机械原理课程设计插床机构设计

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1、深航北方科技学院课程名称机械原理课程设计插床机构设计题目名称 插床机构设计学生学院机械工程系专业班级 学 号学生姓名 指导教师一设计任务书 11、工作原理12、设计数据2二参数设计31.倒杆机构的方案选型 3(1)方案I3(2)方案II3(3)方案III 42、导杆机构分析与设计4(1)导杆机构尺寸计算 4(2) 导杆在 1 位置的运动分析 51)速度分析53)加速度分析6(2)凸轮机构设计7(1)确定凸轮机构的基本尺寸 7(2)凸轮廓线的绘制9(4)齿轮的设计计算 1.11)设计原理112)小齿轮参数计算 113)大齿轮参数计算 11三小结13一设计任务书1、工作原理插床机械系统的执行机构主

2、要是由导杆机构和凸轮机构组成。图1.1为其参考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄3转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块5沿导路yy作往复运动，以实现刀具的切削运 动。刀具向下运动时切削，在切削行程 H中，前后各有一段0.05H的空刀距离， 工作阻力F为常数；刀具向上运动时为空回行程，无阻力。为了缩短回程时间， 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动，是由固结 于轴Q上的凸轮驱动摆动从动件Iod和其它有关机构（图中未画出）来完成的。 8图1.1插床工作原理图 I2、设计数据设计内容倒杆机构的设计及 运动分析凸轮机构的设计齿轮机构的设计符 号niKHLb

3、cLQ3BL.q，xLIq4D*61Z1Z2mot单位r/minmmmmmm0mm0数据6021001150154012.56010601340820二参数设计1.倒杆机构的方案选型(1)方案I该方案如图21由两个四杆机构组成。使 ba,构件1、2、3、6便构成摆动导杆机构，基本参 数为b/a=九。构件3、4、5、6构成摇杆滑块机构。nT , -图2 1方案特点如下：1) .是一种平面连杆机构，结构简单，加工方便，能承受较大载荷。2) .具有急回作用，其行程速比系数k = (180+8)/(1800 8)，而8 =arcsin(1/儿)。只要正确选择九，即可满足行程速比系数k的要求。3) .滑

4、块的行程H =2LcDSin(日/2),日已经确定，因此只需选择摇杆CD的长度，即可满足行程H的要求。4) .曲柄主动，构件 2与3之间的传动角始终为 90。摇杆滑块机构中，当 E点的轨迹位于 D 点所作圆弧高度的平均线上时，构件4与5之间有较大的传动角。此方案加工简单，占用面积比较小，传动性能好。5) .工作行程中，能使插刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。方案II该方案如图22将方案I中的连杆4与滑块5的转动副变为移动副，并将连杆 4变为滑块4。 即得方案II,故该方案具备第一方案的特点以外，因构件 4与5间的传动角也始终为 90,所 以受力更好，结构也更加紧凑。图22(3)方案I

5、II此方案如图2 3为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸 为 a、b、e。晨图23方案特点如下：(1) .是四杆机构，结构较前述方案简单。(2) .因极位夹角9 =arccosb/(a+b) arccosb/(b a)，故具有急回作用，但急回作用不 明显。增大a和e或减小b。均能使k增大到所需值，但增大e或减小b会使滑块速度变化剧烈, 最大速度、加速度和动载荷增加，且使最小传动角？min减小，传动性能变坏。从以上3个方案的比较中可知，为了实现给定的插床运动要求，以采用方案 II较宜。2、导杆机构分析与设计(1)导杆机构尺寸计算因为 k =(180 十日)/(180 -与、所以：1 =180(K

6、-1)(K 1)又因为：K=2,所以1=600根据极限位置得到曲柄 Lo2A = 75mm。根据几何关系：Lbc = Lb。= H。 BCBO3H=100mm可得：Lbc = LBO3 =H =l00mm(2)导杆在1位置的运动分析1)速度分析当导杆在图2-4所在位置时，此时滑块处在图中所示位置:图2-4导杆在1位置运动状态根据已知条件，速度分析应由A点开始，已知曲柄 1的转速n1=60r/min,曲柄的长度为102A =60mm。2 n曲柄的角速度为：-1 = =6.28rad/s60得 A 点的速度：VA = 81 父 LAo2 =0.471m/sVa3 =Va2 Va3A2方向 1 A0

