插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【機(jī)械課程設(shè)計(jì)】【YL021】,機(jī)械課程設(shè)計(jì),YL021,插床,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),機(jī)械,課程設(shè)計(jì) 一設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 1、工作原理 1 2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 2 二 參數(shù)設(shè)計(jì) 3 1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型 3 （1）方案I 3 （2）方案II 3 （3）方案III 4 2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 4 （1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算 4 （2）導(dǎo)桿在12位置的運(yùn)動(dòng)分析 5 （3）凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 （4）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 1）設(shè)計(jì)原理 11 2） 小齒輪參數(shù)計(jì)算 11 3）大齒輪參數(shù)計(jì)算 12 三 小結(jié) 13 I 一設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1、工作原理 插床機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成。圖1-1為其參考示意圖，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)曲柄3轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使裝有刀具的滑塊5沿導(dǎo)路y-y作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具的切削運(yùn)動(dòng)。刀具向下運(yùn)動(dòng)時(shí)切削，在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刀具向上運(yùn)動(dòng)時(shí)為空回行程，無(wú)阻力。為了縮短回程時(shí)間，提高生產(chǎn)率，要求刀具具有急回運(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)于軸上的凸輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)件和其它有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖中未畫(huà)出）來(lái)完成的。 圖1-1 插床工作原理圖 2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 倒桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 符號(hào) K H 單位 r/min mm mm ° mm ° mm ° 數(shù)據(jù) 60 2 100 1 150 15 40 125 60 10 60 13 40 8 20 13 二 參數(shù)設(shè)計(jì) 1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案選型 （1）方案I 該方案如圖2-1由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。使b>a，構(gòu)件1、2、3、6便構(gòu)成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，基本參數(shù)為b/a=。構(gòu)件3、4、5、6構(gòu)成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。 圖2-1 方案特點(diǎn)如下： 1).是一種平面連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，能承受較大載荷。 2).具有急回作用，其行程速比系數(shù)，而。只要正確選擇，即可滿足行程速比系數(shù)k的要求。 3).滑塊的行程，已經(jīng)確定，因此只需選擇搖桿CD的長(zhǎng)度，即可滿足行程H的要求。 4). 曲柄主動(dòng)，構(gòu)件2與3之間的傳動(dòng)角始終為。搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)E點(diǎn)的軌跡位于D點(diǎn)所作圓弧高度的平均線上時(shí)，構(gòu)件4與5之間有較大的傳動(dòng)角。此方案加工簡(jiǎn)單，占用面積比較小，傳動(dòng)性能好。 5).工作行程中，能使插刀的速度比較慢，而且變化平緩，符合切削要求。 （2）方案II 該方案如圖2-2將方案I中的連桿4與滑塊5的轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐苿?dòng)副，并將連桿4變?yōu)榛瑝K4。即得方案II，故該方案具備第一方案的特點(diǎn)以外，因構(gòu)件4與5間的傳動(dòng)角也始終為，所以受力更好，結(jié)構(gòu)也更加緊湊。 