插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計

1、機(jī)械原理課程設(shè)計計算說明書課題名稱：插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計姓名：張也院別：工學(xué)院學(xué)號：專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級：機(jī)設(shè)1201班指導(dǎo)教師：魏原芳2014年6月7日工學(xué)院課程設(shè)計評審表學(xué)生姓名張超專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自 動化年級2012 級學(xué)號2012010803設(shè)計題目插床機(jī)構(gòu)設(shè)計評價內(nèi)容評價指標(biāo)評分 權(quán)值評定 成績業(yè)務(wù)水平有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識；能正確設(shè)計機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案（或正確建立數(shù)學(xué)模型并運(yùn)用 matlab進(jìn)行仿真）；對所設(shè)計機(jī) 構(gòu)的特定位置進(jìn)行運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析。獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計工 作，能運(yùn)用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題；能正確處 理設(shè)計數(shù)據(jù)；能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價值的

2、結(jié)論。40論文（設(shè) 計說明 書、圖紙） 質(zhì)量論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；設(shè)計方法正確，分析處理科學(xué)；文 字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號今，編號齊全，書寫工整規(guī)范， 圖表完備、整潔、止確；圖紙繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)；計算結(jié)果準(zhǔn) 確；工作中啟創(chuàng)新思識；對前人工作后改進(jìn)或灸破，或后獨(dú)特 見解。40工作量、 工作態(tài)度按期完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵 守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。20合計100指導(dǎo) 教師 評語設(shè)計目錄1機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)書41.1 課程設(shè)計的目的和任務(wù) 41.2 機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù) 41.3 設(shè)計內(nèi)容 61.4 設(shè)計步驟和要求 62機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計71.1 插床簡介 .71

3、.2 設(shè)計數(shù)據(jù) .83插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算93、1曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算93、2用圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 143、3用圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析 184凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 21.心得與體會 22參考文獻(xiàn):23機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名張超班級 學(xué)01學(xué)號位置10設(shè)計題目一：插床機(jī)構(gòu)設(shè)計及分析一、課程設(shè)計的目的和任務(wù)1 .課程設(shè)計的目的機(jī)械原理課程設(shè)計是機(jī)械原理教學(xué)的一個重要組成部分。機(jī)械原理課程設(shè)計的目的在于進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的機(jī)械原理理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對機(jī)械的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計有一較完整的概 念，并進(jìn)一步提高電算、繪圖和使用技術(shù)資料的能

4、力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和 創(chuàng)新機(jī)械的能力。2 .、課程設(shè)計的任務(wù)用圖解法對插床的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析，設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)。要求 畫出A1圖紙一張，寫出計算說明書一份。二、機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1 .插床主要由齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等組成，如圖 1所示。電動機(jī) 經(jīng)過減速裝置（圖中只畫出齒輪 乙、Z2）使曲柄1轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)12 -3-4-5- 6,使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路作往復(fù)直線運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具切削運(yùn)動。 為了縮短空行程時間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具具有急回運(yùn)動。刀具與工作臺之 間的進(jìn)給運(yùn)動，是由固結(jié)于軸。2上的凸輪驅(qū)動擺動從動件 O4D和其他有關(guān)機(jī)構(gòu) （圖中未畫出）來完成的。為了縮

5、短空回形成時間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具有 急回運(yùn)動。在工作行程中，刀具上作用有相當(dāng)大的切削阻力，在切削行程的前后各有一 段0.05H （H為刀具行程）行程，如圖2所示。而在空回行程中則沒有切削阻力， 因此在一個工作循環(huán)中，刀具受力變化很大，從而影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，為減 小主軸的速度波動，需采用飛輪調(diào)速，以減小電動機(jī)容量和提高切削質(zhì)量。 插床機(jī)構(gòu)簡圖如圖1所示，題目數(shù)據(jù)列于表1。圖1插床機(jī)構(gòu)簡圖F *Fmax-i Sc 0.050.05H一圖2插刀阻力曲線2.設(shè)計數(shù)據(jù)見表1表1設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動分析符號n1KlBC/l O3ALO2O3abcHZ1單位r/minmm數(shù)據(jù)602

6、1150505012510013設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計符號Z2G3G5Js3Fr小maxLO2O4lO4D單位Nkg/m2mmNmm數(shù)據(jù)401603200.14120100015147125設(shè)計內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計符號r0rT60S 01S 0S 02從動桿運(yùn) 動規(guī)律單位等加速等 減速數(shù)據(jù)6115601060230在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，有30個連續(xù)等分的130個位置，其中工作上極限位置為1, 在本方案中行程速比系數(shù)為k=2,使等分位置21與工作行程的下極限位置重合。 刀具距上下極限位置0.05H時曲柄所在位置為3和18?？偣?2個位置，插床機(jī) 構(gòu)中曲柄位置分布如圖3所示。圖3插床機(jī)

