插床傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及其運(yùn)動分析

1、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX課程設(shè)計(jì)說明書 物理與電氣工程學(xué)院 2012年 12 月 28 日目錄1 課程設(shè)計(jì)摘要 21.1 課程設(shè)計(jì)的目的1.2 課程設(shè)計(jì)的要求2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書22.1 設(shè)計(jì)題目2.2 主要內(nèi)容 2.3 機(jī)構(gòu)簡介3 主體機(jī)構(gòu)尺寸綜合設(shè)計(jì)33.1 O1A長度的確定3.2 桿BO3,BC的長度的確定3.3 到Y(jié)Y軸的距離的確定4 插床運(yùn)動分析84.1對于重要點(diǎn)的速度4.1.1對于A點(diǎn)速度分析4.1.2對B點(diǎn)的速度分析4.2對于重要點(diǎn)的加速度4.2.1對A加速度分析4.2.2對C點(diǎn)的加速度分析5. 重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析125.1 圖的分析5.2 圖的分析

2、5.3 圖的分析6 總結(jié)157 參考文獻(xiàn)161課程設(shè)計(jì)摘要1.1 課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械原理教學(xué)的一個重要組成部分。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的目的在于進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的機(jī)械原理理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對機(jī)械的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)有一較完整的概念，并進(jìn)一步提高計(jì)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(jī)械的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的要求確定插床主要尺寸，然后按1：1的比例畫出圖形。對插刀進(jìn)行運(yùn)動分析，選取適當(dāng)比例尺畫出不同點(diǎn)速度，加速度矢量圖得到不同點(diǎn)的速度，加速度。 .整理和編寫說明書一份，對圖紙進(jìn)行詳細(xì)說明 2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2.1設(shè)計(jì)

3、題目 插床傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及其運(yùn)動分析2.2主要內(nèi)容 2.2.1對指定的機(jī)械進(jìn)行傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.2對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動簡圖設(shè)計(jì)2.2.3對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行重要尺寸設(shè)計(jì)2.2.4對插床的運(yùn)動分析2.2.5編寫設(shè)計(jì)說明書2.3機(jī)構(gòu)簡介 圖1 插床機(jī)構(gòu) 插床主要由齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等組成。電動機(jī)經(jīng)過減速裝置（圖1 中只畫出齒輪Z1 、Z2 ）使曲柄轉(zhuǎn)動，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，使裝有刀具的滑塊沿導(dǎo)路做往復(fù)直線運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具切削運(yùn)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(yùn)動。刀具與工作臺之間的進(jìn)給運(yùn)動，是由固結(jié)于軸O2 上的凸輪驅(qū)動擺動從動件其他有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖1中未畫出）來完成的。

4、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0.1H（H為刀具行程）行程。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(yùn)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(jī)容量和提高切削質(zhì)量。3主體機(jī)構(gòu)尺寸綜合設(shè)計(jì)插床是用于加工各種內(nèi)外平面、成形表面，特別是鍵槽和帶有棱角的內(nèi)孔等的機(jī)床，已知數(shù)據(jù)如下表。參數(shù)nrKLBC/LO3BLO3O2abHZ1Z2單位r/minmmmmmmmm數(shù)據(jù)602115050501001340已知O2O3=150mm，BC/O3B=1，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，根據(jù)以上信息確定曲柄O

5、2A ,BC ,BO3長度，以及到Y(jié)Y軸的距離3.1 O2A長度的確定圖2 O2A長度確定由，得極位夾角：，首先做出曲柄的運(yùn)動軌跡(如圖2)，以O(shè)2為圓心，O2A為半徑做圓，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動，由圖知道，當(dāng)轉(zhuǎn)到，于圓相切于上面時，刀具處于下極限位置；當(dāng)O2A轉(zhuǎn)到，與圓相切于下面時，刀具處于上極限位置。于是可得到與得夾角即為極位夾角。由幾何關(guān)系知A1O2O3=A2O2O3.于是可得A1O2O3=A2O2O3 =60°。由幾何關(guān)系得O2A1=COS·O2O3代入數(shù)據(jù)，O2O3 =150mm，得O2A=75mm即曲柄長度為753.2桿BO3,BC的長度的確定圖3 BO3,BC長度確定

6、由圖3 知道，刀具處于上極限位置C2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，我們得到A1O2O3=A2O2O3 =60°，那么可得到B2O3B1=60°，那么可知道三角形B1B2O3等邊三角形。又由幾何關(guān)系知道四邊形是 平行四邊形，那么，由上面討論知B1B2O3為等邊三角形，于是有B1O3=B2B1，那么可得到B2O3=100mm,即BO3=100mm又已知LBC/LBO3=1，于是可得到 BC=BO3=100mm即桿BC, BO3的長度100mm。3.3. O3到Y(jié)Y軸的距離的確定圖4 . O3到Y(jié)Y軸的距離由圖4我們看到，Y

