)式為:等加速段: ()等減速段: ()由以上兩個(gè)表達(dá)式求得: () ()最大擺角時(shí)有: mm如圖3-1所示為擺桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)同向轉(zhuǎn)動(dòng)的尖底擺桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),當(dāng)推程尖底與凸輪輪廓上任一點(diǎn)接觸時(shí),擺桿擺角為為擺桿的初始擺角,P點(diǎn)為擺桿和凸輪的相對(duì)瞬心,此時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角如圖所示.由于擺桿和凸輪在瞬心點(diǎn)P的速度相等得:=, (1)則 . (2)將(1)式分子分母同乘整理得:= (3)由式(3)求出OP代入式(1)右邊得: (4)在三角形AP中由正統(tǒng)定理有: (5)將式(4)代入式(5)中得: (6)用代入式(6)中得: (7)過(guò)點(diǎn)O作O/P,則,再由式(2)得,等式(7)正是的正弦定理.將等式(6)中的展開(kāi)得:tan= (8)由等式(8)求得 (9)將代入式(9)得: (10)如果在圖3-1所示位置的接觸點(diǎn)處的壓力角正好滿足,比較式(10)和式(7)可知,直線便是在此位置時(shí)滿足式(10)以等到式成立的邊界??梢宰C明直線左邊的陰影所示區(qū)域?yàn)楸WC擺桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律和擺桿長(zhǎng)度不變的a和的解域。在推程的各個(gè)位置都有這樣的解域,這些解域的交集便是推程時(shí)a和的解域。 圖3-1 圖3-2回程時(shí),0,壓力角a0,傳力條件變成-tan,由此可導(dǎo)出滿足傳力條件性能的條件: (11)將代入式(11)得: (12)同理出可以求出回程時(shí)的a和的解域。推程和回程的解域的交集便是該凸輪機(jī)構(gòu)保證傳力性能好的a和的解域。如圖3-2所示的是一個(gè)用作圖法求出的同向型凸輪機(jī)構(gòu)的a和的解域。由圖可知,的線圖是在擺桿的各個(gè)以A為圓心的以L=為半徑的圓弧線上取點(diǎn)如圖中,推程時(shí)沿著此位置時(shí)的擺桿直線內(nèi)側(cè)量取線段=80mm,得,過(guò)作直線使之與直線傾斜角;同理,回程時(shí)也可沿著擺桿直線外側(cè)量取回程時(shí)的線段,得,作直線使之與直線反向傾斜角。一般地,陰影區(qū)由多個(gè)位置時(shí)的邊界線圍成,顯然,選取的點(diǎn)數(shù)多, a和的解域就精確。這要,凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O可以在陰影區(qū)域內(nèi)選擇,連接OA便得到待求的基本尺寸a=OA,。如圖3-2所示求得的機(jī)架長(zhǎng)度a=170mm,40mm 。選取凸輪機(jī)構(gòu)為滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。滾子半徑=(0.1-0.5),取=15mm。2. 凸輪廓線的繪制選定角度比例尺,作出擺桿的角位移曲線,如圖3-3(b)所示,將其中的推程和回程角位移曲線橫坐標(biāo)分成若干等分。選定長(zhǎng)度比例尺,作以O(shè)為圓心以O(shè)B=為半徑的基圓;以O(shè)為圓心,以O(shè)A=a為半徑作反轉(zhuǎn)后機(jī)架上擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心的圓。自A點(diǎn)開(kāi)始沿-方向把機(jī)架圓分成與圖3-3(b)中橫坐標(biāo)相應(yīng)的區(qū)間和等分,得點(diǎn),再以為圓心,以AB=L為半徑作弧與基圓交于點(diǎn),得線段.自線段開(kāi)始,分別作,使它們分別等于圖3-3(b)中對(duì)應(yīng)的角位移,得線段.將點(diǎn)連成光滑曲線,它就是所求理論輪廓線.實(shí)際輪廓線可用前述滾子圓包絡(luò)線的方法作出,如圖3-3(a)所示.3-3(a)3-3(b)三 小結(jié)這次關(guān)于插齒機(jī)床的課程設(shè)計(jì)是我們真正理論聯(lián)系實(shí)際、深入了解設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)踐考驗(yàn),對(duì)于提高我們機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合素質(zhì)大有用處。通過(guò)三個(gè)星期的設(shè)計(jì)實(shí)踐,使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更多的了解和認(rèn)識(shí)。為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1、機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門(mén)綜合性相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)課程,它融機(jī)械原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、公差與配合、CAD實(shí)用軟件、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等于一體。這次的課程設(shè)計(jì),對(duì)于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想;訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際反系和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力;鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,綜合運(yùn)用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識(shí)與技能,結(jié)合各個(gè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)械課程的設(shè)計(jì),一方面,逐步提高了我們的理論水平、構(gòu)思能力、工程洞察力和判斷力,特別是提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,為我們以后對(duì)專業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計(jì)打下了寬廣而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)得到了指導(dǎo)老師的細(xì)心幫助和支持。衷心的感謝老師的指導(dǎo)和幫助。設(shè)計(jì)中還存在不少錯(cuò)誤和缺點(diǎn),需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí),繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計(jì)實(shí)踐操作能力。
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