機(jī)械原理-課程設(shè)計(jì).插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3運(yùn)動(dòng)示意圖2.2功能分解1）夾緊工件動(dòng)作；2）工作臺(tái)進(jìn)行前后、左右和圓周方向的間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；3）裝有插刀的滑枕沿鉛垂方向(也可調(diào)有一定傾角)作具有急回特性的往復(fù)直線主切削運(yùn)動(dòng)，插削工件形成各種槽等自己需要的形狀。3機(jī)構(gòu)的選擇3.1機(jī)構(gòu)的選擇參考根據(jù)上訴的設(shè)計(jì)要求和工作臺(tái)需要直線往復(fù)間歇性運(yùn)動(dòng)和間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，還有插刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)在回程階段應(yīng)該盡可能的減少時(shí)間提高效率，因而采用具有急回特性的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)內(nèi)容如表2所示。插床機(jī)械設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)選型功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)插削成形插刀直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（具有急回特性）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)工作換位工作臺(tái)前后，左右方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪3.2主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇方案1方案1方案2方案4方案3圖4主執(zhí)行機(jī)構(gòu)參考方案根據(jù)題目要求及所提供的參數(shù)分析，綜合插床機(jī)構(gòu)自身特點(diǎn)，以及機(jī)構(gòu)方案選擇的相關(guān)要求，我們最終選擇的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)是方案1。因?yàn)榉桨?機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為簡(jiǎn)易，受力簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)易于控制分析。同時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角較小，有利于提高機(jī)構(gòu)受力情況，并且經(jīng)過分析計(jì)算得到該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率較其它方案高。故最終選擇方案1。4.原動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)上述的設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)以及插床自身工作特點(diǎn)，選擇合適的原動(dòng)機(jī)使得在通過它來傳遞動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)形式、參數(shù)。原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性以及各項(xiàng)性能與機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的負(fù)載特征和工作要求的匹配，在很大程度上決定了整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的工作性能和機(jī)構(gòu)特征。根據(jù)本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，參考機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖以及傳動(dòng)特征，參照原動(dòng)機(jī)選擇的要求，根據(jù)題目所給插床的數(shù)據(jù)分析，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)暫時(shí)采用：Y180L-6,額定功率N=22KW，額定轉(zhuǎn)速n=970r/min，設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格Y180L-6極數(shù)6額定功率（kw）15轉(zhuǎn)速（r/min）970電壓（V）380額定電流（A）6.5效率（%）89.5功率因數(shù)（cosφ）0.81重量（kg）200最大長(zhǎng)、寬、高（mm）710x465x4305.擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)選擇Y180L-6,額定轉(zhuǎn)速960r/min由題意得，假設(shè)插床每分鐘的往復(fù)次數(shù)為15—75次，6檔，即轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=6由于本傳動(dòng)系統(tǒng)的最大傳動(dòng)比所以帶傳動(dòng)的速比為8，齒輪傳動(dòng)的速比為也為8。公比則插床插刀各檔的速度為：75、54、39、29、21、15。由假設(shè)得：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速采用970轉(zhuǎn)/分。根據(jù)機(jī)構(gòu)的選擇，按已選定的兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式和機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。一個(gè)導(dǎo)桿插削機(jī)構(gòu)和皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)的不完全齒輪間歇旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。1）確定變速組數(shù)目和變速組排列方式由于轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=6，故取兩個(gè)變速組，根據(jù)各變速組，根據(jù)各變速組中傳動(dòng)副數(shù)目應(yīng)遵循前多后少的原則，選擇:即前面用一個(gè)三聯(lián)齒輪，后面用一個(gè)雙聯(lián)齒輪。2）確定基本組和擴(kuò)大組根據(jù)前緊后松的原則，選擇6=31·23方案，即第一變速組為基本組，其三檔傳動(dòng)比在轉(zhuǎn)速圖上相差一格；第二變速組為擴(kuò)大組，兩檔傳動(dòng)比在轉(zhuǎn)速圖上相差三格。3）確定是否增加定傳動(dòng)比降速級(jí)由于本傳動(dòng)系統(tǒng)的最大傳動(dòng)比為減小二級(jí)變速組的傳動(dòng)比，考慮到主執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件必須與大齒輪固聯(lián)，且驅(qū)動(dòng)它的小齒輪不能做成滑動(dòng)齒輪，故這一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比固定。通過類比，選定為4。設(shè)增加一級(jí)V帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比選定為4.2，則二級(jí)變速組的最大傳動(dòng)比為：4)分配速比由上述計(jì)算知，變速組的最大傳動(dòng)比為3.81≈1.44，設(shè)取第一變速組、第二變速組的最大傳動(dòng)比均為1.4×1.4=1.96，則第一變速組的三個(gè)傳動(dòng)比分別為：1.96、1.4和1；第二變速組的二個(gè)傳動(dòng)比為1.96和0.714。6．繪制系統(tǒng)工作循環(huán)圖1）首先確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)功循環(huán)時(shí)間T，在此選取曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)作為插床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。曲柄旋轉(zhuǎn)一周插頭就往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次即一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。