7、構(gòu)中曲柄位置圖三、設(shè)計內(nèi)容四、設(shè)計步驟和要求1)設(shè)計步驟1、設(shè)計導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。按已知條件確定導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)各未知數(shù)，其中滑塊 5的導(dǎo)路 位置可根據(jù)連桿4傳力給滑塊5最有利條件來確定，即導(dǎo)路應(yīng)位于B點(diǎn)所畫圓弧 高的平分線上。2、做機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。選取長度比例尺(i=0(m/s)/mm,先用虛線繪出機(jī)構(gòu)極限位置1,然后用粗線畫出所分配位置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并確定當(dāng)前位置 C點(diǎn)位 移sc03、做運(yùn)動分析。選取速度比例尺w=(m/s)/mm速度、加速度比例尺w=(m/s2)/mm,用相對運(yùn)動圖解法作分配位置的速度多邊形和加速度多邊形，確 定當(dāng)前位置C點(diǎn)速度vc和加速度ac及根據(jù)速度和加速度影像求各構(gòu)件重心的速 度v

8、s和加速度aso4、確定阻力。根據(jù)切削阻力曲線，將所分析位置相應(yīng)的切削阻力。5、計算導(dǎo)桿的慣性力和慣性力偶矩以及滑塊的慣性力，并將導(dǎo)桿的慣性力 和慣性力偶矩合成為一個總慣性力，同時求出該力至重心的距離。6、動態(tài)靜力分析。將機(jī)構(gòu)拆分為若干基本桿組，以桿組為分離體，畫出作 用在其上的所有外力，然后取力比例尺 w=N/mm,用力多邊形或力矩平衡方程 求各運(yùn)動副反力和曲柄上的平衡力矩 Mb。7、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計繪制從動桿的運(yùn)動線圖，畫出凸輪實(shí)際輪廓曲線。以上作圖部分畫在圖紙上，同時整理說明書。2）設(shè)計要求1、繪圖問題A1圖紙一張，A1圖紙1張，繪圖工具一套。2、繪圖要求作圖準(zhǔn)確，布置勻稱，比例尺合適，圖面

9、整潔，線條尺寸應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。3、計算說明書要求計算程序清楚，敘述簡要明確，文字通順，書寫端正。任務(wù)分配田2468101214161818 學(xué)號123456789102022學(xué)號1112、機(jī)構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1、插床機(jī)構(gòu)簡介插床是一種用于工件內(nèi)表面切削加工的機(jī)床。主要有齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等組成，如下圖1-1a所示。電動機(jī)經(jīng)過減速器裝置（圖中只畫出齒輪z1、z2）使曲柄1轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1-2-3-4-5-6, 使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路y-y作往復(fù)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(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)動擺動從動件O4D和其他有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖中未畫出）來完成的。

10、為了縮短空行程時間，提高效率，要求刀具有急回運(yùn)動。圖1-1b所示為阻力線a)圖1-1b)圖1-12、設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)見表1-1圖3-30插床機(jī)插床機(jī)構(gòu)運(yùn)動分組1234插刀往復(fù)次數(shù)n （次/min ）306090120插刀往復(fù)行程H （mm1001209060插削機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)K2222中心距Lo2o3(mm)160150140130桿長之比L(BC)/L(o3B)1111凸輪擺桿長度Lo4d(mm)125125125125凸輪擺桿行程角巾(。)15151515推程許用壓力角a (。)45454545推程運(yùn)動角6 0( )60906090回程運(yùn)動角6 0( )90609060遠(yuǎn)程休止角6 01

11、()10151015速度不均勻系數(shù)60.030.030.030.03最大切削阻力Q(N)2300220021001000阻力力臂d(mm)150140130120滑塊5重力G5(N)320340330320構(gòu)件3重力G3(N)160140130120構(gòu)件3轉(zhuǎn)動慣量J3(kg*m2)0.140.110.10.1三、插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算1、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算圖1-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡圖已知 QO2=150mm, BC/BO2 1,行程 H=100mm,行程比系數(shù) K=2 ,根據(jù)以上信息確定曲柄OiA, BC,BO2長度，以及O2到Y(jié)Y軸的距離。(1)、OiA長度的確定圖1-2a)曲柄Oi

