1、机械原理课程设计插床设计长江学院机械原理课程设计说明书设计题目:插床机构设计学院:机械与电子工程学院专业:班级:设计者:学号: 指导老师:2016年7月1日题目及设计要求1机构简介插床是一种用于工件内表面切削加工的机床,也是常用的机械加工设备,用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。图 1为某插床机构运动方案示 意图。该插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成。电 动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄1回转,再通过导杆机构1 2 3 4 5 6,使装有刀具的滑块沿道路 y y作往复运动,以实现刀具 切削运动。为了缩短空程时间,提高生产率,要求刀具具有急回运动。刀 具与工作台之间的进给运
2、动,是由固结于轴O上的凸轮驱动摆动从动件 QD 和其他有关机构(图中未画出)来实现的。为了减小机器的速度波动,在 曲柄轴Q2上安装一调速飞轮。为了缩短空回行程时间,提高生产效率,要 求刀具具有急回运动,图2为阻力线图。0.0 5H一 H0.03H2设计数据1、插床机构的设计内容与步骤1、导杆机构的设计与运动分析、设计导杆机构。 按已知数据确定导杆机构的各未知参数,其 中滑块5导路y-y的位置可根据连杆4传力给滑块5的最有利条件来确定,即y-y应位于B点所画圆弧高的平分线上(见参考图例 1)。、作机构运动简图。 选取长度比例尺卩i(m/mm),按表1-2所分配的加速度位置用粗线画出机构运动简图。
3、曲柄位置的作法如图 1-2 ;取滑块5在下极限时所对应的曲柄位置为起始位置 1,按转向将曲柄圆周十 二等分,得12个曲柄位置,位置5对应于滑块5处于上极限位置。再作 出开始切削和终止切削所对应的5 /和12 /两位置。1尹切削终点12T2、115f 6 1亍切削始点图1-2曲柄位置图、作滑块的运动线图。 为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移,取位移比例尺口 s二口 i,根据机构及滑块5上C点的各对应位置,作 出滑块的运动线图sc(t)、然后根据sc(t)线图用图解微分法(弦线法)作 滑块的速度vc(t)线图(图1-2),并将其结果与4)相对运动图解法的结 果比较。图1-2用图解微分法求滑块的
4、位移与速度线图、用相对运动图解法作速度、加速度多边形。 选取速度比例尺a v(m s-1)/mm和加速度比例尺 卩a(m s-2)/mm,作该位置的速度和加速度多边形(见图1-3) 求Va其中 1 2 口/60 (rad2列出向量方程,求vA3和 aA3用速度影像法求VB和aB3列出向量方程,求Vc和aca)速度图)加速度图图1-3位置7的速度与加速度图2、导杆机构的动态静力分析已知 各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力线图(图1 1) 及已得出的机构尺寸、速度和加速度。、绘制机构的力分析图(图1-4)。力分析的方法请参考机械原理 教材已知 各构件重力G及其对重心轴的转动惯量Js、阻力
5、线图(图1 1) 及已得出的机构尺寸、速度和加速度,求出等效构件 1的等效阻力矩Mr。(注意:在切削始点与切削终点等效阻力矩应有双值)、选取力矩比例尺卩 M(N.mm/mm),绘制等效阻力矩 Mr 的曲线图(图1-4)图1-4等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲线图利用图解积分法对 Mr进行积分求出Ar- 曲线图,假设驱动力矩 M 为恒定,由于插床机构在一个运动循环周期内做功相等,所以驱动力矩在一个周期内的做功曲线为一斜直线并且与 Ar曲线的终点相交如图1-4中Ad所示,根据导数关系可以求出 M曲线(为一水平直线)。、作动能增量一 $线。取比例尺 e=a = k um(j / mm,动能变化厶已二人
6、dA r,其值可直接由图1-4 上A d ($ )与人r ($)曲线对应纵坐标线段相 减得到,由此可作出动能变化曲线 A与Ar相减的曲线图(如图1-5)。 图1-5作动能增量一$线图3、用解析法较好机构运动分析的动态静力分析结果、图解微分法下面以图1-6为例来说明图解微分法的作图步骤,图1-6为某一位移线图,曲线上任一点的速度可表示为:图1-6位移线图其中dy和dx为s=s(t)线图中代表微小位移ds和微小时间dt的线段,a 为曲线s=s(t)在所研究位置处切线的倾角。上式表明,曲线在每一位置处的速度 v与曲线在该点处的斜率成正比,即v xtg a ,为了用线段来表示速度,引入极距K(mm),