7、Y軸由過程中，同一點(diǎn)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?？紤]兩個位置：1. 當(dāng)YY軸與圓弧剛相接觸時，即上圖中左邊的那條點(diǎn)化線，與圓弧相切與B點(diǎn)時，當(dāng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)到，將會出現(xiàn)最大壓力角。2. 當(dāng)YY軸與重合時，即圖中右邊的那條細(xì)直線時，B點(diǎn)轉(zhuǎn)到B1時將出現(xiàn)最大壓力角為了使每一點(diǎn)的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB中點(diǎn)（C點(diǎn)為O3B與的交點(diǎn)）。由幾何關(guān)系知道：l=O3BCOSB2O3C+(O3B2 - O3BCOSB2O3C)/2再代入其他數(shù)據(jù)，得：即 O3到Y(jié)Y軸的距離為93.3mm綜上，插床主體設(shè)計(jì)所要求的尺寸已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。選取1:1 的是比

8、例尺，畫出圖形如所示。圖5 插床機(jī)構(gòu) 4 插床的運(yùn)動分析圖6 插床運(yùn)動O2O3=150 mm, O2A=75 mm, n1=60 r/min, W1=(2/60)x60=2rad/s, O3B=BC=100mm,O3A= =168 mm 4.1 對于重要點(diǎn)的速度4.1.1對于A點(diǎn)速度分析：我們以當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時為例（即當(dāng)O3O2A=9時） 圖7 A點(diǎn)的速度由理論力學(xué)知識可得：a= e+ r (絕對速度=牽連速度+相對速度)（如圖7所示） 其中 ： Aa = Ae + Ar 大小 ： W1·O2A W2·O3A ? 方向 ： O2A O3A O3A由幾何關(guān)系可得：tan 1

9、= 所以：1 = arctan 求得：1=63.430將（絕對）速度分別投影到VAe與VAr方向上。所以： VAe = VAa cos1 = W1×O2Acos1 VA r = VAasin1=W1×O2A sin1 可求得VAr的大小 又因?yàn)閂Ae = W2 ×O3A = W1× O2Acos1 可求得W2的大小 4.1.2對B點(diǎn)的速度分析圖8 B點(diǎn)的速度如圖8 由理論力學(xué)知識可得：以C點(diǎn)為基點(diǎn)：所以： VB = VC + VBC大?。?W2×O3B ? ?方向： O3B 豎直 BC由作圖法可求得VC的大小 VBC的大小 4.2對于重要點(diǎn)的加

10、速度4.2.1對A加速度分析：圖9 A加速度如圖9由理論力學(xué)知識可知：因?yàn)闋窟B運(yùn)動為轉(zhuǎn)動，所以會存在科氏加速度： c = 2 e× r Aa = Ae + Ar + c所以 Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c：設(shè)O3A桿的角加速為，W1為定值。Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c大?。?0 W12·O2A .·O3A W22·O2A ? 2W2·VAr方向： O2A O2A O3A O3A O3A O3A將其分別往O3A及 O3A的法線上方向投影得： W12·O2A cos1=W22&

11、#183;O3A - aArW12·O2Asin1 =·O3A + 2W2VAr即可求得和aAr的大小4.2.2對C點(diǎn)的加速度分析圖10對C點(diǎn)的加速度 如圖10由理論力學(xué)可得： B = C + BC所以： Bt + Bn = C + BCn + BCt大?。?·O3B W2O3B ? ?方向： O3B O3B 豎直方向 BC BC將其分別投影，因?yàn)橹挥袃蓚€未知量，所以可以求得： aC的大小以及aAr t的大小 5.重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析 由對C點(diǎn)的速度與加速度位移計(jì)算可得下表：角度 (°)位移S（mm)速度V(m/s)加速度(m/s2)71.50.003

12、2.052140.08251.963580.1251.84910.50.141.56319.50.1551.077250.180.7791310.2010.55105410.2100.0911948.10.22-0.024133570.205-0.1214766.10.2-0.32161730.19-0.3917579.50.174-0.432187850.17-0.59201920.13-0.79215950.093-1.0422998.50.05-1.924399-0.03-2.625797-0.16-3.327190-0.274-5.1228573-0.52-4.929954.2-0.6