12、A長度的確定具體計算過程如下：由 K (1800 )/(1800 )，得極位夾角：60,首先做出曲柄的運(yùn)動軌跡，以O(shè)i為圓心，OiA為半徑作圓，由圖 知，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，當(dāng)02A轉(zhuǎn)到02A時，與圓相切于上面，刀具處 于下極限位置；當(dāng)02A轉(zhuǎn)到02A2,與圓相切于下面時，刀具處于上極 限位置。于是可得，02 A與02 A2得夾角即為極為夾角60。由幾何關(guān)系知， A0Q2 人2。1。2 , 于是可得， A10Q2 4002 60, 由幾何關(guān)系可得： 01A cos ?。1。2O(2)、桿BC、B02的長度的確定圖1-2b）桿BC、BO2長度的確定由圖1-2b）得知，刀具處于上極限位置C2和下極限位

13、置Ci時,C1C2長度即為最大行程H=100mm,即有CiC2=100mm。在確定曲柄長度過程中，可知，A1O1O2 A2O1O2600 ,那么可得，B1O2B260,故可知，B1B2O2為等邊三角形。又由幾何關(guān)系可知，口 BiB2c2C1為平行四邊形，二 B2B1 C2C1,又由上知，B1B2O2為等邊三角形，于是B1O2 B2B1 ,那么可得，B2O2100mm,即BO2100mm已知，B1O2 B2B1,于是可知，即桿的長度為BC BO2 100mm。(3)、O2到Y(jié)Y軸的距離的確定圖1-2c) O2到Y(jié)Y軸的距離的確定I 為由圖1-2c)我們可以看出，YY軸由yiyi移動到y(tǒng)3y3過程

14、中，同一點(diǎn) 的壓力角先減小，后又增大，那么在中間某處必有一個最佳位置，使 得每個位置的壓力角最佳。那么我們考慮以下兩個位置:、當(dāng)yy軸與圓弧B2B1剛相接觸時，即圖3中左邊的那條點(diǎn)化線, 與圓弧B2B1相切與B1點(diǎn)時，當(dāng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)到B2,Bi,將會出現(xiàn)最大壓力角。、當(dāng)YY軸與B2B1重合時，即圖中右邊的那條點(diǎn)劃線時，B點(diǎn)轉(zhuǎn)到 B1 時將出現(xiàn)最大壓力角。為了使每一點(diǎn)的壓力角都為最佳， 我們可以選取YY 軸通過 CB1中點(diǎn)（C點(diǎn)為O2BI與B2B1得交點(diǎn)）。又根據(jù)幾何關(guān)系可知，由上易知，B2O2C 300 ，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得， l 93.3mm即 O2 到 YY 軸的距離為 93.3mm。綜上，插床主體

15、設(shè)計所要求的尺寸已經(jīng)設(shè)計完成。選取1:2 的比例尺，畫出圖形如附圖 A1 紙上機(jī)構(gòu)簡圖所示。2 、 用圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析已知 w 60r /m ，逆時針旋轉(zhuǎn)，由作圖法求解位移，速度，加速度。規(guī)定位移、速度、加速度，插刀處于上極限位置時位移為0。（ 1）、速度分析由已知從圖中可知，VA2與02A垂直，Va3A2與02 A平行，VA3與02A 垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點(diǎn)的方法可得，其中，VA2是滑塊上與A點(diǎn)重合的點(diǎn)的速度，VA3A2是桿AOB上與 A點(diǎn)重合的點(diǎn)相對于滑塊的速度，VA3是桿AOB上與A點(diǎn)重合的速度。 又由圖知，vB與O2B垂直，vCB與BC垂直，vC與YY軸平行，有理論

16、力學(xué)同一構(gòu)件不同點(diǎn)的方法可得：其中，vc是C點(diǎn)，即插刀速度，vBC是C點(diǎn)相對于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動速度， vB為B點(diǎn)速度。又B點(diǎn)是桿件3上的一點(diǎn)，桿件3圍繞02轉(zhuǎn)動，且B點(diǎn)和桿件與A點(diǎn)重合的點(diǎn)在02的兩側(cè)，于是可得：由圖量得03A3 111mm,則可到得，由已知可得，vA2 w 01A 275 471mm/s,規(guī)定選取比例尺出帛=0.0047m - s 1/mm,則可得矢量圖如下：圖 1-4a)速度多邊形(A=0.0047m -sVmm)最后量出代表vc的矢量長度為43mm,于是可得，vc=0.202m/s,即曲柄轉(zhuǎn)過108時，插刀的速度為0.202m/so (2)、加速度分析由理論力學(xué)知識可得矢量方程：

