插床 范例 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一、課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)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(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對(duì)于機(jī)械動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析與設(shè)計(jì)有一較完整的概念。二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟1、插床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)插床機(jī)構(gòu)由齒輪、導(dǎo)桿和凸輪等組成，如圖11所示(齒輪、凸輪未畫出)。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速裝置,使曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路yy作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具切削運(yùn)動(dòng)，并要求刀具有急回運(yùn)動(dòng)。刀具與工作臺(tái)之間的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是由固結(jié)于軸O2上的凸輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)桿和其它有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖

2、中未畫出）來完成的。插床設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表11所示。圖11 插床機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表1-1 插床設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2、插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟（1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 步驟 1）設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dòng)簡(jiǎn)圖。選取長(zhǎng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。曲柄位置的作法如圖1-2；取滑塊5 在下極限時(shí)所對(duì)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(gè)曲柄位置，位置5對(duì)應(yīng)于滑塊5處于上極限位置

3、。再作出開始切削和終止切削所對(duì)應(yīng)的5和12兩位置。共計(jì)14個(gè)機(jī)構(gòu)位置，可以14個(gè)學(xué)生為一組。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(dòng)線圖。為了能直接從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上量取滑塊位移，取位移比例尺s=l，根據(jù)機(jī)構(gòu)及滑塊5上C點(diǎn)的各對(duì)應(yīng)位置，作出滑塊的運(yùn)動(dòng)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(jié)果與4）相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法的結(jié)果比較。圖1-2 用圖解微分法求滑塊的位移與速度線圖4）用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法作速度、加速度多邊形。選取速度比例尺v(m·s-1)/mm和加速度比例尺 a(m·s-2)/mm，作該位

4、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(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析已知 各構(gòu)件重力G及其對(duì)重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖（圖11）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）。力分析的方法請(qǐng)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(duì)重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖（圖11）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(diǎn)與切削終點(diǎn)等效阻力矩應(yīng)有雙值）2）

5、選取力矩比例尺M(jìn)(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(duì)Mr進(jìn)行積分求出Ar-曲線圖，假設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩Md為恒定，由于插床機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期內(nèi)做功相等，所以驅(qū)動(dòng)力矩在一個(gè)周期內(nèi)的做功曲線為一斜直線并且與Ar曲線的終點(diǎn)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(dòng)能增量線。取比例尺 （mm），動(dòng)能變化dr，其值可直接由圖1-4上d（）與r（）曲線對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)線段相減得到，由此可作出動(dòng)能變化曲線Ad與Ar相減的曲線圖（如圖1-5）。圖1-5 作動(dòng)能增量線圖4）計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF已知 機(jī)

6、器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)，機(jī)器在曲柄軸1上轉(zhuǎn)速n1，在圖1-5中，E的最大和最小值，即max和min位置，對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)Emax和Emin之間的距離gf，則所以JF為：三、圖解微分法與圖解積分法簡(jiǎn)介1、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(diǎn)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(shí)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(diǎn)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

7、( m/s/mm )。該式說明當(dāng)K為直角三角形中角的相鄰直角邊時(shí),(Ktg)為角的對(duì)邊。由此可知,在曲線的各個(gè)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(diǎn)處的切線的直角三角形的對(duì)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(biāo)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(zhǎng)至o點(diǎn),o0=K(mm),距離K稱為極距,點(diǎn)o為極點(diǎn)。過o點(diǎn)作s=s( t)曲線(圖1-6)上各位置切線的平行線o1"、o2"、o3".等,在

8、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(shí)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(zhǔn)確地作出曲線的切線，這常常是非常困難的，因此實(shí)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(diǎn),可得弦線1'2'、2'3'、3'4'.等,它們與相

9、應(yīng)區(qū)間位移曲線上某點(diǎn)的切線平行。當(dāng)區(qū)間足夠小時(shí),該點(diǎn)可近似認(rèn)為在該區(qū)間(例2,3)中點(diǎn)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(diǎn)o,從o點(diǎn)作輻射線o1'、o2'、o3'、o4'.等,使分別平行于弦線01'、1'2'、2'3'、3'4'.并交縱坐標(biāo)軸于1"、2"、3".等點(diǎn)。然后將對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)投影相交,得到一個(gè)個(gè)小矩形(例圖1-7b中矩形22"33"),則過各矩形上底中點(diǎn)(例圖1-7b中e,f

10、點(diǎn)等)的光滑曲線,即為所求位移曲線的速度線圖(v=v(t)曲線)。2、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(biāo)比例尺求r的理論依據(jù)如下：設(shè)計(jì)：一、確定各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、插削機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：由題知：桿1的極位夾角為=180*（K-1）/（K+1）； 故有為了使構(gòu)件4對(duì)構(gòu)件5的平均傳動(dòng)角比較大，故應(yīng)有：則可得：所得數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)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(jì)：四種方案的推程運(yùn)動(dòng)規(guī)律：1、 等加速等減速2、 余弦3、 正弦4、 五次多項(xiàng)式回程運(yùn)動(dòng)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（）： 所得數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心距Lo2o4(mm)1008510585滾子半徑rt(mm)15151515基圓半徑R0(mm)48544855設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：畫自己的圖在A1圖紙上有二、假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)動(dòng)，畫出滑塊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(dòng)學(xué)分析）1）位置分析建立封閉矢量多邊形 （式1）將機(jī)構(gòu)的封閉矢量方程式（1）寫成在兩坐