插床传动系统方案设计及其运动分析-机械课程设计.doc

机械课程设计XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX课程设计说明书 物理与电气工程学院 2012年 12 月 28 日目录1 课程设计摘要 21.1 课程设计的目的1.2 课程设计的要求2 机械设计课程设计任务书22.1 设计题目2.2 主要内容 2.3 机构简介3 主体机构尺寸综合设计33.1 O1A长度的确定3.2 杆BO3,BC的长度的确定3.3 到YY轴的距离的确定4 插床运动分析84.1对于重要点的速度4.1.1对于A点速度分析4.1.2对B点的速度分析4.2对于重要点的加速度4.2.1对A加速度分析4.2.2对C点的加速度分析5. 重要数据及函数曲线分析125.1 图的分析5.2 图的分析5.3 图的分析6 总结157 参考文献161课程设计摘要1.1 课程设计的目的机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要组成部分。机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的机械原理理论知识，培养学生独立解决实际问题的能力，使学生对机械的运动学和动力学的分析和设计有一较完整的概念，并进一步提高计算、绘图和使用技术资料的能力，更为重要的是培养开发和创新机械的能力。1.2课程设计的要求1.2.1确定插床主要尺寸，然后按1：1的比例画出图形。对插刀进行运动分析，选取适当比例尺画出不同点速度，加速度矢量图得到不同点的速度，加速度。 1.2.2.整理和编写说明书一份，对图纸进行详细说明 2 课程设计任务书2.1设计题目 插床传动系统方案设计及其运动分析2.2主要内容 2.2.1对指定的机械进行传动系统方案设计2.2.2对执行机构进行运动简图设计2.2.3对执行机构进行重要尺寸设计2.2.4对插床的运动分析2.2.5编写设计说明书2.3机构简介 图1 插床机构 插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成。电动机经过减速装置（图1 中只画出齿轮Z1 、Z2 ）使曲柄转动，再通过导杆机构，使装有刀具的滑块沿导路做往复直线运动，以实现刀具切削运动。为了缩短空行程时间，提高生产效率，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其他有关机构（图1中未画出）来完成的。 在工作行程中，刀具上作用有相当大的切削阻力，在切削行程的前后各有一段0.1H（H为刀具行程）行程。而在空回行程中则没有切削阻力，因此在一个工作循环中，刀具受力变化很大,从而影响了主轴的匀速运转，为减小主轴的速度波动，需采用飞轮调速，以减小电动机容量和提高切削质量。3主体机构尺寸综合设计插床是用于加工各种内外平面、成形表面，特别是键槽和带有棱角的内孔等的机床，已知数据如下表。参数nrKLBC/LO3BLO3O2abHZ1Z2单位r/minmmmmmmmm数据602115050501001340已知O2O3=150mm，BC/O3B=1，行程H=100mm，行程比系数K=2，根据以上信息确定曲柄O2A ,BC ,BO3长度，以及到YY轴的距离3.1 O2A长度的确定图2 O2A长度确定由，得极位夹角：，首先做出曲柄的运动轨迹(如图2)，以O2为圆心，O2A为半径做圆，随着曲柄的转动，由图知道，当转到，于圆相切于上面时，刀具处于下极限位置；当O2A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A1O2O3=A2O2O3.于是可得A1O2O3=A2O2O3 =60。由几何关系得O2A1=COSO2O3代入数据，O2O3 =150mm，得O2A=75mm即曲柄长度为753.2杆BO3,BC的长度的确定图3 BO3,BC长度确定由图3 知道，刀具处于上极限位置C2和下极限位置时，长度即为最大行程H=100 ，即有=100mm。在确定曲柄长度过程中，我们得到A1O2O3=A2O2O3 =60，那么可得到B2O3B1=60，那么可知道三角形B1B2O3等边三角形。又由几何关系知道四边形是 平行四边形，那么，由上面讨论知B1B2O3为等边三角形，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即杆BC, BO3的长度100mm。3.3. O3到YY轴的距离的确定图4 . O3到YY轴的距离由图4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，即上图中左边的那条点化线，与圆弧相切与B点时，当B点转到，将会出现最大压力角。2. 当YY轴与重合时，即图中右边的那条细直线时，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CB中点（C点为O3B与的交点）。由几何关系知道：l=O3BCOSB2O3C+(O3B2 - O3BCOSB2O3C)/2再代入其他数据，得：即 O3到YY轴的距离为93.3mm综上，插床主体设计所要求的尺寸已经设计完成。选取1:1 的是比例尺，画出图形如所示。图5 插床机构 4 插床的运动分析图6 插床运动O2O3=150 mm, O2A=75 mm, n1=60 r/min, W1=(2/60)x60=2rad/s, O3B=BC=100mm,O3A= =168 mm 4.1 对于重要点的速度4.1.1对于A点速度分析：我们以当曲柄转到最低点时为例（即当O3O2A=9时） 图7 A点的速度由理论力学知识可得：a= e+ r (绝对速度=牵连速度+相对速度)（如图7所示） 其中 ： Aa = Ae + Ar 大小 ： W1O2A W2O3A ? 