插床機構(gòu)的設(shè)計.doc

機械原理課程設(shè)計計算說明書課題名稱： 插床機構(gòu)的設(shè)計 姓 名： 張超 院 別： 工學(xué)院 學(xué) 號： 2012010803 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機設(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)水平有扎實的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識；能正確設(shè)計機構(gòu)運動方案（或正確建立數(shù)學(xué)模型并運用matlab進行仿真）；對所設(shè)計機構(gòu)的特定位置進行運動分析和動態(tài)靜力分析。獨立進行設(shè)計工作，能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理設(shè)計數(shù)據(jù)；能對課題進行理論分析，得出有價值的結(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，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；圖紙繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)；計算結(jié)果準(zhǔn)確；工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。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。20合計100指導(dǎo)教師評語 設(shè) 計 目 錄1 機械原理課程設(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 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計 71.1 插床簡介 . 71.2 設(shè)計數(shù)據(jù) . 83 插床機構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算 93、1曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算 93、2用圖解法進行機構(gòu)的運動分析143、3用圖解法進行機構(gòu)的動態(tài)靜力分析184 凸輪機構(gòu)設(shè)計21心得與體會 22 參考文獻. 23機械原理課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名 張超 班級 1201 學(xué)號 2012010803 位置 10 設(shè)計題目一：插床機構(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)計的目的機械原理課程設(shè)計是機械原理教學(xué)的一個重要組成部分。機械原理課程設(shè)計的目的在于進一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的機械原理理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際問題的能力，使學(xué)生對機械的運動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計有一較完整的概念，并進一步提高電算、繪圖和使用技術(shù)資料的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新機械的能力。2.、課程設(shè)計的任務(wù)用圖解法對插床的連桿機構(gòu)進行運動分析和動力分析，設(shè)計凸輪機構(gòu)。要求畫出A1圖紙一張，寫出計算說明書一份。二、 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1.插床主要由齒輪機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等組成，如圖1所示。電動機經(jīng)過減速裝置（圖中只畫出齒輪、）使曲柄1轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機構(gòu)123456，使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路作往復(fù)直線運動，以實現(xiàn)刀具切削運動。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動。刀具與工作臺之間的進給運動，是由固結(jié)于軸上的凸輪驅(qū)動擺動從動件O4D和其他有關(guān)機構(gòu)（圖中未畫出）來完成的。為了縮短空回形成時間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具有急回運動。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，以減小電動機容量和提高切削質(zhì)量。插床機構(gòu)簡圖如圖1所示，題目數(shù)據(jù)列于表1。圖1 插床機構(gòu)簡圖0.05H0.05HHScFmaxF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)桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析符號n1KlBC/lO3ALO2O3abcHZ1單位r/minmm數(shù)據(jù)6021150505012510013設(shè)計內(nèi)容導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析凸輪機構(gòu)的設(shè)計符號Z2G3G5JS3FrmaxLO2O4lO4D單位Nkg/m2mmNmm數(shù)據(jù)401603200.14120100015147125設(shè)計內(nèi)容凸輪機構(gòu)的設(shè)計符號r0rT001002從動桿運動規(guī)律單位等加速等減速數(shù)據(jù)6115601060230在導(dǎo)桿機構(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時曲柄所在位置為3和18?？