因?yàn)椴宕矙C(jī)械的生產(chǎn)效率是Q=30次/min，為了滿足效率，曲柄軸每分鐘轉(zhuǎn)速為n=30r/min，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間。2）確定組成運(yùn)動(dòng)循環(huán)的各個(gè)區(qū)段，插床機(jī)械的運(yùn)動(dòng)循環(huán)由兩段組成，即插刀進(jìn)給的工作行程及退回時(shí)的空回行程。為了提高工作效率，插刀回程時(shí)間應(yīng)盡可能的短，所以它必須有急回特性。取行程系速比系數(shù)K=1.7。3）確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)各個(gè)區(qū)段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間及相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角。插床的運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間為：與此相對(duì)應(yīng)的曲柄軸轉(zhuǎn)角（即分配軸轉(zhuǎn)角）為：（4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配軸轉(zhuǎn)角插刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)插刀進(jìn)給運(yùn)動(dòng)插刀空回運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)靜止旋轉(zhuǎn)7.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：按許用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑，選取滾子半徑，繪制凸輪實(shí)際廓線。以上內(nèi)容作在3號(hào)圖紙上（參考圖例5）。根據(jù)已知值，以及給定的基圓建議值，在A3圖紙上確定圓心位置。做出基圓，再根據(jù)滾子半徑做出理論曲線。取一點(diǎn)為B點(diǎn)，由=95mm，從動(dòng)件桿長(zhǎng)=120mm，通過幾何做法找到點(diǎn)。連接，測(cè)得長(zhǎng)度為157mm為圓心距。由主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大運(yùn)動(dòng)擺角確定得到凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)推程角為46.7°，但是由于由于插刀在切入、退出工件時(shí)均有0.05H的空載行程，所以實(shí)際凸輪推程角應(yīng)為除去空載行程后的擺角，為41.6°。在此之后為了方便設(shè)計(jì)與分析，將回程角設(shè)為與推程角相等的度數(shù)，遠(yuǎn)停角大小為0°。將以上的數(shù)據(jù)全部帶入擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算得結(jié)果：擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù)見下表4：進(jìn)給機(jī)構(gòu)10凸輪從動(dòng)件桿長(zhǎng)(mm)125推程許用壓力角[]推程40回程許用壓力角[]回程50滾子半徑rr(mm)15刀具半徑rc(mm)0.08表4根據(jù)計(jì)算結(jié)果得到數(shù)值，求得各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)距圓心的距離。以為基線順時(shí)針每轉(zhuǎn)5°確定一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。分別以這些點(diǎn)為圓心做出滾子的圓，用光滑的曲線連接各個(gè)點(diǎn)，得到實(shí)際凸輪輪廓線，再連接滾子圓的外切點(diǎn)，得到理論輪廓線。接著，根據(jù)軟件中的要求，即每5°一個(gè)單位，做出1~16各個(gè)軌跡點(diǎn)與O1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)曲線。根據(jù)計(jì)算結(jié)果中的轉(zhuǎn)角Φ°和角位移ψ°兩項(xiàng)在A3圖紙右邊做出從動(dòng)件位移線圖。連接個(gè)點(diǎn)做出光滑曲線。最后要做出插刀工作行程圖，由給定數(shù)據(jù)的K值算出極位夾角大小為47°。由于插刀在切入、退出工件時(shí)均有0.05H的空載行程。所以做出4條虛線分別為41.6°和46.6°的夾角。至此為止，凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析圖基本完成了。如圖5、圖6、圖7所示。圖5從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖圖6凸輪輪廓曲線與刀具中心軌跡圖7凸輪理論廓線與滾子包絡(luò)線設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果8．插床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的綜合及運(yùn)動(dòng)分析曲柄轉(zhuǎn)速曲柄長(zhǎng)度插刀行程行程速度比系數(shù)連桿與導(dǎo)桿之比力臂工作阻力導(dǎo)桿3的質(zhì)量導(dǎo)桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滑塊5的質(zhì)量8.1插床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的綜合1、計(jì)算極位夾角，曲柄角速度，曲柄角加速度2、求導(dǎo)桿長(zhǎng)度，連桿長(zhǎng)度，中心距根據(jù)插床機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，由幾何條件可得因?yàn)椋?、求弓形高，導(dǎo)路距離8.2運(yùn)動(dòng)分析對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)用解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，由分析結(jié)果繪制插刀運(yùn)動(dòng)線圖，見一號(hào)圖右上側(cè)。其中最大壓力角。用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)其中的一個(gè)位置加以驗(yàn)證。1）選取合適的比例長(zhǎng)度，按照指定的位置作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，見附件二（1號(hào)圖）。2）確定構(gòu)件質(zhì)心：，易得滑塊上轉(zhuǎn)動(dòng)副與構(gòu)件5的質(zhì)心重合，即與重合。作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖后，取與的最大值之和的一半，作為構(gòu)件3的質(zhì)心，從圖上測(cè)得。3）按照下面的順序進(jìn)行速度分析（1）求導(dǎo)桿3上與滑塊中心重合的點(diǎn)的速度和滑塊速度根據(jù)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)合成，有方向：∥大?。?？已知？式中，取合適的速度比例尺，作出速度多邊形（見1號(hào)圖），在速度圖上標(biāo)注出，其中 根據(jù)剛體運(yùn)動(dòng)合成，有方向：沿導(dǎo)軌與相反∥大小：？已知？式中，速度多邊形完成速度多邊形后，測(cè)量，可以得到導(dǎo)桿3的角速度大小1.38124rad/s，進(jìn)而可以求出以下各個(gè)值：（2）求導(dǎo)桿3上B點(diǎn)的加速度和滑塊的加速度由點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)合成，有方向：向下∥大?。阂阎?？已知已知？取合適的加速度比例尺，作出加速度多邊形（見1號(hào)圖左下角），在加速度圖上標(biāo)注出，其中，另外可得由剛體運(yùn)動(dòng)合成，有方向：豎直向下與相反大?。?？已知已知？完成加速度多邊形后，測(cè)量，并求出以下值：加速度多邊形9.插床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析的結(jié)果，按照下列步驟用圖解法對(duì)插床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。1）、計(jì)算慣性力和慣性力矩導(dǎo)桿3的慣性力和慣性力矩為：慣性力作用在質(zhì)心上?；瑝K5的慣性力為：，慣性力作用在質(zhì)心上。2、動(dòng)態(tài)靜力