7、2 B02 / AB大小 ？ V ?式中仅有两个未知量，故可用作图法求解。作其速度图如图2-5所示。由图可自在 B点的角速度 8B=3.6rad/s。已知LBO3=100mm ,所以的：VB=3.6 x 0.1=0.36m/s。图2-5速度矢量图3）加速度分析一 .222因为：2入= 1 Lao2 =6.280.075 = 2.95 m/s根据速度合成原理有：a A4ta A42.95m /s AO2raaa4 a32/kaA Aa4 a30可得： aA= aA =2.95m/s2方向： AO2A4A3又根据速度合成原理求 5滑块C的速度：CBtCB大小 ?方向x lBCBC?21.69 m

8、/ s_ lBCBC lBC BC一 lABaB的值通过a.A3图2-6加速度矢量图 AO3 BO3在AB杆上由杠杆定理求得：3 = -32.95 aBBO3 2aB = 2.95 =1.68 m/sAO3又速度比例=aB = 168 =0.0168 m/ s2lpb 100所以ac =2.95 X 0.0168=1.68 m/s2方向逆时针 45向上。(2)凸轮机构设计(1)确定凸轮机构的基本尺寸选定推杆的运动规律：选推杆的运动规律为二次多项式运动规律等加速段：f=2 ： maxc.2 /。；等减速段：= ：max-2 ：max(、：0 -二)2/：； 由以上两个表达式求得：，即等加速等减速

9、运动规律。其运动规律表达式为(0_、-0/2)(.0/2一、一0)d ; d、d : d、4 - max。024 ： max(.。(0 _、0/2)(、p/2M、： ；0)最大摆角时有：44 20=L max =130 232.5 =80 mm、02652，当推程尖底与凸轮轮廓如图3-1所示为摆杆盘形凸轮机构同向转动的尖底摆杆盘形凸轮机构上任一点Bi接触时摆杆摆角为 Q邛o为摆杆的初始摆角,P点为摆杆和凸轮的相对瞬心，此时机构的压力角a和传动角如图所示.由于摆杆和凸轮在瞬心点(a+OP) d =OP -,dt dtP的速度相等得：OP/(OP+a)=(2)将(1)式分子分母同乘d6整理得：d

10、： d ： OP(1-LF由式(3)求出OP代入式(1)右边得：a+OP=A/(1-) d、(4)在三角形A BF中由正统定理有： a OP sin(900 1)sin(900 - - - 0 -：)(5)将式代入式中得:a _ L(1 - d : /d、) cos ：cos(:工 T： 0 :)用a =90O 代入式(6)中得：a L(1 -d /d；)sin sin(?二P0 _ ：)(6)过点。作 O C1/P Bi，则 AOACi s APABi，再由式(2)得 B1cl = LOPa OPd : =L，等式（7）正是d、OAC1的正弦定理.将等式（6）中的cos（a +%+中）展开得

11、:tana = cot( 0)-d :L(1 -)d、.asin( 0:)(8)d :L( 1) coas由等式(8)求得a 妙c o s a 0：L(1-d、将a =90 V代入式(9)得： TrWsin( ) sin( - 0 -:)(10)如果在图3-1所示位置的接触点B1处的压力角正好满足a =,比较式（10）和式（7）可知，直线OC1便是在此位置时满足式（10）以等到式成立的边界.可以证明直线 OC1左边的阴影所示区域为 保证摆杆运动规律和摆杆长度不变的a和50（a, r0）的解域.在推程的各个位置都有这样的解域这些解域的交集便是推程时a和Q（a,r0）的解域.ds. 一 一 回程时

