插床機(jī)構(gòu)課程設(shè)計.doc

河南工程學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計 課程名稱 機(jī)械原理課程設(shè)計題目名稱 插床機(jī)構(gòu)課程設(shè)計學(xué)生學(xué)院 機(jī)械工程系 專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 2010 學(xué)生姓名 XXX 指導(dǎo)教師 XXX 目錄一、工作原理 3二、設(shè)計要求 3三、設(shè)計數(shù)據(jù) 4四、設(shè)計內(nèi)容及工作量 4五. 設(shè)計計算過程 5(一). 方案比較與選擇 5(二). 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計 71.機(jī)構(gòu)的尺寸綜合 72. 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析 73. 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 13(1). 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸 13(2). 凸輪廓線的繪制 16一、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。下圖為其參考示意圖，電動機(jī)經(jīng)過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動曲柄2轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使裝有刀具的滑塊6沿導(dǎo)路yy作往復(fù)運動，以實現(xiàn)刀具的切削運動。刀具向下運動時切削，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動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運動，是由固結(jié)于軸O2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。二、設(shè)計要求： 電動機(jī)軸與曲柄軸2平行，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2轉(zhuǎn)速偏差為5。要求導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角不得小于60o；凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值之內(nèi)，擺動從動件8的升、回程運動規(guī)律均為等速運動。執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，系統(tǒng)有過載保護(hù)。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計。三、設(shè)計數(shù)據(jù) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速n2力臂d(mm)曲柄lo2A(mm)插刀行程H(mm)行程速比系數(shù)K60100601101.6導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運動分析從動件最大擺角jmax從動件桿長許用壓力角推程運動角do遠(yuǎn)休止角回程運動角do1512542651065四、設(shè)計內(nèi)容及工作量： 1、根據(jù)插床機(jī)械的工作原理，擬定23個其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），并對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析對比。 2、根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運動尺寸, 。要求用圖解法設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。 3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析。分析導(dǎo)桿擺到兩個極限位置及擺到與機(jī)架O2O4位于同一直線位置時，滑塊6的速度和加速度。 4、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸（基圓半徑ro、機(jī)架和滾子半徑rb），并將運算結(jié)果寫在說明書中。用幾何法畫出凸輪機(jī)構(gòu)的實際廓線。 5、編寫設(shè)計說明書一份。應(yīng)包括設(shè)計任務(wù)、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算過程等。 6、用Autocad軟件按1：1繪制所設(shè)計的機(jī)構(gòu)運動簡圖。- 3 -設(shè)計計算及說明結(jié)果五. 設(shè)計計算過程(一). 方案比較與選擇1. 方案I該方案如圖11由兩個四桿機(jī)構(gòu)組成。使ba, 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11方案特點如下：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點的軌跡位于D點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12將方案I中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈保⑦B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123. 方案III此方案如圖13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13方案特點如下：(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，為了實現(xiàn)給定的插床運動要求，以采用方案II較宜。 (二). 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計1.機(jī)構(gòu)的尺寸綜合因為、 而K=1.6 由上面方程可得：又因為，可得: 根據(jù)幾何關(guān)系: 可得 =72.89mm-87.47mm取 =80mm2. 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析1） .當(dāng)在（a）所示位置時，此時構(gòu)件4處在極位（a）速度分析: 曲柄的長度為，轉(zhuǎn)速n=46r/min曲柄的角速度為 方向 大小 ？由圖解法得：= （錯誤）因為=0所以竿4沒有轉(zhuǎn)動,即，又因為構(gòu)件3，是一個滑塊，竿4又有鉸鏈定位。所以實際上：=0 求B點的速度： 由于構(gòu)件4上點是B和A的絕對瞬心點， 點的速度已知，利用構(gòu)件4上的速度影像有: 得 求： B、C是同一構(gòu)件上的點，根據(jù)同一構(gòu)件上點間的速度關(guān)系: 方向 導(dǎo)桿 大小 ？ 0 ？可得： 加速度分析：因為 根據(jù)速度合成原理有： 大小 ？ ? 0方向 可得： = =1.39m/s 方向：又根據(jù)速度合成原理求6滑塊C的速度： 大小 ？ ？ ？ 1.28方向 又圖解法作圖解： 的值通過在AB桿上由杠桿定理求得: , =1.28又速度比例=0.0088所以=1.294方向垂直向上(二). 滑塊A在下極位的時候 對機(jī)構(gòu)分析,同理可得：，=1.294方向垂直向下。(三). 滑塊A于機(jī)架位于同一位置的右邊時：速度分析： 又速度合成原理有： 大小 ？ 0.289/m/s 0方向 所以=0.289/m/s又杠桿原理有，方向 又速度合成原理： 大小 ？ 0.314m/s 0方向 所以=0.314m/s加速度分析： 因為，加速度合成原理有：大小 ？ 0 1.39 0 0方向 ？ 0 0所以=加速度合成原理有：大小 ? 0 0 方向 0 0所以= ，方向 ，向下(四). 滑塊A于機(jī)架位于同一位置的左邊時：速度分析： 又速度合成原理有： 大小 ？ 0.289/m/s 0方向 所以=0.289/m/s又杠桿原理有，方向 又速度合成原理： 大小 ？ 0.702m/s 0方向 所以=0.702m/s加速度分析：因為，加速度合成原理有：大小 ？ 0 0 0方向 ？ 0 0所以=加速度合成原理有：大小 ？ 0 0 方向 0 0所以= ，方向 ，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動規(guī)律:選推桿的運動規(guī)律為二次多項式運動規(guī)律,即等加速等減速運動規(guī)律。其運動規(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接觸時,擺桿擺角為為擺桿的初始擺角,P點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P的速度相等得:(a+OP) =OP, (1)則 OP/(OP+a)= . (2)將(1)式分子分母同乘整理得:OP(1-)=a (3)由式(3)求出OP代入式(1)右邊得: a+OP=A/(1-) (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.可以證明直線左邊的陰影所示區(qū)域為保證擺桿運動規(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=(0.10.5) ,取=20mm.(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.自A點開始沿-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,再以為圓心,以AB=L為半徑作弧與基圓交于點,得線段.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.將點連成光滑曲線,它就是所求理論輪廓線.實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凸輪數(shù)據(jù)vb編程Private Sub Form_Click() Dim g%, a As Single g = 0 a = 37.699 pi = 3.141592657 Print Print Print Print Print Print f, v, a, 轉(zhuǎn)角 Print Print 推程 For g = 0 To 130 Step 10 If g 30 And g 60 And g = 70 And g 100 And g = 130 Then f = (130 - g) 2) / 120 v = 2 * pi * (130 - g) / 60 f = CInt(f * 1000) / 1000 v = CInt(v * 1000)