插床機構(gòu)課程設(shè)計

1、實用標(biāo)準(zhǔn)河南工程學(xué)院機械原理課程設(shè)計課程名稱機械原理課程設(shè)計題目名稱插床機構(gòu)課程設(shè)計學(xué)生學(xué)院機械工程系專業(yè)班級機械設(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文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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)桿機構(gòu)分析與設(shè)計71. 機構(gòu)的尺寸綜合72. 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析73. 凸輪機構(gòu)設(shè)計13(1). 確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸13(2).凸輪廓線的繪制16、工作原理:插床機械系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要是由導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組成。下圖為其參考示意圖，電動機經(jīng)過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動曲柄

2、2轉(zhuǎn)動， 再通過導(dǎo)桿機構(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Q上的凸輪驅(qū)動擺動從動件 6d和其它有關(guān)機構(gòu) （圖中未畫出）來完成的。二、設(shè)計要求：電動機軸與曲柄軸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)速偏差為土 5%。要求導(dǎo)桿機構(gòu)的最小傳動角不得 小于60 ；凸輪機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值a 之內(nèi)，擺動從動件8的升、

3、 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/0.05H70 05上b）插刀陰力曲錢圖b)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)三、設(shè)計數(shù)據(jù)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速n2力臂d(mm曲柄l。2 mm插刀行程代mm行程速比 系數(shù)K60 100601101.6導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析從動件 最大擺角申max從動件桿長許用壓力角推程運動角&遠(yuǎn)休止角回程運動角6 o1512542651065四、設(shè)計內(nèi)容及工作量：1 、根據(jù)插床機械的工作原理，擬定 23個其他形式的執(zhí)行機構(gòu)（連桿機 構(gòu)），并對這些機構(gòu)進(jìn)行分析對比。2 、根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，Ibc二

4、0.5 0.6 Ibo4。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架C2C4位于同一直線位置時，滑塊6的速度和加速度。4、凸輪機構(gòu)設(shè)計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸（基 圓半徑ro、機架|。2。8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)計的機構(gòu)運動簡圖。文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)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1 1由

5、兩個四桿機構(gòu)組成。使ba,構(gòu)件1、2、3、 6便構(gòu)成擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，基本參數(shù)為 b/a= o構(gòu)件3、4、5、6構(gòu)成 搖桿滑塊機構(gòu)。圖1 1方案特點如下：1) .是一種平面連桿機構(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) k =(180旳/(180 -旳, 而v -arcsin(1/ )。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H =2Lcd sin(r/2)，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900 o搖桿滑 塊機構(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

6、，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1 2將方案I中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動副變?yōu)?移動副，并將連桿4變?yōu)榛瑝K4。即得方案II，故該方案具備第一設(shè)計計算及說明結(jié) 果方案的特點以外，因構(gòu)件4與5間的傳動角也始終為900，所以受 力更好，結(jié)構(gòu)也更加緊湊。圖1 2文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果3. 方案III此方案如圖1 3為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，機構(gòu)的基本尺寸為 a、b、eo文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)

7、準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果方案特點如下:(1) .是四桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)較前述方案簡單。(2) . 因極位夾角 - arccose/ (a b - arccose/(b - a)丨，故具有 急回作用，但急回作用不明顯。增大 a和e或減小bo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 min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，米用方案II以采用方案II較宜。(二).導(dǎo)桿機構(gòu)分析與設(shè)計文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果設(shè)計計算及說明1. 機構(gòu)的尺寸綜合因為 k =(180 R/(1800 -力、.:J

8、 = 2arcsin( a /b)- . v而K=1.6由上面方程可得：v -.-41.5又因為 a =I2a =60mm，可得：b =0204 = 169.2mm 根據(jù)幾何關(guān)系：H =2Ib04 sin(0/2) =110mm可得Lb04 =145.78mmLbc = (0.5 -0.6)Lbo4 =72.89mm-87.47mm取Lbc =80mm2. 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析八.-41.50b = 0204 二 169.2mmLB。=145.78mm1).當(dāng)在(a)所示位置時，此時構(gòu)件 4處在極位文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果Lbc =80mm文案大全

