插床機構設計【機械課程設計】【YL021】

插床機構設計【機械課程設計】【YL021】,機械課程設計,YL021,插床,機構,設計,機械,課程設計 一設計任務書 1 1、工作原理 1 2、設計數據 2 二 參數設計 3 1.導桿機構的方案選型 3 （1）方案I 3 （2）方案II 3 （3）方案III 4 2、導桿機構分析與設計 4 （1）導桿機構尺寸計算 4 （2）導桿在12位置的運動分析 5 （3）凸輪機構設計 7 （4）齒輪的設計計算 11 1）設計原理 11 2） 小齒輪參數計算 11 3）大齒輪參數計算 12 三 小結 13 I 一設計任務書 1、工作原理 插床機械系統(tǒng)的執(zhí)行機構主要是由導桿機構和凸輪機構組成。圖1-1為其參考示意圖，電動機經過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動曲柄3轉動，再通過導桿機構使裝有刀具的滑塊5沿導路y-y作往復運動，以實現(xiàn)刀具的切削運動。刀具向下運動時切削，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；刀具向上運動時為空回行程，無阻力。為了縮短回程時間，提高生產率，要求刀具具有急回運動。刀具與工作臺之間的進給運動，是由固結于軸上的凸輪驅動擺動從動件和其它有關機構（圖中未畫出）來完成的。 圖1-1 插床工作原理圖 2、設計數據 設計內容 倒桿機構的設計及運動分析 凸輪機構的設計 齒輪機構的設計 符號 K H 單位 r/min mm mm ° mm ° mm ° 數據 60 2 100 1 150 15 40 125 60 10 60 13 40 8 20 13 二 參數設計 1.導桿機構的方案選型 （1）方案I 該方案如圖2-1由兩個四桿機構組成。使b>a，構件1、2、3、6便構成擺動導桿機構，基本參數為b/a=。構件3、4、5、6構成搖桿滑塊機構。 圖2-1 方案特點如下： 1).是一種平面連桿機構，結構簡單，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，而。只要正確選擇，即可滿足行程速比系數k的要求。 3).滑塊的行程，已經確定，因此只需選擇搖桿CD的長度，即可滿足行程H的要求。 4). 曲柄主動，構件2與3之間的傳動角始終為。搖桿滑塊機構中，當E點的軌跡位于D點所作圓弧高度的平均線上時，構件4與5之間有較大的傳動角。此方案加工簡單，占用面積比較小，傳動性能好。 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的轉動副變?yōu)橐苿痈?，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以外，因構件4與5間的傳動角也始終為，所以受力更好，結構也更加緊湊。 圖2-2 執(zhí)行機構運動簡圖 （3）方案III 此方案如圖2-3為偏置曲柄滑塊機構，機構的基本尺寸為a、b、e。 圖2-3 方案特點如下： (1).是四桿機構，結構較前述方案簡單。 (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會使滑塊速度變化劇烈，最大速度、加速度和動載荷增加，且使最小傳動角減小，傳動性能變壞。 從以上3個方案的比較中可知，為了實現(xiàn)給定的插床運動要求，以采用方案II較宜。 2、導桿機構分析與設計 （1）導桿機構尺寸計算 因為、 所以： 又因為：K=2，所以=60° 根據極限位置得到曲柄75mm。 根據幾何關系:。H=100mm。 可得：=100mm （2）導桿在12位置的運動分析 1. 滑塊的運動線圖 作滑塊的運動線圖。為了能直接從機構運動簡圖上量取滑塊位移，取位移比例尺μs=μl，根據機構及滑塊5上C點的各對應位置，作出滑塊的運動線圖sc(t)、然后根據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 當導桿在圖2-5所在位置時，此時滑塊處在圖中所示位置： A B C 圖 2-5導桿在1位置運動狀態(tài) 根據已知條件，速度分析應由A點開始，已知曲柄1的轉速=60r/min，曲柄的長度為。 曲柄的角速度為：6.28rad/s 得A點的速度：=0.471m/s 方向 ⊥ ⊥BO2 ∥AB 大小 √ ？ 式中僅有兩個未知量，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 因為: 根據速度合成原理有： 大小 ？ ? 方向 ⊥AO2 ? 可得： ==2.95 方向： ⊥AO2 又根據速度合成原理求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，方向逆時針45°向上。 （3）凸輪機構設計 1. 