機械原理課程設計-插床設計.doc

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21機構簡介22設計數(shù)據(jù)3二、插床機構的設計內(nèi)容與步驟41、導桿機構的設計與運動分析4、設計導桿機構。4、作機構運動簡圖。4、作滑塊的運動線圖。4、用相對運動圖解法作速度、加速度多邊形。52、導桿機構的動態(tài)靜力分析6、繪制機構的力分析圖（圖1-4）。6、選取力矩比例尺M(N.mm/mm)，繪制等效阻力矩Mr的曲線圖7、作動能增量線。83、用解析法較好機構運動分析的動態(tài)靜力分析結果9、圖解微分法9、圖解積分法124、飛輪設計125、凸輪機構設計146、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123456，使裝有刀具的滑塊沿道路yy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12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、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）。、作機構運動簡圖。選取長度比例尺l(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5和12兩位置。圖1-2 曲柄位置圖、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s=l，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、用相對運動圖解法作速度、加速度多邊形。選取速度比例尺v(ms-1)/mm和加速度比例尺 a(ms-2)/mm，作該位置的速度和加速度多邊形（見圖1-3）。 求其 中 (rad/s) 列 出 向 量 方 程 ,求 用速度影像法求 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11）及已得出的機構尺寸、速度和加速度。、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11）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）、選取力矩比例尺M(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-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）。、作動能增量線。取比例尺 （mm），動能變化dr，其值可直接由圖1-4上d（）與r（）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、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, 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vtg,為了用線段來表示速度,引入極距K(mm),則式中v 為速度比例尺,v = s/tK ( m/s/mm )。該式說明當K為直角三角形中角的相鄰直角邊時,(Ktg)為角的對邊。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(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v和t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)。、圖解積分法圖解積分法為圖解微分法的逆過程。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曲線縱坐標比例尺求r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)，機器在曲柄軸1上轉速n1，在圖1-5中，E的最大和最小值，即max和min位置，對應縱坐標Emax和Emin之間的距離gf，則所以JF為：所求飛輪轉動慣量為：/N*m109.303591.6149175.1485559.8341JF/kg*m2875.7771187.114175.387738.188625、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, =20所以D1112D2328Db1105.28Db2308.32Ha18Ha28Hf110Hf210Da1128Da2344Df192Df2308p25.12p25.12s12.56s12.56Pb123.61Pb223.61a220a220 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