插床機(jī)構(gòu)設(shè)計【機(jī)械課程設(shè)計】【YL021】
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一設(shè)計任務(wù)書 1
1、工作原理 1
2、設(shè)計數(shù)據(jù) 2
二 參數(shù)設(shè)計 3
1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型 3
(1)方案I 3
(2)方案II 3
(3)方案III 4
2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計 4
(1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計算 4
(2)導(dǎo)桿在12位置的運(yùn)動分析 5
(3)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 7
(4)齒輪的設(shè)計計算 11
1)設(shè)計原理 11
2) 小齒輪參數(shù)計算 11
3)大齒輪參數(shù)計算 12
三 小結(jié) 13
I
一設(shè)計任務(wù)書
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,電動機(jī)經(jīng)過減速傳動裝置(皮帶和齒輪傳動)帶動曲柄3轉(zhuǎn)動,再通過導(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,以實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動。刀具向下運(yùn)動時切削,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)動時為空回行程,無阻力。為了縮短回程時間,提高生產(chǎn)率,要求刀具具有急回運(yùn)動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運(yùn)動,是由固結(jié)于軸上的凸輪驅(qū)動擺動從動件和其它有關(guān)機(jī)構(gòu)(圖中未畫出)來完成的。
圖1-1 插床工作原理圖
2、設(shè)計數(shù)據(jù)
設(shè)計內(nèi)容
倒桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動分析
凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計
齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計
符號
K
H
單位
r/min
mm
mm
°
mm
°
mm
°
數(shù)據(jù)
60
2
100
1
150
15
40
125
60
10
60
13
40
8
20
13
二 參數(shù)設(shè)計
1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型
(1)方案I
該方案如圖2-1由兩個四桿機(jī)構(gòu)組成。使b>a,構(gòu)件1、2、3、6便構(gòu)成擺動導(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的長度,即可滿足行程H的要求。
4). 曲柄主動,構(gòu)件2與3之間的傳動角始終為。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,構(gòu)件4與5之間有較大的傳動角。此方案加工簡單,占用面積比較小,傳動性能好。
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)動副變?yōu)橐苿痈?,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)動簡圖
(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會使滑塊速度變化劇烈,最大速度、加速度和動載荷增加,且使最小傳動角減小,傳動性能變壞。
從以上3個方案的比較中可知,為了實(shí)現(xiàn)給定的插床運(yùn)動要求,以采用方案II較宜。
2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計
(1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計算
因?yàn)椤?
所以:
又因?yàn)椋篕=2,所以=60°
根據(jù)極限位置得到曲柄75mm。
根據(jù)幾何關(guān)系:。H=100mm。
可得:=100mm
(2)導(dǎo)桿在12位置的運(yùn)動分析
1. 滑塊的運(yùn)動線圖
作滑塊的運(yùn)動線圖。為了能直接從機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖上量取滑塊位移,取位移比例尺μs=μl,根據(jù)機(jī)構(gòu)及滑塊5上C點(diǎn)的各對應(yīng)位置,作出滑塊的運(yùn)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,此時滑塊處在圖中所示位置:
A
B
C
圖 2-5導(dǎo)桿在1位置運(yùn)動狀態(tài)
根據(jù)已知條件,速度分析應(yīng)由A點(diǎn)開始,已知曲柄1的轉(zhuǎn)速=60r/min,曲柄的長度為。
曲柄的角速度為:6.28rad/s
得A點(diǎn)的速度:=0.471m/s
方向 ⊥ ⊥BO2 ∥AB
大小 √ ?
式中僅有兩個未知量,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=3.6rad/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: ==2.95
方向: ⊥AO2
又根據(jù)速度合成原理求5滑塊C的速度:
大小 ? ? ? 1.69
方向 ⊥ ⊥
又圖解法作圖解:
圖2-7 加速度矢量圖
的值通過在AB桿上由杠桿定理求得: ,
又速度比例=0.0168
所以=2.95×0.0168=1.68,方向逆時針45°向上。
(3)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計
1. 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸
選定推桿的運(yùn)動規(guī)律:
選推桿的運(yùn)動規(guī)律為二次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律,即等加速等減速運(yùn)動規(guī)律。其運(yùn)動規(guī)律表達(dá)式為:
等加速段: ()
等減速段: ()
由以上兩個表達(dá)式求得:
()
()
最大擺角時有:
mm
如圖3-1所示為擺桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)同向轉(zhuǎn)動的尖底擺桿盤形凸輪機(jī)構(gòu),當(dāng)推程尖底與凸輪輪廓上任一點(diǎn)接觸時,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瞬心,此時機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角如圖所示.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)動規(guī)律和擺桿長度不變的a和的解域。在推程的各個位置都有這樣的解域,這些解域的交集便是推程時a和的解域。
圖3-1 圖3-2
回程時,<0,壓力角a<0,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,推程時沿著此位置時的擺桿直線內(nèi)側(cè)量取線段=80mm,得,過作直線使之與直線傾斜角;同理,回程時也可沿著擺桿直線外側(cè)量取回程時的線段,得,作直線使之與直線反向傾斜角。一般地,陰影區(qū)由多個位置時的邊界線圍成,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)架長度a=170mm,82mm 。
選取凸輪機(jī)構(gòu)為滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)。滾子半徑=(0.1—0.5),取=20mm。
2. 凸輪廓線的繪制
①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。
②選定長度比例尺,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)動中心的圓。
③自A點(diǎn)開始沿-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.
④自線段開始,分別作,使它們分別等于圖3-3(b)中對應(yīng)的角位移,得線段.
⑤將點(diǎn)連成光滑曲線,它就是所求理論輪廓線.
⑥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)
(4)齒輪的設(shè)計計算
1)設(shè)計原理
圓柱齒輪通常是用來傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動的,主動齒輪與被動齒輪之間的傳動。原理如下圖所示。齒輪的齒廓為漸開線曲線,其生成的原理如圖4-2所示。
圖 4-1
圖 4-2
2) 小齒輪參數(shù)計算
已知小齒輪的參數(shù):,,°。
根據(jù)公式齒頂高。
齒根高。
分度圓直徑。
齒頂圓半徑。
齒根圓半徑。
基圓半徑,節(jié)距,齒輪寬度。
3)大齒輪參數(shù)計算
已知大齒輪的參數(shù):,,°。
根據(jù)公式齒頂高。
齒根高。
分度圓直徑。
齒頂圓半徑。
齒根圓半徑。
基圓半徑,節(jié)距,齒輪寬度。
三 小結(jié)
這次關(guān)于插齒機(jī)床的課程設(shè)計是我們真正理論聯(lián)系實(shí)際、深入了解設(shè)計概念和設(shè)計過程的實(shí)踐考驗(yàn),對于提高我們機(jī)械設(shè)計的綜合素質(zhì)大有用處。通過三個星期的設(shè)計實(shí)踐,使我對機(jī)械設(shè)計有了更多的了解和認(rèn)識。為我們以后的工作打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
1、機(jī)械設(shè)計是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門綜合性相當(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)計手冊》等于一體。
這次的課程設(shè)計,對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計思想;訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計和有關(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)際問題的能力;鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計方面的知識等方面有重要的作用。
在這次的課程設(shè)計過程中,綜合運(yùn)用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識與技能,結(jié)合各個教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)械課程的設(shè)計,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題和解決問題的能力,為我們以后對專業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計打下了寬廣而堅實(shí)的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計得到了指導(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)計中還存在不少錯誤和缺點(diǎn),需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計的知識,繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計實(shí)踐操作能力。
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