13、2-0.4431328.2-0.444.732712.5-0.35.473413-0.133.953551.5-0.02163.04360002.255.1、圖的分析：圖11 隨著曲柄O2A逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，滑塊C位移由0開始增大，大約在240度時達(dá)到最大，然后開始減少，易知滑塊C進(jìn)程與回程時，曲柄O2A轉(zhuǎn)動的角度并不相等，這說明了曲柄O2A轉(zhuǎn)動時存在急回運(yùn)動。5.2、圖的分析：圖12 隨著曲柄O2A逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，即的增加，速度V正向增大，大約在120度時達(dá)到最大，然后呈現(xiàn)下降趨勢，在240度時下降為0，表明位移已增大到最大，即滑塊C達(dá)到最下端，由曲線看出，滑塊C的正向平均速度比負(fù)

14、向平均速度小，進(jìn)一步表明了急回運(yùn)動的存在。進(jìn)程時，速度比較小，更有利于進(jìn)刀；回程時，速度較快，有利于提高工作效率，充分證明了此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。下面對特殊點(diǎn)作一下分析：轉(zhuǎn)角為0度時，V=0;曲柄轉(zhuǎn)動至120度，正向速度到達(dá)最大值0.22m/s，此時滑塊C具有最大速度，當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動至240度時正向速度減少至0，此時由速度是位移的變化率可知，其位移達(dá)到最大值。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，滑塊C速度反向，變?yōu)樨?fù)向速度，隨著轉(zhuǎn)角增大而增大，曲柄轉(zhuǎn)至240度，速度達(dá)到負(fù)向最大值0.63m/s之后，當(dāng)滑塊繼續(xù)由搖桿帶動時，即曲柄由300度轉(zhuǎn)至360度時，其速度由負(fù)向最大值變?yōu)?.5.3 圖的分析：圖13 隨著曲柄

15、O2A逆時針轉(zhuǎn)動角度的增大，滑塊C先向下作加速運(yùn)動，但加速度越來越小，然后反向增大直到位移達(dá)到最大，接著滑塊進(jìn)入空回程，由于存在急回運(yùn)動，加速度迅速正向增大，達(dá)到最大后又開始減小，直到滑塊C進(jìn)入工作行程。下面對一些特殊點(diǎn)進(jìn)行分析：進(jìn)程時，滑塊C具有正向加速度，由2.2開始減少，在102度時達(dá)到0，當(dāng)角度繼續(xù)增大時，加速度反向增大，大約在240度時滑塊位移達(dá)到最大值，但是加速度還是在反向增大，而且增長率明顯比前段更大，當(dāng)角度達(dá)到270度時加速度增大到5.2m/s時到達(dá)峰值，開始減少，在300度左右是達(dá)到0，然后正向增長，表明了滑塊將要向上減速運(yùn)動，最后回到0位移，然后往復(fù)運(yùn)動。我們可以看出，在0

16、至240度區(qū)間內(nèi)，加速度都很平緩，而在240至360度內(nèi)，加速度變化很快，都說明了急回運(yùn)動的存在。 6 總結(jié)通過這段時間的設(shè)計(jì)，我們受益匪淺，不僅在學(xué)問方面有所提高，而且在為人處事方面有了更多的認(rèn)識。當(dāng)我們遇到一個問題時，首先不能畏懼，而是要對自己有信心，相信通過自己的努力一定能解決的。就像人們常說的在戰(zhàn)略上藐視它，但是在戰(zhàn)術(shù)上的重視它。通過慎重的考慮，認(rèn)真的分析，腳踏實(shí)地去完成它，克服重重困難，當(dāng)你成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)時，那種成就感一定會成為你成長的動力。 這次設(shè)計(jì)的題目是插床。主要是確定機(jī)械傳動的方案，動力通過凸輪機(jī)構(gòu)到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿平行機(jī)構(gòu)帶動棘輪傳動，再傳到工作臺，從而使工作臺進(jìn)行間歇進(jìn)給運(yùn)動，使刀具能安全的進(jìn)行切削。 這次設(shè)計(jì)課程不僅讓我們加深了對機(jī)械原理理論課程的理解和認(rèn)識，更培養(yǎng)了我們用理論知識去解決實(shí)際問題的能力。也許我們的這種方案不是很好的方案，但它解決了工作臺間隙進(jìn)給運(yùn)動的問題。作為初次接觸設(shè)計(jì)的我們，對未來的設(shè)計(jì)充滿了信心。 我們希望學(xué)校多開設(shè)這類的設(shè)計(jì)課程，這不僅能幫助我們理解理論知識，更重要的是讓我們學(xué)會用理論知識解決實(shí)際問題，也能幫助