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七.总结15
八.参考文献15
课程设计一插床机构设计
工作原理
插床是常用的机械加工设备,用于齿轮、花键和槽形零件等的加工。
图1-1为某插床机构运动方案示意图。
该插床主要由带转动、齿轮传动、连杆机构和凸轮机构等组成。
电动机经过带传动、齿轮传动减速后带动曲柄1回转,再通过导杆机构1-2-3-4-5-6,使装有刀具的滑块沿道路y-y作往复运动,以实现刀具切削运动。
为了缩短空程时间,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O4D和其他有关机构(图中未画出)来实现的。
一.设计任务
1、针对图1-1所示的插床的执行机构(插削机构和送料机构)方案,依据设计要求和已知参数,确定各构件的运动尺寸,绘制机构运动简图;
2、假设曲柄1等速转动,画出滑块C的位移、速度和加速度的变化规律曲线;
3、编写课程设计说明书;
4、感想与建议。
二.设计数据
依据插床工况条件的限制,预先确定了有关几何尺寸和力学参数,如表1-1所示。
要求所设计的插床结构紧凑,机械效率高。
表1-1插床机构设计数据
分组
1
2
3
4
插刀往复次数n(次/min)
30
60
90
120
插刀往复行程H(mm)
150
插削机构行程速比系数K
中心距Lo2o3(mm)
160
140
130
杆长之比L(BC)/L(o3B)
质心坐标a(mm)
55
50
45
质心坐标b(mm)
质心坐标c(mm)
125
115
凸轮摆杆长度Lo4d(mm)
凸轮摆杆行程角ψ(°
)
15
推程许用压力角[α](°
推程运动角δ0(°
回程运动角δ0'
(°
远程休止角δ01(°
10
推程运动规律
等加等减
余弦
正弦
5次多项式
回程运动规律
等速
速度不均匀系数δ
0.03
最大切削阻力Q(N)
2300
2200
2100
2000
阻力力臂d(mm)
滑块5重力G5(N)
350
340
330
320
构件3重力G3(N)
构件3转动惯量J3(kg*m2)
0.12
0.11
0.1
图1-3
三.设计要求
1、导杆机构的运动分析
已知:
行程速比系数K,滑块5的冲程H,中心距,比值,各构件重心S的位置,曲柄每分钟转。
要求:
设计导杆机构,作机构的运动简图,并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图,作滑块的运动线图。
以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上(参考图例1)。
曲柄位置图的作法为(图1-2)取滑块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1,按转向将曲柄圆周十二等分,得12个位置点,显然位置9对应于滑块5处于下极限得位置,再作出开始切削和终止切削所对应的1’和8’两位置,共计有14个位置,可按表2进行分组。
我的组号是2,位置编号分别为6和8。
表1-2机构位置分配图
2、整理说明书
四.主体机构尺寸的综合设计
机构运动简图如图所示:
已知=150mm,,行程H=120mm,行程比系数K=2,
根据以上信息确定曲柄长度,以及到YY轴的距离
1.长度的确定
图1极限位置
由,得极位夹角:
,
首先做出曲柄的运动轨迹,以为圆心,为半径做圆,随着曲柄的转动,有图知道,当转到,与圆相切于上面时,刀具处于下极限位置;
当转到,与圆相切于下面时,刀具处于上极限位置。
于是可得到与得夹角即为极位夹角。
由几何关系知,,于是可得,。
由几何关系可得:
代入数据,=150mm,,得
即曲柄长度为75
2.杆的长度的确定
图2杆BC,BO长度确定
由图2知道,刀具处于上极限位置和下极限位置时,长度即为最大行程H=120,即有=120mm。
在确定曲柄长度过程中,我们得到,那么可得到,那么可知道三角形等边三角形。
又有几何关系知道四边形是平行四边形,那么,又上面讨论知为等边三角形,于是有,那么可得到,即
又已知,于是可得到
即杆的长度为120mm。
3.到YY轴的距离的确定
B1
图3到YY轴的距离
有图我们看到,YY轴由过程中,同一点的压力角先减小,后又增大,那么在中间某处必有一个最佳位置,使得每个位置的压力角最佳。
考虑两个位置:
1当YY轴与圆弧刚相接触时,即图3中左边的那条点化线,与圆弧相切与B1点时,当B点转到,将会出现最大压力角。
2.当YY轴与重合时,即图中右边的那条点化线时,B点转到B1时将出现最大压力角
为了使每一点的压力角都为最佳,我们可以选取YY轴通过CB1中点(C点为与得交点)。
由几何关系知道:
由上面的讨论容易知道,再代入其他数据,得:
即到YY轴的距离为112.0mm
综上,插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。
选取1:
1的比例尺,画出图形如图纸上机构简图所示。
五.机构的运动分析
1、6点速度分析,加速度分析
已知,逆时针旋转,由作图法求解位移,速度,加速度。
规定位移,速度,加速度向下为正,插刀处于上极限位置时位移为0.