偣?2個位置，插床機構(gòu)中曲柄位置分布如圖3所示。 圖3 插床機構(gòu)中曲柄位置圖3、 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)桿機構(gòu)。按已知條件確定導(dǎo)桿機構(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)位于點所畫圓弧高的平分線上。2、做機構(gòu)運動簡圖。選取長度比例尺l=0(m/s)/mm，先用虛線繪出機構(gòu)極限位置1，然后用粗線畫出所分配位置的機構(gòu)運動簡圖，并確定當(dāng)前位置點位移sC。3、做運動分析。選取速度比例尺v=(m/s)/mm速度、加速度比例尺v=(m/s2)/mm，用相對運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)前位置點速度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vs和加速度as。4、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N=N/mm，用力多邊形或力矩平衡方程求各運動副反力和曲柄上的平衡力矩Mb。7、凸輪機構(gòu)設(shè)計 繪制從動桿的運動線圖，畫出凸輪實際輪廓曲線。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)分配位置2468101214161818學(xué)號12345678910位置2022學(xué)號1112二、 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1、插床機構(gòu)簡介插床是一種用于工件內(nèi)表面切削加工的機床。主要有齒輪機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等組成，如下圖1-1a所示。電動機經(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)運動，以實現(xiàn)刀具的切削運動，刀具與工作臺之間的進給運動，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)機構(gòu)（圖中未畫出）來完成的。為了縮短空行程時間，提高效率，要求刀具有急回運動。圖1-1b所示為阻力線圖。ABCDHO2xdbO1O3ca123456n2n1z1z2yyQS5S1圖3-30 插床機插床機構(gòu)運動方案構(gòu)運動方案示意圖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。表1-1 設(shè)計數(shù)據(jù)分組1234插刀往復(fù)次數(shù)n（次/min）306090120插刀往復(fù)行程H（mm）1001209060插削機構(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()15151515推程許用壓力角()45454545推程運動角0()60906090回程運動角0()90609060遠(yuǎn)程休止角01()10151015速度不均勻系數(shù)0.030.030.030.03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、插床機構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算1、曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算圖1-2 機構(gòu)運動結(jié)構(gòu)簡圖已知=150mm，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，根據(jù)以上信息確定曲柄 長度，以及到Y(jié)Y軸的距離。（1）、長度的確定圖1-2 a） 曲柄長度的確定具體計算過程如下：由，得極位夾角：，首先做出曲柄的運動軌跡，以為圓心，為半徑作圓，由圖知，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到時，與圓相切于上面，刀具處于下極限位置；當(dāng)轉(zhuǎn)到，與圓相切于下面時，刀具處于上極限位置。于是可得，與得夾角即為極為夾角。由幾何關(guān)系知， ，于是可得， ，由幾何關(guān)系可得： 代入數(shù)據(jù)，=150mm，得即曲柄長度為75。（2）、桿的長度的確定 圖1-2 b） 桿長度的確定由圖1-2 b）得知，刀具處于上極限位置和下極限位置時，長度即為最大行程H=100 ，即有=100mm。在確定曲柄長度過程中，可知，那么可得，故可知，為等邊三角形。又由幾何關(guān)系可知，為平行四邊形，又由上知，為等邊三角形，于是，那么可得，,即 已知，于是可知， 即桿的長度為。（3）、到Y(jié)Y軸的距離的確定B1圖1-2 c）到Y(jié)Y軸的距離的確定 由圖1-2 c）我們可以看出，YY軸由過程中，同一點的壓力角先減小，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軸與圓弧剛相接觸時，即圖3中左邊的那條點化線，與圓弧相切與B1點時，當(dāng)B點轉(zhuǎn)到，將會出現(xiàn)最大壓力角。、當(dāng)YY軸與重合時，即圖中右邊的那條點劃線時，B點轉(zhuǎn)到B1時將出現(xiàn)最大壓力角。為了使每一點的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB1中點（C點為與得交點）。又根據(jù)幾何關(guān)系可知，由上易知，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得，即到Y(jié)Y軸的距離為93.3mm。 綜上，插床主體設(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紙上機構(gòu)簡圖所示。2、用圖解法進行機構(gòu)的運動分析 已知，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，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點的方法可得，其中，是滑塊 上與A點重合的點的速度，是桿AOB上與A點重合的點相對于滑塊的速度，是桿AOB上與A點重合的速度。