插床机构课程设计

河南工程学院机械原理课程设计课程名称机械原理课程设计题目名称插床机构课程设计学生学院机械工程系专业班级机械设计制造及其自动化学号2010学生姓名XXX指导教师XXX-1-目录一、工作原理3二、设计要求3三、设计数据4四、设计内容及工作量4五.设计计算过程5(一).方案比较与选择5(二).导杆机构分析与设计71.机构的尺寸综合72.导杆机构的运动分析73.凸轮机构设计13(1).确定凸轮机构的基本尺寸13(2).凸轮廓线的绘制16一、工作原理：-2-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。下图为其参考示意图，电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动曲柄2转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路y—y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O2上的凸轮驱动摆动从动件DOl8和其它有关机构（图中未画出）来完成的。二、设计要求：电动机轴与曲柄轴2平行，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最小传动角不得小于60o；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件8的升、回程运动规律均为等速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。三、设计数据-3-导杆机构运动分析转速n2力臂d(mm)曲柄lo2A(mm)插刀行程H(mm)行程速比系数K60100601101.6导杆机构运动分析从动件最大摆角max从动件杆长许用压力角推程运动角o远休止角回程运动角’o15°12542°65°10°65°四、设计内容及工作量：1、根据插床机械的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸,46.0~5.0BOBCll。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3、导杆机构的运动分析。分析导杆摆到两个极限位置及摆到与机架O2O4位于同一直线位置时，滑块6的速度和加速度。4、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮机构的基本尺寸（基圆半径ro、机架82OOl和滚子半径rb），并将运算结果写在说明书中。用几何法画出凸轮机构的实际廓线。5、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。6、用Autocad软件按1：1绘制所设计的机构运动简图。-4-设计计算及说明结果五.设计计算过程(一).方案比较与选择1.方案I该方案如图1—1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、5、6构成摇杆滑块机构。图1—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)CDHL，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090。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。2.方案II该方案如图1—2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，故该方案具备第一-5-设计计算及说明结果方案的特点以外，因构件4与5间的传动角也始终为090，所以受力更好，结构也更加紧凑。图1—23.方案III此方案如图1—3为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸为a、b、e。图1—3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/()eabeba，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。(二).导杆机构分析与设计采用方案II-6-设计计算及说明结果1.机构的尺寸综合因为00(180)/(180)k、2arcsin(/)ab而K=1.6由上面方程可得：041.5又因为260oAalmm，可得:2400169.2bmm根据几何关系:402sin(/2)110BHlmm可得40145.78BLmm4(0.50.6)BcBOLL=72.89mm--87.47mm取BCL=80mm2.导杆机构的运动分析1）.当在（a）所示位置时，此时构件4处在极位（a）速度分析:曲柄的长度为260OAlmm，转速n=46r/min曲柄的角速度为2223.14464.815/6060nwrads4343AAAAvvv方向⊥4AO2AO∥4AO大小？22OAwl？由图解法得：041.5260oAalmm2400169.2bmm40145.78BLmmBCL=80mm-7-设计计算及说明结果43AAvv=22OAwl=0.3925/ms（错误）因为43AAv=0所以竿4没有转动,即40w，又因为构件3，是一个滑块，竿4又有铰链定位。