机械原理课程设计插床机构设计.docx

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1、机械原理课程设计插床机构设计 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 (1) 1、工作原理 (1) 2、设计数据 (2) 二参数设计 (3) 1.倒杆机构的方案选型 (3) （1）方案I (3) （2）方案II (3) （3）方案III (4) 2、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 (5) 1）速度分析 (5) 3）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)

2、 （4）齿轮的设计计算 (11) 1）设计原理 (11) 2）小齿轮参数计算 (11) 3）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O 2上的

3、凸轮驱动摆动从动件 D O l 8 和其它有关机构（图中未画出）来完成的。 图1.1 插床工作原理图 2、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 1n K H B Q BC L L 3 32Q Q L max D Q l 4 s 1 1z 2Z m 单位 r/ min mm mm mm mm 数 据 60 2 100 1 150 15 40 12.5 60 10 60 13 40 8 20 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=。构件3

4、、4、5、6构成摇杆滑块机构。 图21 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00 (180)/(180)k =+-,而arcsin(1/)=。只要正确选择，即可满足行程速比系数k 的要求。 3).滑块的行程2sin(/2)CD H L =，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0 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，

5、能使插刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。 （2）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0 90，所以受力更好，结构也更加紧凑。 图22 （3）方案III 此方案如图23为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸 为a 、b 、e 。 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arccos /()arccos /()e a b e 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

6、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0 (180)/(180)k =+-、 所以：)1)(1(180+-=K K 又因为：K=2， 所以=60 根据极限位置得到曲柄=A O L 275mm 。 根据几何关系:H L L BO BC =3。 H=100mm 可得：H L L BO BC =3=100mm （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，

7、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1n =60r/min ，曲柄的长度为 260O A l mm =。 曲柄的角速度为：=60 21n 6.28rad/s 得A 点的速度：21O A A L V ?=0.471m/s 2323A A A A V V V += 方向 2AO BO2AB 大小 ？ ？ 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B =3.6rad/s 。 已知LBO3=100mm ，所以的： VB=3.60.1=0.36m/s 。 A C B 图2-5 速度

8、矢量图 3）加速度分析 因为:95.2075.028.62 2 121=?=AO A L a 2 /m s 根据速度合成原理有： 44 4 3 4 3 4 3 n t r k A A A A A A A A a a a a a a =+=+ 大小 ？ 2/95.2s m ? 0 方向 ? AO2 ? 可得： 4 A a = 3 A a =2.952 /m s 方向：AO2 又根据速度合成原理求5滑块C 的速度： n t c CB CB B a a a a =+ 大小 ？ ？ ？ 1.692 /m s 方向 BC l BC l BC l AB l 又图解法作图解： 图2-6 加速度矢量图 B a

9、 的值通过3 A a 在A B 杆上由杠杆定理求得: B a BO AO 3 395.2= , 68.195.23 3 =?= AO BO a B 2/m s 又速度比例=pb B l a 10068.1=0.01682 /m s 所以c a =2.950.0168=1.682 /m s 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,即等加速等减速运动规律。其运动规律表达式为: 等加速段: 22 max 02/?= (00/2) 等减速段: 22 max max 002()/?=- (00/2) 由以上两个

10、表达式求得: max 204d d ?= (00/2) max 020 4()d d ?=- (00/2) 最大摆角时有: max 22 04420 13032.58065d L L d ? =?=?=mm 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,当推程尖底与凸轮轮廓 上任一点1B 接触时,摆杆摆角为0,?为摆杆的初始摆角,P 点为摆杆和凸轮的相对瞬心,此时机构的压力角和传动角如图所示.由于摆杆和凸轮在瞬心点P 的速度相等得: (a+OP) d dt ?=OP d dt , (1) 则 OP/(OP+a)= d d ? . (2) 将(1)式分子分母同乘d 整理得: O

11、P(1-d d ?)=a d d ? (3) 由式(3)求出OP 代入式(1)右边得: a+OP=A/(1-d d ? ) (4) 在三角形A 1B P 中由正统定理有: 00 0sin(90)sin(90) a OP L ?+=+- (5) 将式(4)代入式(5)中得: 0(1/) cos cos() a L d d ?-=+ (6) 用0 90=-代入式(6)中得: 0(1/) sin sin() a L d d ?-=- (7) 过点O 作O 1C /P 1B ,则1OAC ?1PAB ?,再由式(2)得11OP d B C L L a OP d ? =+ ,等式(7)正是1OAC ?的

12、正弦定理.将等式(6)中的0cos()a ?+展开得: tan a =00(1) cot()sin() d L d a ?- +- + (8) 由等式(8)求得 0(1)c o s c o s () d L a d a ?-+ (9) 将090=-代入式(9)得: 0(1) sin()sin() d L a d ?- (10) 如果在图3-1所示位置的接触点1B 处的压力角正好满足a =,比较式(10)和式(7)可知,直线1OC 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1OC 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00(,)a r ?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00(,)a r ?的解域 . 图3-1 图3-2 回程时, ds d 0,压力角a0,传力条件变成-tan a tana ,由此可导出满足传力条件性能的条件: 0(1)cos(cos() ds L a d a ?- - (11) 将 0 90=-代入式(11)得: