插床范例機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書要點

1、機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書一、課程設(shè)計的目的機(jī)械原理課程設(shè)計是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，其目的在于進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立 解決有關(guān)實際問題的能力，使學(xué)生對于機(jī)械動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)的分析與設(shè)計有一較完整的 概念。二、課程設(shè)計的內(nèi)容與步驟1、插床機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)插床機(jī)構(gòu)由齒輪、導(dǎo)桿和凸輪等組成，如圖 1 1所示（齒輪、凸輪未畫出）。電動機(jī) 經(jīng)過減速裝置，使曲柄1轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路 y-y作往復(fù)運(yùn)動， 以實現(xiàn)刀具切削運(yùn)動，并要求刀具有急回運(yùn)動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運(yùn)動，是由固 結(jié)于軸o2上的凸輪驅(qū)動擺動從動桿和

2、其它有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖中未畫出）來完成的。插床設(shè)計 數(shù)據(jù)如表1 1所示。圖1揄床機(jī)構(gòu)筒圖圖11插床機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動簡圖表1-1插床設(shè)計數(shù)據(jù)表設(shè)計蛀據(jù)2、插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容與步驟(1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計與運(yùn)動分析i機(jī)構(gòu)的設(shè)計及遼動分析1?*速比系斂k.消境的忡1羽3%曲，比推廣和曲帆】的轉(zhuǎn)就批步驟1)設(shè)計導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。按已知數(shù)據(jù)確定導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的各未知參數(shù)，其中滑塊 5導(dǎo)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(yīng)位于b點所畫圓弧高的 平分線上（見參考圖例1）2）作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。選取長度比例尺 口（m/mm）,按表1-2所分配的加速度位置用粗線畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。曲柄位置的作法如圖1-2；取滑塊

3、5在下極限時所對應(yīng)的曲柄位置為起始位置1,按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分，得12個曲柄位置，位置5對應(yīng)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(yīng)的5/和12/兩位置。共計14個機(jī)構(gòu)位置，可以14個學(xué)生為一組。10md -鼻45 切削終點12,12.115,切削始點圖1-2曲柄位置圖表1-2機(jī)構(gòu)位置分配表3）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，取位移比例尺小s=，根據(jù)機(jī)構(gòu)及滑塊5上c點的各對應(yīng)位置，作出滑塊的運(yùn)動線圖 sc（t）、然后根據(jù)sc線圖用圖解微分法（弦線法）作滑塊的速度 vc線圖（圖1-2）,并將其結(jié)果與4）相對運(yùn)動圖解法的結(jié)果比較虱m四每個學(xué)生都要畫v(m

4、/s 沁16圖1-2用圖解微分法求滑塊的位移與速度線圖4）用相對運(yùn)動圖解法作速度、加速度多邊形。選 取速度比例尺仙v（m -s1）/mm和加速度比例尺a（m s2）/mm,作該位置的速度和加速度多邊形（見圖1-3）。求va其中1 = 2二口 /60 (rad/s)歹（j出向量方程，求va3和aa3va3=va2va3a2n taa3 , aa3 = a-i一一k . ra2aa3 a2aa3a2用速度影像法求vb和ab列出向量 方程，求vd acvc = vbvcbac - ab . acb . acba）速度圖b）加速度圖圖1-3位置7的速度與加速度圖（2）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析已知各構(gòu)件重

5、力g及其對重心軸的轉(zhuǎn)動慣量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） o力分析的方法請參考機(jī)械原理教材圖1-4位置7的力分析圖已知各構(gòu)件重力g及其對重心軸的轉(zhuǎn)動慣量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，求出等效構(gòu)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(yīng)有雙值）2）選取力矩比例尺pm（n.mm/mm）,繪制等效阻力矩mr的曲線圖（圖1-4）m(nm)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(jìn)行積分求出ar-小曲線圖，假設(shè)驅(qū)動力矩md為恒定，由于 插床機(jī)構(gòu)在一個運(yùn)動循環(huán)周期內(nèi)做功

6、相等，所以驅(qū)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(dǎo)數(shù)關(guān)系可以求出md曲線（為 一水平直線）。3）作動能增量eih線。取比例尺 回=k （j / mm ）,動能變化 e = a d a r,其值可直接由圖1-4上ad （加與ar （?。┣€對應(yīng)縱坐標(biāo)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exh線圖4）計算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量jf已知機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)6,機(jī)器在曲柄軸1上轉(zhuǎn)速ni,在圖1-5中， e的最大和最小值，即mac和mn位置，對應(yīng)縱坐標(biāo) emax和a emin之間的距離gf,則am

7、ax = ：emax -emin = 尸 e所以jf為:900amax_ 2 2、二 n三、圖解微分法與圖解積分法簡介1、圖解微分法卜面以圖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：ds v =-sdy-s產(chǎn)y = -s tan :5 6 1 8 9 10 11 12 t出切線法b）弦線法tdxt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,a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vtga,為了 用線段來表示速度，引入極距k(mm)

8、,則ds-sdyls.二sv = - = s tan ： = k tan =vk tan ;dttdxttk式中pv為速度比例尺，二s/tk ( m/s/mm )。該式說明當(dāng)k為直角三角形 中a角的相鄰直角邊時，(ktg a )為角a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 a )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(biāo)系v=v(t)(圖1-7a),其中分別以n v和平作為v軸和t軸的比例 尺，然后沿軸向左延長至。