方向 ： O2A O3A O3A由几何关系可得：tan 1= 所以：1 = arctan 求得：1=63.430将（绝对）速度分别投影到VAe与VAr方向上。所以： VAe = VAa cos1 = W1O2Acos1 VA r = VAasin1=W1O2A sin1 可求得VAr的大小 又因为VAe = W2 O3A = W1 O2Acos1 可求得W2的大小 4.1.2对B点的速度分析图8 B点的速度如图8 由理论力学知识可得：以C点为基点：所以： VB = VC + VBC大小： W2O3B ? ?方向： O3B 竖直 BC由作图法可求得VC的大小 VBC的大小 4.2对于重要点的加速度4.2.1对A加速度分析：图9 A加速度如图9由理论力学知识可知：因为牵连运动为转动，所以会存在科氏加速度： c = 2 e r Aa = Ae + Ar + c所以 Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c：设O3A杆的角加速为，W1为定值。Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c大小： 0 W12O2A .O3A W22O2A ? 2W2VAr方向： O2A O2A O3A O3A O3A O3A将其分别往O3A及 O3A的法线上方向投影得： W12O2A cos1=W22O3A - aArW12O2Asin1 =O3A + 2W2VAr即可求得和aAr的大小4.2.2对C点的加速度分析图10对C点的加速度 如图10由理论力学可得： B = C + BC所以： Bt + Bn = C + BCn + BCt大小： O3B W2O3B ? ?方向： O3B O3B 竖直方向 BC BC将其分别投影，因为只有两个未知量，所以可以求得： aC的大小以及aAr t的大小 5.重要数据及函数曲线分析 由对C点的速度与加速度位移计算可得下表：角度 ()位移S（mm)速度V(m/s)加速度(m/s2)71.50.0032.052140.08251.963580.1251.84910.50.141.56319.50.1551.077250.180.7791310.2010.55105410.2100.0911948.10.22-0.024133570.205-0.1214766.10.2-0.32161730.19-0.3917579.50.174-0.432187850.17-0.59201920.13-0.79215950.093-1.0422998.50.05-1.924399-0.03-2.625797-0.16-3.327190-0.274-5.1228573-0.52-4.929954.2-0.62-0.4431328.2-0.444.732712.5-0.35.473413-0.133.953551.5-0.02163.04360002.255.1、图的分析：图11 随着曲柄O2A逆时针转动角度的增大，滑块C位移由0开始增大，大约在240度时达到最大，然后开始减少，易知滑块C进程与回程时，曲柄O2A转动的角度并不相等，这说明了曲柄O2A转动时存在急回运动。5.2、图的分析：图12 随着曲柄O2A逆时针转动角度的增大，即的增加，速度V正向增大，大约在120度时达到最大，然后呈现下降趋势，在240度时下降为0，表明位移已增大到最大，即滑块C达到最下端，由曲线看出，滑块C的正向平均速度比负向平均速度小，进一步表明了急回运动的存在。进程时，速度比较小，更有利于进刀；回程时，速度较快，有利于提高工作效率，充分证明了此机构设计的合理性。下面对特殊点作一下分析：转角为0度时，V=0;曲柄转动至120度，正向速度到达最大值0.22m/s，此时滑块C具有最大速度，当曲柄继续转动至240度时正向速度减少至0，此时由速度是位移的变化率可知，其位移达到最大值。当曲柄继续转动时，滑块C速度反向，变为负向速度，随着转角增大而增大，曲柄转至240度，速度达到负向最大值0.63m/s之后，当滑块继续由摇杆带动时，即曲柄由300度转至360度时，其速度由负向最大值变为0.5.3 图的分析：图13 随着曲柄O2A逆时针转动角度的增大，滑块C先向下作加速运动，但加速度越来越小，然后反向增大直到位移达到最大，接着滑块进入空回程，由于存在急回运动，加速度迅速正向增大，达到最大后又开始减小，直到滑块C进入工作行程。下面对一些特殊点进行分析：进程时，滑块C具有正向加速度，由2.2开始减少，在102度时达到0，当角度继续增大时，加速度反向增大，大约在240度时滑块位移达到最大值，但是加速度还是在反向增大，而且增长率明显比前段更大，当角度达到270度时加速度增大到5.2m/s时到达峰值，开始减少，在300度左右是达到0，然后正向增长，表明了滑块将要向上减速运动，最后回到0位移，然后往复运动。我们可以看出，在0至240度区间内，加速度都很平缓，而在240至360度内，加速度变化很快，都说明了急回运动的存在。 6 总结通过这段时间的设计，我们受益匪浅，不仅在学问方面有所提高，而且在为人处事方面有了更多的认识。当我们遇到一个问题时，首先不能畏惧，而是要对自己有信心，相信通过自己的努力一定能解决的。就像人们常说的在战略上藐视它，但是在战术上的重视它。通过慎重的考虑，认真的分析，脚踏实地去完成它，克服重重困难，当你成功实现目标时，那种成就感一定会成为你成长的动力。 这次设计的题目是插床。主要是确定机械传动的方案，动力通过凸轮机构到导杆机构，导杆平行机构带动棘轮传动，再传到工作台，从而使工作台进行间歇进给运动，使刀具能安全的进行切削。 这次设计课程不仅让我们加深了对机械原理理论课程的理解和认识，更培养了我们用理论知识去解决实际问题的能力。也许我们的这种方案不是很好的方案，但它解决了工作台间隙进给运动的问题。作为初次接触设计的我们，对未来的设计充满了信心