机械原理课程设计-插床导杆机构设计

1、机械原理课程设计计算说明书全套图纸加扣 3346389411或30122505821 引言图 1 是插床机构的机构示意图。该机构主要由导杆机构，凸轮机构和齿轮机构所组成。导杆机构是由曲柄 1，滑块 2、5，导杆 3，5 连杆 4 和机架 6 所组成。其中曲柄 1 为原动件。当曲柄 1 以恒速 n1 转动时，导杆 3 绕 O3 轴来回摆动，通过连杆 4，使装有刀具的滑块 5 沿导路 yy 作上下移动。当滑块 5 沿导路向下移动时，刀具切削工件。图 1本人设计任务：设计方案 8, 第 3 位置。表 1 插床导杆机构的设计指标KH(mm)L6(mm)n1(rpm)F(N)G3(N)1.8110170

2、0.91301100170G5(N)a(mm)b(mm)c(mm)d(mm)Js3(kgm)33070601301400.050.21 = +90=270+90=36051.4286=334.285710222n1 =23.14159130=13.6136（rad/s）16060表中：K行程速度变化系数；H滑块 5 的冲程；l6 = lo2 o3 铰链中心 O2 和 O3 之间的距离；= lBC lo3 B 杆长比；n1 曲柄 1 的转速；F切削力；G3 导杆 3 的重量；G5 滑块 5 的重量； 机器运转的不均匀系数；Js3 导杆 3 对其质心轴的转动惯量；22 插床导杆机构综合及运动分析一

3、、已知条件行程速度变化系数 K，铰链中心 O2 和 O3 之间的距离 l6 ，滑块 5 的冲程 H，杆长比 ，滑块 5 沿导路方向 yy 垂直于导杆 3 摆角的分角线 O3 O2 ，并使导杆机构在整个行程中都能得到较小的压力角，曲柄转速 n1 及指定的相对运动图解法的作业位置。二、插床导杆机构的综合如图 1 所示，简记 l1 = lo2 A ， l3 = lo3 B ， l4 = lBC ， l6 = lo2 o3 ，h= loo3根据给定的已知条件，可按下列步骤确定插床导杆机构的有关尺寸1）计算极位角及导杆摆角=180K 1=1801.8 1=51.4286（1）K +11.8 +1式中：K

4、 为行程速度变化系数2）求 l1l= l sin=170sin51.4286=73.7602（mm）（2）1622式中： l6 为铰链中心 O2 和 O3 之间的距离3）求 l3 , l4l3 =H=110=126.7621 (mm)（3）51.42862sin2sin22式中：H 为滑块 5 的冲程l4 = l3 =0.9 126.7621=114.0859 （mm）（4）式中：为杆长比4）求 h当滑块 5 的导路 yy 通过铰链中心 B 的摆动弧 B B 的绕度中点时，可使机构在整个行程中都能得到较小的压力角，故得：h=1l (1+ cos) =1126.7621 (1+ cos51.42

5、86) =120.4854 （mm）（5）222323三、插床导杆机构的位移分析选取合适的长度比例尺 ul =0.003（m/mm), 按指定的作业位置，正确地作出机构的运动简图。对于机构的一般位置，可先确定曲柄 1 的位置，然后依次画出导杆 3，连杆 4 和滑块 5 的相应位置。在作出机构运动简图后，量出 O3 A的长度，并计算出相对位移 r3 = lo3 A= ul O3 A。r3 = lo3 A=238.6116 (mm)cos l2+ r2 l21702 + 238.61162 73.76022=631=0.99096（6）32 l6 r32170 238.6116 =cos 10.9

6、9096=7.70793sin =s l3 sin 3=130.9722 126.7621sin 7.7079=0.99898（7）4l4114.08594 =sin 1 0.99898=87.42208当在第 3 位置时， 3 =7.7079S= l3 sin 3 + l42 ( h l3 cos 3 )2= 126.7621sin(7.7079) + 114.08592 (120.4854 126.7621cos(7.7079)2=130.9722 (mm)（8）当在第 0 位置时， 3 =25.7143Smax = l3 sin 3 + l42 ( h l3 cos 3 )2= 126.