9、實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果(a)速度分析：曲柄的長度為Io2a =60mm，轉(zhuǎn)速n=46r/min2兀 n 3 146曲柄的角速度為 w2=.= 4.815rad / s60 60VA4 二 VA3 VA4A3方向 丄 AO4 - ao2/ ao4大??？W2I02A？由圖解法得：（錯誤）因為VA4a3 =0所以竿4沒有轉(zhuǎn)動,即W4 = 0 ,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：vA=0求B點的速度：由于構(gòu)件4上O4點是B和A的絕對瞬心點AO4 Va4BO4Vb得 vB = 0m / sVao4=0, A4點的速度Va4已知，利用構(gòu)件4

10、上的速度影像有：Va4 =0文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果求Vc : 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：vc 二 VbVcb方向 /導(dǎo)桿 _ BO4- BC大小 ？0?文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果vB = 0m / s可得:=0加速度分析：2 二 n、2因為弘皿AO2=（60）J 蟲8152 60 10”根據(jù)速度合成原理有：ao2ao2=1.39m / s大小a A4nA4a；aA3r akA4A3A4A31.39m /s ?Vc = 0文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果方向o4a可得：aA4 =aA =1.39m/sA3方向：_ o4a又根據(jù)速度合成原理

11、求6滑塊C的速度：a cn二 a CB+ a CB+ a B大小?1.28m / s2方向匸l BCl BC匸總!ab文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果又圖解法作圖解:147aB的值通過aA在AB桿上由杠桿定理求得A3AO4 _ BO41.39 aBaB=AO：1.39145.78 1.39 =1.28 m/158.2又速度比例 0 = 亟 =1.28m/s =0.0088Ipb 145.78所以ac = 147 0.0088=1.294 m/s2方向垂直向上對機構(gòu)分析，同理可得：（二）.滑塊A在下極位的時候. _ 2vC =0 , ac = 147 0.0088=1.294 m/s 方向垂

12、直向下。aA4aA =1.39m/saB=1.28m/s2ac=1.294m/s2（三）. 滑塊A于機架O2O4位于同一位置的右邊時:文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果又杠桿原理有Vb =VA如Io4b0.289m/s 158.2145.78二 0.314m/ s，方向 _vc 0，ac=1.294m/ s2速度分析：Va2 =W2 Io2a =4.815 0.06=0.289m/sVA2VA3又速度合成原理有：Va4 二 Va3 Va4 Va3大小？0.289/m/s0方向一o4a又速度合成原理：V c 二 V B V CB大??？0.314m/s0方向匕人Io4a所以 Vc 二 Vb =0

13、.314m/s加速度分析:o4a 1 o4a所以 VA4 二 v =0.289/m/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明a*r pr222因為 aA2 二 w2Ia2 二 4.8150.06 = 1.39m/svA40.289m/ s0.1582= 1.827rad/s，加速度合成原理有:a aa 4n二 a AA4ta a4r丄ka A 3 a a4 a3 a A4A3大小？2W4lO4A01.39m / s200方向？匸 1 o4a丄Io4a-lO2A00所以aA, = ajA4 =w4|o4a=21.8270.1582 = 0.528m/s2aB = aA,4lO4 A二2802o4ba c

14、 = a ba cba bat CBa CB大小?20.487m/s 00方向-Io4aIo4a00所以ac = aB2=0.487m/s ，方向lO4A，向下加速度合成原理有:（四）滑塊A于機架O2O4位于同一位置的左邊時:結(jié) 果VA4 補=0.289/m/sVc 二 VB =0.314m/sW4=1.827rad/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果Y = 0.673ac20.487m/s又杠桿原理有VA4lO4BlO4A0.289m/s 145.7860=0.702m/ s，方向naA - aA,=20.528m/ s20.487m/s速度分析：Va2 二W2 lo2A =4.815

15、0.06=0.289m/svAvA3又速度合成原理有：Va4 二 Va3 Va4 Va3大??？0.289/m/s0方向Io4a lqA所以 Va4 = 7a =0.289/m/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果|o4a又速度合成原理：v c = v Bv CB大小？0.702m/s0方向Io4a Io4a所以 vc = Vb =0.702m/s加速度分析:文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果vA2 = 0.289m/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果VA4 二=0.289/m/s

16、文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果2,22AO2因為二w；lAO 二 4.8150.06 =1.39m/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果W4vA40.289m/ sIo4a0.06= 4.817rad /s，加速度合成原理有:a A4na A4A4Vb 二 0702m/s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果w：Io4a21.39m /s文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果方向？匸 lO4Ao4alO2A文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果所以aAa二 aA =w2l44文案大全實