所以实际上：4Av=0求B点的速度：由于构件4上4O点是B和A的绝对瞬心点40AOv，4A点的速度4Av已知，利用构件4上的速度影像有:444ABvAOvBO得0/Bvms求Cv：B、C是同一构件上的点，根据同一构件上点间的速度关系:CBCBvvv方向∥导杆4BOBC大小？0？可得：0Cv加速度分析：因为222222322()4.81560101.39/60AAOAOnawllms根据速度合成原理有：44434343ntrkAAAAAAAAaaaaaa大小？1.39/ms?0方向?4OA可得：4Aa=3Aa=1.39m/s方向：4OA又根据速度合成原理求6滑块C的速度：ntcCBCBBaaaa大小？？？1.282/ms方向BClBClBClABl4Av=00/Bvms0Cv-8-设计计算及说明结果又图解法作图解：Ba的值通过3Aa在AB杆上由杠杆定理求得:441.39BAOBOa,441.39BBOaAO145.781.39158.2=1.282/ms又速度比例1.28/145.78Bpbamsl=0.0088所以ca=1470.0088=1.2942/ms方向垂直向上(二).滑块A在下极位的时候对机构分析,同理可得：0Cv，ca=1470.0088=1.2942/ms方向垂直向下。(三).滑块A于机架24OO位于同一位置的右边时：4Aa=3Aa=1.39m/sBa=1.282/msca=1.2942/ms-9-设计计算及说明结果速度分析：2224.8150.060.289/AOAvwlms23AAvv又速度合成原理有：3434AAAAvvvv大小？0.289/m/s0方向4OAl4OAl所以34AAvv=0.289/m/s又杠杆原理有4440.289/158.20.314/145.78AOABOBvlmsvmsl，方向4OAl又速度合成原理：cBCBvvv大小？0.314m/s0方向4OAl4OAl所以cBvv=0.314m/s加速度分析：0Cv，ca=1.2942/ms34AAvv=0.28-10-设计计算及说明结果因为2222224.8150.061.39/AAOawlms4440.289/1.827/0.1582AOAvmswradsl，加速度合成原理有：44443433ntrkAAAAAAAAaaaaaa大小？442OAwl01.392/ms00方向？4OAl4OAl2OAl00所以44nAAaa=442OAwl=221.8270.15820.528/ms44422145.780.528/0.487/158.2OBBAOAlaamsmsl加速度合成原理有：tnCBCBBCBCBaaaaaa大小?20.487/ms00方向4OAl4OAl00所以CBaa=20.487/ms，方向4OAl，向下(四).滑块A于机架24OO位于同一位置的左边时：9/m/scBvv=0.314m/s41.827/wrads-11-设计计算及说明结果速度分析：2224.8150.060.289/AOAvwlms23AAvv又速度合成原理有：3434AAAAvvvv大小？0.289/m/s0方向4OAl4OAl所以34AAvv=0.289/m/s又杠杆原理有4440.289/145.780.702/60AOBBOAvlmsvmsl，方向4OAl又速度合成原理：cBCBvvv大小？0.702m/s0方向4OAl4OAl所以cBvv=0.702m/s加速度分析：44nAAaa=20.528/ms20.487/BamsY＝0.673Ca=20.487/ms20.289/Avms-12-设计计算及说明结果因为2222224.8150.061.39/AAOawlms4440.289/4.817/0.06AOAvmswradsl，加速度合成原理有：44443433ntrkAAAAAAAAaaaaaa大小？442OAwl021.39/ms00方向？4OAl4OAl2OAl00所以44nAAaa=442OAwl=224.8150.061.39/ms44422145.781.39/3.38/60OBBAOAlaamsmsl加速度合成原理有：tnCBCBBCBCBaaaaaa大小？23.38/ms00方向4OAl4OAl00所以CBaa=23.38/ms，方向4OAl，向上3.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:34AAvv=0.289/m/s0.702/BvmscBvv=0.702m/s-13-设计计算及说明结果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:22max02/(00/2)等减速段:22maxmax002()/(00/2)由以上两个表达式求得:max204dd(00/2)max0204()dd(00/2)最大摆角时有:max220442013032.58065dLLd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)ddt=OPddt,(1)则OP/(OP+a)=dd.(2)将(1)式分子分母同乘d整理得:OP(1-dd)=add(3)由式(3)求出OP代入式(1)右边得:a+OP=A/(1-dd)(4)在三角形A1BP中由正统定理有:000sin(90)sin(90)aOPL(5)将式(4)代入式(5)中得:0(1/)coscos()aLdd(6)23.38/BamsCa=23.38/ms-14-设计计算及说