圖2-2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 （3）方案III 此方案如圖2-3為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的基本尺寸為a、b、e。 圖2-3 方案特點(diǎn)如下： (1).是四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較前述方案簡(jiǎn)單。 (2).因極位夾角，故具有急回作用，但急回作用不明顯。增大a和e或減小b。均能使k增大到所需值，但增大e或減小b會(huì)使滑塊速度變化劇烈，最大速度、加速度和動(dòng)載荷增加，且使最小傳動(dòng)角減小，傳動(dòng)性能變壞。 從以上3個(gè)方案的比較中可知，為了實(shí)現(xiàn)給定的插床運(yùn)動(dòng)要求，以采用方案II較宜。 2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) （1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算 因?yàn)椤? 所以： 又因?yàn)椋篕=2，所以=60° 根據(jù)極限位置得到曲柄75mm。 根據(jù)幾何關(guān)系:。H=100mm。 可得：=100mm （2）導(dǎo)桿在12位置的運(yùn)動(dòng)分析 1. 滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖 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μs=μl，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2-4）。 圖2-4 位移線圖與速度線圖 2. 速度分析 當(dāng)導(dǎo)桿在圖2-5所在位置時(shí)，此時(shí)滑塊處在圖中所示位置： A B C 圖 2-5導(dǎo)桿在1位置運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 根據(jù)已知條件，速度分析應(yīng)由A點(diǎn)開(kāi)始，已知曲柄1的轉(zhuǎn)速=60r/min，曲柄的長(zhǎng)度為。 曲柄的角速度為：6.28rad/s 得A點(diǎn)的速度：=0.471m/s 方向 ⊥ ⊥BO2 ∥AB 大小 √ ？ 式中僅有兩個(gè)未知量，故可用作圖法求解。作其速度圖如圖2-5所示。由圖可自在B點(diǎn)的角速度=3.6rad/s。 已知，所以得： 。 圖2-6 速度矢量圖 3. 加速度分析 因?yàn)? 根據(jù)速度合成原理有： 大小 ？ ? 方向 ⊥AO2 ? 可得： ==2.95 方向： ⊥AO2 又根據(jù)速度合成原理求5滑塊C的速度： 大小 ？ ？ ？ 1.69 方向 ⊥ ⊥ 又圖解法作圖解： 圖2-7 加速度矢量圖 的值通過(guò)在AB桿上由杠桿定理求得: ， 又速度比例=0.0168 所以=2.95×0.0168=1.68，方向逆時(shí)針45°向上。 （3）凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸 選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律: 選推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)式為: 等加速段: () 等減速段: () 由以上兩個(gè)表達(dá)式求得: () () 最大擺角時(shí)有: mm 如圖3-1所示為擺桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)同向轉(zhuǎn)動(dòng)的尖底擺桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)推程尖底與凸輪輪廓上任一點(diǎn)接觸時(shí)，擺桿擺角為為擺桿的初始擺角，P點(diǎn)為擺桿和凸輪的相對(duì)瞬心，此時(shí)機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角如圖所示.由于擺桿和凸輪在瞬心點(diǎn)P的速度相等得: =， (1) 則 . (2) 將(1)式分子分母同乘整理得: = (3) 由式(3)求出OP代入式(1)右邊得: (4) 在三角形AP中由正統(tǒng)定理有: (5) 將式(4)代入式(5)中得: (6) 用代入式(6)中得: (7) 過(guò)點(diǎn)O作O//P，則∽，再由式(2)得，等式(7)正是的正弦定理.將等式(6)中的展開(kāi)得: tan= (8) 由等式(8)求得 (9) 將代入式(9)得: (10) 如果在圖3-1所示位置的接觸點(diǎn)處的壓力角正好滿足，比較式(10)和式(7)可知，直線便是在此位置時(shí)滿足式(10)以等到式成立的邊界?？梢宰C明直線左邊的陰影所示區(qū)域?yàn)楸ＷC擺桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律和擺桿長(zhǎng)度不變的a和的解域。在推程的各個(gè)位置都有這樣的解域，這些解域的交集便是推程時(shí)a和的解域。 圖3-1 圖3-2 回程時(shí)，<0，壓力角a<0，傳力條件變成-tan，由此可導(dǎo)出滿足傳力條件性能的條件： (11) 將代入式(11)得： (12) 同理出可以求出回程時(shí)的a和的解域。推程和回程的解域的交集便是該凸輪機(jī)構(gòu)保證傳力性能好的a和的解域。如圖3-2所示的是一個(gè)用作圖法求出的同向型凸輪機(jī)構(gòu)的a和的解域。由圖可知，的線圖是在擺桿的各個(gè)以A為圓心的以L=為半徑的圓弧線上取點(diǎn)如圖中，推程時(shí)沿著此位置時(shí)的擺桿直線內(nèi)側(cè)量取線段=80mm，得，過(guò)作直線使之與直線傾斜角；同理，回程時(shí)也可沿著擺桿直線外側(cè)量取回程時(shí)的線段，得，作直線使之與直線反向傾斜角。