7、则式中口 v为速度比例尺,口 v =卩s/卩tK ( m/s/mm )。该式说明当K为直 角三角形中a角的相邻直角边时,(Ktg a )为角a的对边。由此可知,在曲 线的各个位置,其速度v与以K为底边,斜边平行于s=s(t)曲线在所研究点处的切线的直角三角形的对边高度 (Ktg a )成正比。该式正是图解微分法的理论依据,按此便可由位移线图作得速度线图 (v-v(t)曲线),作图过程如下:先建立速度线图的坐标系v=v(t)(图1-7a),其中分别以 八和口 t作为v轴 和t轴的比例尺,然后沿轴向左延长至o点,oO=K(mm),距离K称为极距, 点o为极点。过o点作s=s( t)曲线(图1-6)
8、上各位置切线的平行线o1、 o2、03 等,在纵坐标轴上截得线段01、02、03 等。由前面分析 可知,这些线段分别表示曲线在2、3、4 等位置时的速度,从而很容 易画出位移曲线的速度曲线(图1-7a)。图1-7.速度线图a)切线作图 b) 弦线作图上述图解微分法称为切线法。该法要求在曲线的任意位置处很准确地作出 曲线的切线,这常常是非常困难的,因此实际上常用“弦线”代替“切线”, 即采用所谓弦线法,作图方便且能满足要求,现叙述如下:依次连接图1-6中s =s(t)曲线上相邻两点,可得弦线12、23、34 等,它们与相应区间位移曲线上某点的切线平行。当区间足够小时 ,该点可近似认为在该区间(例
9、2,3)中点的垂直线上。因此我们可以这样来作速度 曲线:如图1-7b所示,按上述切线法建立坐标系v=v(t)并取定极距K及极 点o,从o点作辐射线o1、o2、o3、o4 等,使分别平行于弦线01、12、23、34 并交纵坐标轴于1、2、3 等点。然后将对应坐 标点投影相交,得到一个个小矩形(例图1-7b中矩形2233),则过各矩形 上底中点(例图1-7b中e,f点等)的光滑曲线,即为所求位移曲线的速度线图(v=v(t)曲线)、图解积分法图解积分法为图解微分法的逆过程 取极距K (mm,用图解积分法由力矩M r 曲线求得力矩所做的功A r曲线(图1-4 )。M dA/d由于Ady / dx K
10、tan M K tanKM其中AK故取A r 曲线纵坐标比例尺 A 求A r的理论依据如下:4、飞轮设计计算飞轮的转动惯量Jf已知 机器运转的速度不均匀系数3,机器在曲柄轴 1上转速ni,在图1-5中, E的最大和最小值,即3 max和3 min位置,对应纵坐标 Emax 和 A Emin之间的距离gf ,则所以Jf为:所求飞轮转动惯量为:Ted /N*m109.303591.6149175.1485559.8341JF/kg*m2875.7771187.114175.387738.188625、 凸轮机构设计1、 等加速等减速2、 余弦3、 正弦4、 五次多项式回程运动规律:修正后的等速回程
11、利=15取!= doif /(2do- 2d)!)正弦加速度加速阶段(d 10 ):等速阶段正弦加速度减速阶段(do- d? 10):6、 齿轮机构设计已知 乙=14, Z2=41, m=8, a =20o所以D1112D2328Db1105.28D b2308.32Ha18H a28Hf110H f210Da1128Da2344Df192Df2308p25.12P25.12s12.56s12.56Pb123.61Pb223.61a220a220三、感想与体会通过这段时间的设计,我受益匪浅,不仅在学问方面有所提高,而且 在为人处事方面有了更多的认识。当我们遇到一个问题时,首先不能畏惧,而是要对
12、自己有信心,相信 通过自己的努力一定能解决的。就象人们常说的在战略上藐视它。但是在 战术上的重视它。通过慎重的考虑认真的分析,脚踏实地去完成它,克服 重重困难,当你成功实现目标时,那种成就感一定会成为你成长的动力。这次设计的题目是插床。主要是确定机械传动的方案,通过导杆机 构到飞轮设计,再到凸轮机构和齿轮机构设计,带动棘轮传动,再传到工 作台,从而使工作台进行间歇进给运动,使刀具能安全的进行切削。这次设计课程不仅让我加深了对机械原理理论课程的理解和认识, 更培养了我用理论知识去解决实际问题的能力。也许我的这种方案不是很 好的方案,但它解决了工作台间隙进给运动的问题。作为初次接触设计的 我,对未来的设计充满了信心。我希望学校多开设这类的设计课程,不仅帮助我们理解理论知识, 更重要的是让我们学会用理论知识解决实际问题,帮助我们把理论知识转 化成一种能力,让我们更容易解决问题。1.巩固理论知识,并应用于解决实际工程问题;2.建立机械传动系统方案设计、机构设计与分析概念;3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据的能力训练。四、参考文献1、 理论力学第三版 机械工业出版社2、 机械原理 西北工业大学出版社3、 机械原理课程设计
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