17、krA3A2 A3A2 A3A2大小 ？方向 ？其中，A2是滑塊上與A點(diǎn)重合點(diǎn)的加速度，A2= 2 0iA4 4 75 2957.88mm/s2 ,方向由 A4指向 O是科A3A2氏加速度，k，.9 2 Q vAqA9 335 .96 mm/s2 (其中 vA3,vA3A2A 3 A 23A 3 A 2A 3 A 2是A4相大小均從速度多邊形中量得），q方向垂直02A4向下;n對于滑塊的加速度，大小位置，方向與 O2A4平行；A3A2是C點(diǎn)相對于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動的向心加速度，c2=vCb/BC 458.8mm/s2,方向過A3O2 t由C指向B; A302是c點(diǎn)相對于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小位 置，

18、方向垂直BC。次矢量方程可解，從而得到A3。B時桿AOB上的一點(diǎn)，構(gòu)AOB圍繞02轉(zhuǎn)動，又A4與B點(diǎn)在02的兩側(cè)，由t R, n 2r （是角加速度）可得量出O2A4則可得到 B的大小和方向。又由理論力學(xué)，結(jié)合圖可得到，其中，aR在上一步中大小方向都能求得； BnCB是c相對于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動的向心加速度aCB Vbc / BC 917.6mm/s2,方向由C點(diǎn)指向B點(diǎn)；Cb是C相對于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小未知，方向與 BC垂直。矢量方程可解，從而可得到 C點(diǎn)，即插刀的加速度。取比例尺j =0.0296m?s 2 / mm,可得加速度矢量圖如下：圖 1-4（b）加速度多邊形（UA=0.0296m?

19、s2/mm）由圖（1-4b）直尺量的淺長度為30mm,于是可得a3=0.888m/s2。即當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過1080時，插刀白加速度為0.888m/s2。3、用圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析根據(jù)運(yùn)動分析的結(jié)果，按照下列步驟用圖解法對插床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個位置進(jìn)行 動態(tài)靜力分析。1）、計算慣性力和慣性力矩導(dǎo)桿3的慣性力和慣性力矩為：Fi=5.98N, Mi=1.22kgm。慣性力作用在質(zhì)心 當(dāng)上。2、動態(tài)靜力分析1）由桿組4的受力圖和力的平衡條件可得：其中？為構(gòu)件4與豎直方向的夾角。解方程可以求得和，取合適的力比例尺 R5 20N,R34 141NF =10N/mm 作出力多變形。2）由桿組3的受力圖和平衡

20、條件可得：解方程式可得。在對O3點(diǎn)取距：其中，11為R43至I O3點(diǎn)的垂直距離，12為G3到O3點(diǎn)的垂直距離，13為Fi3 到O3點(diǎn)的垂直距離，14為FAO2IJ O3點(diǎn)的垂直距離。求得：FAO2=387.98N取合適的力比例尺 F =10N/mm作出力多變形。3）由曲柄1的受力圖和平衡條件得：式中，h是力心對點(diǎn)A力臂的圖示長度。根據(jù)方程式可求得平衡力矩四、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算利用作圖法按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線，具體設(shè)計步驟： 繪制從動件的運(yùn)動線圖，由已知鈾= 15。、%=60、3=1”、 星=60、詬n =,可畫出其運(yùn)動規(guī)律，如下圖所示： 圖1-2d）從動件的運(yùn)動線圖畫出凸輪實(shí)際

21、輪廓曲線，根據(jù)圖1-2d）運(yùn)動規(guī)律，由已知數(shù)據(jù)，利心得體會作為一名機(jī)械設(shè)計制造及其自動化大二的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計 是十分有意義。時光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，課程設(shè)計也接近的尾聲.說起課程設(shè)計，在這次實(shí)踐的過 程中學(xué)到了一些除技能以外的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯 示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制，最重要 的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化 .?？在社會這樣一個大群體里面，溝通自然是為人處世的基本，如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān) 系值得我們?nèi)ド钏己腕w會.在實(shí)習(xí)設(shè)計當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很大，有些人 很有責(zé)任感，把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù)，并為之付出了很大的努力， 不斷的思考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然，總覺得自己的弱勢.其實(shí) 在生活中這樣的事情也是很多的，當(dāng)我們面對很多問題的時候所采取的具體行動 也是不同的，這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果.很多時候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一 種解決問題的心態(tài)，而不是看我們過去的能力到底有多強(qiáng)，那是一種態(tài)度的端正和 目的的明確，只有這樣把自己身置于具體的問題之中，我們才能更好的解決問題.？我認(rèn)為最重要的就是做好設(shè)計的預(yù)習(xí)，認(rèn)真的研究老師給的題目，其次，老 師對題目的講解要一絲不茍的去聽去想，因?yàn)橹挥卸济靼琢耍銎鹪O(shè)計就會