当
(1)位移
在1:
1的基础上,量的位移为81.9mm,即曲柄转过150°
时位移为81.9mm。
(2)速度
由已知从图中可知,与垂直,与平行,与垂直,由理论力学中不同构件重合点地方法可得
其中,是滑块上与A点重合的点的速度,是杆AOB上与A点重合的点相对于滑块的速度,是杆AOB上与A点重合的速度。
又由图知,与垂直,与BC垂直,与YY轴平行,有理论力学同一构件不同点的方法可得:
其中,是C点,即插刀速度,是C点相对于B点转动速度,是B点速度。
又B点是杆件3上的一点,杆件3围绕转动,且B点沿杆件3与A点重合的点在的两侧,于是可得:
由图量的,则可到
由已知可得,规定选取比例尺,则可的矢量图如下:
最后量出代表的矢量长度为62mm,
于是,可得=248.8mm/s
即曲柄转过150°
时,插刀的速度为248.8mm/s。
(3)加速度
由理论力学知识可得矢量方程:
其中,是滑块上与A点重合点的加速度,=,方向由指向;
是科氏加速度,(其中大小均从速度多边形中量得),其方向垂直向下;
是相对于滑块2的加速度,方向与平行;
是A点相对于点转动的向心加速度,=,方向过由指向;
是点相对于点转动的切向加速度,方向垂直。
由矢量方程可解,从而得到。
B是杆AOB上的一点,杆AOB围绕转动,又与B点在的两侧,由可得
量出则可得到的大小和方向
又由理论力学,结合图可得到;
其中,在上一步中大小方向都能求得;
是C相对于B点转动的向心加速度,方向由C点指向B点;
是C相对于B点转动的切向加速度,大小未知,方向与BC垂直。
此矢量方程可解,从而可得到C点,即插刀的加速度。
取比例尺,可得加速度矢量图如下:
最后由直尺量的长度为11.8mm,于是,可得
当
1的基础上,滑块的位移为113mm。
,即曲柄转过210°
时位移为113mm。
又由图知,与垂直,与BC垂直,与YY轴平行,有理论力学同一构件不同点的方法可得:
又B点是杆件3上的一点,,杆件3围绕转动,且B点和杆件3与A点重合的点在的两侧,于是可得:
最后量出代表的矢量长度为34.9mm,于是,可得:
即曲柄转过210°
时,插刀的速度为方向沿YY轴向下。
其中,为滑块上与A点重合点的加速度,=,方向由指向;
是科氏加速度,(其中大小均从速度多边形中量得),方向垂直向下;
是相对于滑块2的加速度,方向与平行。
B是杆AOB上的一点,杆AOB围绕转动,又与B点在的两侧,由可得
次矢量方程可解,从而可得到C点,即插刀的加速度。
取比例尺,可得加速度矢量图如下
代入数据可得:
六.数据汇总并绘图
数据如下表所示,数值中的正负号表明方向,位移、速度和加速度的方向向下为正方向;
点
1’
5
6
7
8
8’
9
11
12
转角(0)
26
180
210
214
240
270
300
位移
(mm)
20
40
82
95
113
114
108
13
速度
(mm/s)
110
200
230
250
245
215
-340
-750
-330
加速度(mm/s2)
2400
1250
1100
500
-50
-300
-550
-1050
-1200
-2400
-6100
-350
6150
绘制的曲线图见图纸
七.总结
通过对机械原理课程设计任务插床机构设计16个学时的学习,使我对绘制机构运动简图、速度多边形、加速度多边形有了更为深入的理解。
对比机械原理这门课机械原理课程设计任务则是将理论和具体操作(绘图)相结合,使我对已学的机械知识掌握的更加具体、系统。
在绘图时应选择适当的速度和加速度比例尺,多边形尺寸尽可能精确。
观察最终绘制的位移、速度、加速度曲线图,可以明显的看到该插床在曲柄1从2400定轴转动到3600时插刀的急回运动。
插床机构设计还属于较简单的设计任务,如果要设计更为复杂的机构,则要求我们拥有更为扎实的基础知识做铺垫。
八.参考文献
1.《机械原理》(第七版)吴克坚等主编,高等教育出版社
2.《机械原理课程设计》曲继方主编,机械工业出版社
3.《机构分析与设计》华大年等主编,纺织工业出版社
4.《机械运动方案设计手册》邹慧君主编,上海交通大学出版社
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