一般地，陰影區(qū)由多個(gè)位置時(shí)的邊界線圍成，顯然，選取的點(diǎn)數(shù)多， a和的解域就精確。這要，凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O可以在陰影區(qū)域內(nèi)選擇，連接OA便得到待求的基本尺寸a=OA，。 如圖3-2所示求得的機(jī)架長(zhǎng)度a=170mm，82mm 。 選取凸輪機(jī)構(gòu)為滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。滾子半徑=(0.1—0.5)，取=20mm。 2. 凸輪廓線的繪制 ①選定角度比例尺，作出擺桿的角位移曲線，如圖3-3(b)所示，將其中的推程和回程角位移曲線橫坐標(biāo)分成若干等分。 ②選定長(zhǎng)度比例尺，作以O(shè)為圓心以O(shè)B=為半徑的基圓；以O(shè)為圓心，以O(shè)A=a為半徑作反轉(zhuǎn)后機(jī)架上擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心的圓。 ③自A點(diǎn)開(kāi)始沿-方向把機(jī)架圓分成與圖3-3(b)中橫坐標(biāo)相應(yīng)的區(qū)間和等分，得點(diǎn)，再以為圓心，以AB=L為半徑作弧與基圓交于點(diǎn)，得線段. ④自線段開(kāi)始，分別作，使它們分別等于圖3-3(b)中對(duì)應(yīng)的角位移，得線段. ⑤將點(diǎn)連成光滑曲線，它就是所求理論輪廓線. ⑥實(shí)際輪廓線可用前述滾子圓包絡(luò)線的方法作出，如圖3-3(a)所示. 3-3(a) 3-3(b) （4）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）設(shè)計(jì)原理 圓柱齒輪通常是用來(lái)傳遞兩平行軸之間的運(yùn)動(dòng)的，主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)。原理如下圖所示。齒輪的齒廓為漸開(kāi)線曲線，其生成的原理如圖4-2所示。 圖 4-1 圖 4-2 2） 小齒輪參數(shù)計(jì)算 已知小齒輪的參數(shù)：，，°。 根據(jù)公式齒頂高。 齒根高。 分度圓直徑。 齒頂圓半徑。 齒根圓半徑。 基圓半徑，節(jié)距，齒輪寬度。 3）大齒輪參數(shù)計(jì)算 已知大齒輪的參數(shù)：，，°。 根據(jù)公式齒頂高。 齒根高。 分度圓直徑。 齒頂圓半徑。 齒根圓半徑。 基圓半徑，節(jié)距，齒輪寬度。 三 小結(jié) 這次關(guān)于插齒機(jī)床的課程設(shè)計(jì)是我們真正理論聯(lián)系實(shí)際、深入了解設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)踐考驗(yàn)，對(duì)于提高我們機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合素質(zhì)大有用處。通過(guò)三個(gè)星期的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更多的了解和認(rèn)識(shí)。為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1、機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)，是一門(mén)綜合性相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)課程，它融《機(jī)械原理》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《公差與配合》、《CAD實(shí)用軟件》、《機(jī)械工程材料》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等于一體。 這次的課程設(shè)計(jì)，對(duì)于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想；訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際反系和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。 在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合運(yùn)用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識(shí)與技能，結(jié)合各個(gè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)械課程的設(shè)計(jì)，一方面，逐步提高了我們的理論水平、構(gòu)思能力、工程洞察力和判斷力，特別是提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為我們以后對(duì)專業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計(jì)打下了寬廣而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)得到了指導(dǎo)老師的細(xì)心幫助和支持。衷心的感謝老師的指導(dǎo)和幫助。設(shè)計(jì)中還存在不少錯(cuò)誤和缺點(diǎn)，需要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計(jì)實(shí)踐操作能力。