確定凸輪機構的基本尺寸 選定推桿的運動規(guī)律: 選推桿的運動規(guī)律為二次多項式運動規(guī)律，即等加速等減速運動規(guī)律。其運動規(guī)律表達式為: 等加速段: () 等減速段: () 由以上兩個表達式求得: () () 最大擺角時有: mm 如圖3-1所示為擺桿盤形凸輪機構同向轉動的尖底擺桿盤形凸輪機構，當推程尖底與凸輪輪廓上任一點接觸時，擺桿擺角為為擺桿的初始擺角，P點為擺桿和凸輪的相對瞬心，此時機構的壓力角和傳動角如圖所示.由于擺桿和凸輪在瞬心點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) 過點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滿足式(10)以等到式成立的邊界。可以證明直線左邊的陰影所示區(qū)域為保證擺桿運動規(guī)律和擺桿長度不變的a和的解域。在推程的各個位置都有這樣的解域，這些解域的交集便是推程時a和的解域。 圖3-1 圖3-2 回程時，<0，壓力角a<0，傳力條件變成-tan，由此可導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的a和的解域。推程和回程的解域的交集便是該凸輪機構保證傳力性能好的a和的解域。如圖3-2所示的是一個用作圖法求出的同向型凸輪機構的a和的解域。由圖可知，的線圖是在擺桿的各個以A為圓心的以L=為半徑的圓弧線上取點如圖中，推程時沿著此位置時的擺桿直線內側量取線段=80mm，得，過作直線使之與直線傾斜角；同理，回程時也可沿著擺桿直線外側量取回程時的線段，得，作直線使之與直線反向傾斜角。一般地，陰影區(qū)由多個位置時的邊界線圍成，顯然，選取的點數多， a和的解域就精確。這要，凸輪的轉動中心O可以在陰影區(qū)域內選擇，連接OA便得到待求的基本尺寸a=OA，。 如圖3-2所示求得的機架長度a=170mm，82mm 。 選取凸輪機構為滾子從動件凸輪機構。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分成若干等分。 ②選定長度比例尺，作以O為圓心以OB=為半徑的基圓；以O為圓心，以OA=a為半徑作反轉后機架上擺桿轉動中心的圓。 ③自A點開始沿-方向把機架圓分成與圖3-3(b)中橫坐標相應的區(qū)間和等分，得點，再以為圓心，以AB=L為半徑作弧與基圓交于點，得線段. ④自線段開始，分別作，使它們分別等于圖3-3(b)中對應的角位移，得線段. ⑤將點連成光滑曲線，它就是所求理論輪廓線. ⑥實際輪廓線可用前述滾子圓包絡線的方法作出，如圖3-3(a)所示. 3-3(a) 3-3(b) （4）齒輪的設計計算 1）設計原理 圓柱齒輪通常是用來傳遞兩平行軸之間的運動的，主動齒輪與被動齒輪之間的傳動。原理如下圖所示。齒輪的齒廓為漸開線曲線，其生成的原理如圖4-2所示。 圖 4-1 圖 4-2 2） 小齒輪參數計算 已知小齒輪的參數：，，°。 根據公式齒頂高。 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）大齒輪參數計算 已知大齒輪的參數：，，°。 根據公式齒頂高。 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 這次關于插齒機床的課程設計是我們真正理論聯(lián)系實際、深入了解設計概念和設計過程的實踐考驗，對于提高我們機械設計的綜合素質大有用處。通過三個星期的設計實踐，使我對機械設計有了更多的了解和認識。為我們以后的工作打下了堅實的基礎。 1、機械設計是機械工業(yè)的基礎，是一門綜合性相當強的技術課程，它融《機械原理》、《理論力學》、《材料力學》、《公差與配合》、《CAD實用軟件》、《機械工程材料》、《機械設計手冊》等于一體。 這次的課程設計，對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思想；訓練綜合運用機械設計和有關先修課程的理論，結合生產實際反系和解決工程實際問題的能力；鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識等方面有重要的作用。 在這次的課程設計過程中，綜合運用先修課程中所學的有關知識與技能，結合各個教學實踐環(huán)節(jié)進行機械課程的設計，一方面，逐步提高了我們的理論水平、構思能力、工程洞察力和判斷力，特別是提高了分析問題和解決問題的能力，為我們以后對專業(yè)產品和設備的設計打下了寬廣而堅實的基礎。 本次設計得到了指導老師的細心幫助和支持。衷心的感謝老師的指導和幫助。設計中還存在不少錯誤和缺點，需要繼續(xù)努力學習和掌握有關機械設計的知識，繼續(xù)培養(yǎng)設計習慣和思維從而提高設計實踐操作能力。