12、，0,压力角a(11)L(1 -*)cos( a cos(a1 一户一:0) 将。=900 ”代入式（11）得:aL(i-ds) -;- (12)sin( ) cos( :0：)同理出可以求出回程时的a和平0(a,r0)的解域.推程和回程的解域的交集便是该凸轮机构保证传力性能好的a和9o(a,ro)的解域.如图3-2所示的是一个用作图法求出的同向型凸轮机构的a和5o(a,ro)的解域.由图可知，L(d邛/d6)邛的线图是在摆杆的各个以 A为圆心的以L= ABi 为半径的圆弧线上取点如图中B1，推程时沿着此位置时的摆杆直线AB内侧量取线段BG =L(dcP/d6)=80mm/HC1是CM、C1

13、C1直线使之与直线 AB1倾斜角；同理，回程时也 可沿着摆杆直线 AB1外侧量取回程时的线段B1C1 = L(d甲/d6)相G ,作C1 C1直线使之与直线AB1反向倾斜角.一般地，阴影区由多个位置时的边界线围成，显然，选取的B1点数多，a和平0(a,r0)的解域就精确.这要，凸轮的转动中心 。可以在阴影区域内选择，连接OA便得到待求的 基本尺寸a=OA, r = OB0.如图3-2所示求得的机架长度 a=170mm, r =82mm .选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。滚子半径rr =(0.1 0.5) r0，取rr =20mm.(2)凸轮廓线的绘制选定角度比例尺，作出摆杆的角位移曲线，如图

14、3-3(b)所示,将其中的推程和回程角位移曲线横 坐标分成若干等分.选定长度比例尺，作以O为圆心以OB= r0为半径的基圆；以O为圆心，以OA=a为半径作反转后 机架上摆杆转动中心的圆.自A点开始沿 2方向把机架圆分成与图3-3(b)中横坐标相应的区间和等分，得点A1,A2, A3.,_ _ 再以A1, A2, A3为圆心，以AB=L 为半径作弧与基圆交于点B1 , B2 ,B3.,得线段AB , A?B2, A3B3.自线段AB1 ,A2B2,A3B3开始，分别作%,%,%.,使它们分别等于图3-3(b)中对应的角位移得线段 AB1, A2B2, AB3.将点AB1,4B2, A3B3.连成

15、光滑曲线，它就是所求理论轮廓线.实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出.如图3-3(a)所示.(q)e-e(4)齿轮的设计计算1)设计原理圆柱齿轮通常是用来传递两平行轴之间的运动的，主动齿轮与被动齿轮之间的传动。原理如下图所示。齿轮的齿廓为渐开线曲线，其生成的原理如图4-2所示。2)小齿轮参数计算已知小齿轮的参数：Z1=13 , m=8mm , a=20。根据公式齿顶高 ha=m可得ha=m=8mm。齿根高 hf=1.2m=1.2 x 8=9.6mm。分度圆直径 d=mZ1=8 x 13=104mm。齿顶圆半径 ra=r+ha=104+8=112mm。齿根圆半径rf=r-hf=42.4mm

16、。基圆半径 rb=rcos ()=48.864mm ,节距 p=m 兀=25.13mm,齿轮宽度 L=3m=24mm 。3)大齿轮参数计算已知小齿轮的参数：Z1=40 , m=8mm ,2=20。根据公式齿顶高 ha=m可得ha=m=8mm。齿根高 hf=1.2m=1.2 x 8=9.6mm。分度圆直径 d=mZ1=8 x 40=320mm。齿顶圆半径 ra=r+ha=320+8=328mm。齿根圆半径 rf=r-hf=150.4mm 。基圆半径 rb=rcos ( a ) =150.351mm ,节距 p=m 兀=25.13mm ,齿轮宽度 L=3m=24mm 。三小结这次关于插齿机床的课程

17、设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践 考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过三个星期的设计实践，使我对机械设 计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础 .1、机械设计是机械工业的基础 ，是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于 一体。这次的课程设计，对于培养我们理论联系实际的设计思想 ；训练综合运用机械设计和有关先修课 程的理论，结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力 ；巩固、加深和扩展有关机械设计方面的 知识等方面有重要的作用。在这次的课程设计过程中，综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合各个教学实践环节进行机械课程的设计，一方面逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力，特别是提高了分析问题和解决问题的能力，为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。 本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计 习惯和思维从而提高设计实践操作能力。