又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學(xué)同一構(gòu)件不同點的方法可得：其中，是C點，即插刀速度，是C點相對于B點轉(zhuǎn)動速度，為B點速度。 又B點是桿件3 上的一點，桿件3圍繞轉(zhuǎn)動，且B點和桿件與A點重合的點在的兩側(cè)，于是可得：由圖量得 ,則可到得， 由已知可得，規(guī)定選取比例尺=0.0047mmm，則可得矢量圖如下：圖1-4 a）速度多邊形（=0.0047mmm）最后量出代表的矢量長度為43mm,于是可得,=0.202m/s,即曲柄轉(zhuǎn)過108時，插刀的速度為0.202m/s。（2）、加速度分析由理論力學(xué)知識可得矢量方程：其中，是滑塊上與A點重合點的加速度，=，方向由指向；是科氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），q方向垂直向下；是相對于滑塊 的加速度，大小位置，方向與平行；是C點相對于B點轉(zhuǎn)動的向心加速度，=,方向過由C指向B；是C點相對于B點轉(zhuǎn)動的切向加速度，大小位置，方向垂直BC。次矢量方程可解，從而得到。 B時桿AOB 上的一點，構(gòu)AOB 圍繞轉(zhuǎn)動，又與B點在的兩側(cè)，由（是 角加速度）可得量出則可得到的大小和方向。又由理論力學(xué),結(jié)合圖可得到，其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對于B點轉(zhuǎn)動的向心加速度，方向由C點指向B點；是C相對于B點轉(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，即插刀的加速度。取比例尺=0.0296,可得加速度矢量圖如下：圖1-4 (b)加速度多邊形（UA=0.0296）由圖(1-4b)直尺量的a3長度為30mm，于是可得a30.888。即當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過108時，插刀的加速度為0.888。3、用圖解法進行機構(gòu)的動態(tài)靜力分析根據(jù)運動分析的結(jié)果，按照下列步驟用圖解法對插床主執(zhí)行機構(gòu)的一個位置進行動態(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：=5.98N，=1.22kgm。慣性力作用在質(zhì)心 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=10 N/mm，作出力多變形。2)由桿組3的受力圖和平衡條件可得： 解方程式可得。在對O3點取距：其中，l1為R43到O3點的垂直距離，l2為G3到O3點的垂直距離，l3為Fi3到O3點的垂直距離，l4為FAO2到O3點的垂直距離。求得：FAO2=387.98N取合適的力比例尺=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，是力對點力臂的圖示長度。根據(jù)方程式可求得平衡力矩四、凸輪機構(gòu)的設(shè)計及尺寸計算利用作圖法按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線，具體設(shè)計步驟：繪制從動件的運動線圖，由已知、=60 、 、=60 、 ，可畫出其運動規(guī)律，如下圖所示： 圖1-2 d）從動件的運動線圖畫出凸輪實際輪廓曲線，根據(jù)圖1-2 d）運動規(guī)律，由已知數(shù)據(jù)，利用反轉(zhuǎn)法畫出凸輪實際輪廓曲線。詳見A1附圖（凸輪實際輪廓）。心得體會作為一名機械設(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,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，因為只有都明白了，做起設(shè)計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設(shè)計，到頭來一點收獲也沒有。在這兩周來，也暴露了自己很多問題，第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意把最基本的東西遺忘了，由于對實物不熟悉導(dǎo)致設(shè)計起來很費力。第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次課設(shè)是對我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗。我的第一大心得體會就是作為一名工程技術(shù)人員，要求具備的首要素質(zhì)絕對應(yīng)該是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次課程設(shè)計所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。在這次難得的課程設(shè)計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機械設(shè)計書是十分必要的，同時也是必不可少的。我們做的是課程設(shè)計，而不是藝術(shù)家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。另外，課堂上也有部分知識不太清楚，于是我又不得不邊學(xué)邊用，時刻鞏固所學(xué)知識，這也是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，是他們讓我有了一個更好的認(rèn)識，無論是學(xué)習(xí)還是生活，生活是實在的，要踏實走路。課程設(shè)計時間雖然很短，但我學(xué)習(xí)了很多的東西，使我眼界打開，感受頗深。參考文獻機械設(shè)計手冊 成大先 主編 化學(xué)工業(yè)出版社機械原理（第七版）鄭文緯 吳克堅 主編 高等教育出版社機械原理課程設(shè)計第二版 陸鳳儀 主編 機械工業(yè)出版社機械原理課程設(shè)計手冊 鄒慧君 主編 高等教育出版社機械設(shè)計學(xué) 黃靖遠(yuǎn) 主編 機械工業(yè)出版社