17、用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果Io4b|o4a145.78 1.39m/s 3.38m/s260Vc = Vb =0.702m/s加速度合成原理有:Ba CBt cba cb23.38m/s方向1 o4aIo4a所以ac2aB = 3.38m/s方向 向上文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計計算及說明結(jié) 果3. 凸輪機構(gòu)設(shè)計(1).確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸選定推桿的運動規(guī)律：文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)結(jié) 果設(shè)計計算及說明選推桿的運動規(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：2max、： /、7(0 。/2)等減速段

18、:max -2：maxC；0 -、：)2幾0 ( 口 / 2 。)由以上兩個表達(dá)式求得：d : dd : d（；0 12 一： - ；0)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)結(jié) 果文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)結(jié) 果最大擺角時有:2aB = 3.38m/s4 申420二 L、.汀，130 652 3280mm如圖3-1所示為擺桿盤形凸輪機構(gòu)同向轉(zhuǎn)動的尖底擺桿盤形凸輪機構(gòu)，當(dāng)推程尖底與凸輪輪廓上任一點 Bi接觸時，擺桿擺角為 ;：,;：0為擺桿的初始擺角,P點為擺桿和凸輪的相對瞬心，此時機構(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) =OF,dt dq)dt 則 OP/(OP+a)= d

19、.dd將 式分子分母同乘d、：整理得：d d :OP(1)=a d6由式求出OP代入式(1)右邊得:d a+OP=A1- J )在三角形AB1P中由正統(tǒng)定理有：(1)ac23.38m/sa OP _Lsin(90 川爲(wèi))一 sin(90役孑0 一 ：)將式代入式中得:a = L（1 -d ：/d、）COS： COS（：0 ）設(shè)計計算及說明用二90 -代入式中得：過點 O作 OG /P B1 ,貝OAC1 s .：PAB ,再由式(2)得OPd :EC L 二L,等式 正是 OAC1的正弦定理.將等式a+OPd6中的cos( 0；：)展開得：L(1tan a =cot( 0:)d ：)Ja si

20、 n(0曲)打:(8)由等式(8)求得d:L(1- )cos a docos(a0:)(9)將:=90 -代入式(9)得:asin()L(1d ：)d-sin(- 0- )(10)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)結(jié) 果如果在圖3-1所示位置的接觸點B1處的壓力角正好滿足a =,比 較式(10)和式 可知,直線OG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00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：0(a,r。)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(a。)的解域.圖3-1回程時，0,壓力角圖3-2a0,傳力條件變成-tan a 一 tan

21、a,由此可導(dǎo)設(shè)計計算及說明出滿足傳力條件性能的條件:L(S)cos( ad,、.(11) cos(a - - %)將:=90 -代入式(11)得：L(1-竺)一 蘭,一疋(12)sin( ) cos( 0 ：；叩)同理出可以求出回程時的 a和;0(a, r0)的解域.推程和回程的 解域的交集便是該凸輪機構(gòu)保證傳力性能好的a和0(a,r。)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構(gòu)的a和%心山)的解域.由圖可知,L(d/d6)-的線圖是在擺桿的各個 以A為圓心的以L=AB1為半徑的圓弧線上取點如圖中B1,推程時沿 著此位置時的擺桿直線 AB1內(nèi)側(cè)量取線段B1C L(:/d ) =

22、80mm： 得C1,過G作G G直線使之與直線AB1傾斜角;同理,回程時也 可沿著擺桿直線 AB1外側(cè)量取回程時的線段BG、L(dd) 得G,作GG 直線使之與直線AB1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B1點數(shù)多,a和(a,r。)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, r0=OB0.如圖3-2所示求得的機架長度a=170mm, r0 =82mm .選取凸輪機構(gòu)為滾子從動件凸輪機構(gòu)。滾子半徑rr =(0.1 0.5) r0,取 rr =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BG=L（d 7d、）=80mm 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%半徑作反轉(zhuǎn)后機架上擺桿轉(zhuǎn)動中心的圓. 自A點開始沿-方向把機架圓分成與圖3-3(b)中橫坐標(biāo)相 應(yīng)的區(qū)間和等分,得點A1, A2, A3-,再以A1, A2, A3為圓心,以AB=L 半徑作弧與基圓交于點B1,B2,B3，得線段A1B1, A2B2,A3B3.文案大