9、點,o0=k(mm),距離k稱為極距，點。為極點。過。點作s=s( t) 曲線(圖1-6)上各位置切線的平行線。1、。2、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等位置時的速度，從而很 容易畫出位移曲線的速度曲線(圖1-7a)0-1_i_8 9 ta）切線法b）弦線法圖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曲線上相鄰兩點，

10、可得弦線12、23、34等,它們與相應(yīng)區(qū)間位移曲線上某點的切線平行。當(dāng)區(qū)間足夠小時，該點可近似認(rèn)為在該區(qū)間（例2,3）中點。1、。2、。3、o4等，使分別平行于弦線的垂直線上。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(biāo)系v=v（t）并取定極距k及極點。，從o點作輻射線01、12、23、34并交縱坐標(biāo)軸于1、2、3”等點。然后將對應(yīng)坐標(biāo)點投影相交得到一個個小矩形（例圖1-7b中矩形2233”）,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曲線）。2、圖解積分法解積分法為圖解微分法的逆過程。極距k（mm）,用圖解積分法由力

11、矩m r 一小曲線求得力矩所的功ar 一小曲線（圖1-4）由于m= da/d ：(1=ady/ adx = k tan 工k其中故取a r 一小曲線縱坐標(biāo)比例尺 匕=kn,m求ar的理論依據(jù)如下：a = . mrd =.m y*dx = a-lqk2 二okn=m j ：k、 tan： i；：xii 1、確定各構(gòu)件的運(yùn)動尺寸繪制機(jī)構(gòu)簡圖1、插削機(jī)構(gòu)的設(shè)計：由題知：桿1的極位夾角為e =180* （ k-1 ） / （ k+1 ）;故有1 =人出必)4 =乙=h/2/sin(g)為了使構(gòu)件4對構(gòu)件5的平均傳動角比較大，故應(yīng)有：x- 13cos(q)= l3- x則可得：或=屋1+ cos(g)/

12、 2y = m -(小 4所得數(shù)據(jù)如下：設(shè)計數(shù)據(jù)x(mm)1401128456y(mm)75604530l3(mm)1501209060l4(mm)1501209060l1(mm)807570652、送料機(jī)構(gòu)(凸輪機(jī)構(gòu))的設(shè)計： 四種方案的推程運(yùn)動規(guī)律：.j =w =a 等加速等減速/ = el- cos(p71 i;1 2訶=pf % sinoj/ 4)/(24)2、余弦。= ptw；cosgd/4)/(2d)/ =/34)- sin(2prf/4)/(2p) = /ui 1 - cos(2pd/ dq)/3、正弦2p/叫*in(24)/4二 4、五次多項式q/ = co + cxd+ c2

13、cf+ + c4t/ + c5dw= cavy + 2c7w.d+ 3a w/ + 4 cav. cf + 5 gw1/ 1 12 i3141j 1a = 2gw+ 6c”d+ 12c4+ 20g 嗎o回程運(yùn)動規(guī)律：j =fq d/d。) w = - / wj / 4(7=0修正后的等速回程41 = 15 工=4/(24- 2公)取正弦加速度加速階段(d 10):/=/+/(1/4i+sin(pd/4j/p) w = /1w1(cos(41) 1)/41 a - - pf sin(pt7/ 公)/ 4.等速階段j =/i+ (f-(/ 4)/(4 2d。)w =(a - /)w(4 2公)a

14、二()正弦加速度減速階段(d0-d?10):/ =/i(4-sing(4- 1/)/尸) w = /iwi(cos(p(4 4) 1)/41a = pfsin(p(4- d)l41)/412所得數(shù)據(jù)如下：設(shè)計數(shù)據(jù)中心距l(xiāng)o2o4(mm)1008510585滾子半徑rt(mm)15151515基圓半徑r0(mm)48544855設(shè)計簡圖：畫自己的圖在a1圖紙上有、假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)動，畫出滑塊1）位置分析建立封閉矢量多邊形x+ y+ s5i）將機(jī)構(gòu)的封閉矢量方程式（i）寫成在兩坐標(biāo)上的投影式，并化簡整理成c的位移和速度的變化規(guī)律曲線（插削機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析）方程左邊僅含未知量項的形式，即得：2s3c

15、osq= i0302 + li cosq1?s3sinq3 = li sinq1，3 cos(p + q3)+ i4 cosq4 = - x (式 2) ?l3sin(p+ cb)+ lsinq4-號=y解上述方程組得：s3 = v (1o3o2 + licosqi)2+ (lsinq)2, li sin qi q3 = arctan-lo3o2 + li cosqi(式3)q4 = arccos- x- 13 cos(p+ q3) 電=l3sin(p + q3)+ sinq4- y2）角速度分析分別將（式2）對時間取一次導(dǎo)數(shù)3）角加速度分析分別將（式2）對時間取二次導(dǎo)數(shù)、在插床工作過程中，插刀所受的阻力變化曲線如圖2所示，在不考慮各處摩擦、其他構(gòu)件重力和慣性力的條件，分析曲柄