7、7621sin(25.7143) + 114.08592 (120.4854 126.7621cos(25.7143)2=168.91295 （mm）（9）Sc = Smax S =168.91285130.9722=37.94075 （mm）（10）表 1位移分析位置 (deg) (deg) (deg)r 3 (m)S(m)c1343334.2857-7.707987.422080.238610.037944四、插床导杆机构的速度分析1）求导杆 3 上与铰链中心 A 重合的点 A3 的速度 VA3滑块 2动参考系， A3 动点VA3= VA2+VA3 A2（11）方向： O3 A O2 A

8、O3 A大小：？l1 1？式中： VA2 = l1 1 =0.073760213.6136=1.0041418 （m/s）。（12）取合适的速度比例尺 uv =0.02（ m/ s ），作出速度图 pa2 a3 ，进而可得导杆 3 的角速度 mm大小： =VA3=uv pa3=0.02 47.74806=4.00215 (rad/s)（13）3r3r30.23861及其转向为顺时针。相对速度 VA3 A2 的大小：VA3 A2 = uva2 a3=0.0215.52015=0.310403（m/s）（14）及其方向 a2 a3 。2）求铰链中心 B 的速度影像 b由影像原理知，在速度图上，b

9、点应位于 a3 p 的延长线上，且=l3126.7621 47.74806 =25.366094 （mm）pbpa=（15）r238.6116333）求滑块 5 的速度 VcB基点，C动点VC= VB +VCB（16）方向：竖直 O3 BBC大小：？l3 3？根据上述速度方程，继续在速度图 pa2 a3 上求得 C 点的速度影像 c，进而可得： VC 的大小：VC = uv pc=0.0225.29008=0.50580 （m/s）（17）5方向 pc，连杆 4 角速度的大小： =VC3=uv bc=0.02 3.40563=0.59703 （rad/s）（18）4l4l40.1140859及

10、其转向为逆时针。4）求导杆 3 质心 S 3 的速度 VS3由影像原理知，作 pa3 s3 O3 A3 S3 ，且保持两者的字母顺序一致，可得 S 3 的速度影像 s3 。进而可得 VS3 的大小VS3 = uv ps3 =0.0228.01510=0.560302 （m/s）（19）五、插床导杆机构的加速度分析1）求 A3 点的加速度 aA3ntk（20）aA3= aA3+ aA3 =aA2 +aA3 A2+aA3 A2方向：A O3 O3 AA O2 O3 A O3 A大小：r 2？l 22 VA3？331 12A2式中， an= r 2=0.23861164.00215 2 =3.821

11、891(m/s)（21）A333a= an = l 2=0.073760213.6136 2 =13.669985(m/s)（22）A2A21 1ak= 2 VA3=24.002150.310403=2.484558 (m/s)（23）A3 A22 A2取合适的加速度比例尺 u =0.2（m/ s2），作出加速度图 aa，进而可得导杆 3 的角amm23加速度的大小：at0.28.70572u aa =A3=a33=7.29697 (m/s)（24）3r3r30.2386116及其转向顺时针。2）求 B 点的加速度影像 b由影像原理知，在加速度图上，b点应位于 a3 的延长线上，6且=l312

12、6.7621 20.99906 =11.155723 （mm）ba=（25）r238.6116333）求滑块 5 的加速度 aC=n+t（26）aCaB +aCBaCB方向：竖直 O3 BBCBC大小： ？l 2？44式中， an= l 2 =0.11408590.59703 2 =0.040665 (mm/s)（27）CB44根据上述加速度方程，继续在加速度图 a2 a3 b 上求得 C 点的加速度影像 c，进而可得：a= u c=0.25.72323=1.14464 (mm/s)（28）Ca及其方向 c，连杆 4 的角加速度的大小：atu c c0.2 9.44024 =CB=a=16.5

13、4935 (rad/s)（29）4l4l40.1140859及其转向为顺时针。4）求导杆 3 质心 S 3 的加速度 aS3由影像原理知，作 a3 s3 O3 A3 S3 ，且保持两者的字母顺序一致，可得 S 3 的加速度影像 s3。进而可得 aS3 的大小：a= u s=0.212.32073=2.46415（m/s）（30）S3a3表 2速度、加速度分析结果位置3 （rad/s）4 （rad/s）VC （m/s）VS3 (m/s)34.002150.597030.505800.5603023 (rad/s)4 (rad/s)ac (m/s)aS3 (m/s)7.2969716.549351

14、.144642.4641573插床导杆机构动态静力分析一 已知条件切削力 F=1100N，导杆 3 的重量 G3 =170N，滑块 5 的重量 G5 =330N，导杆 3 对其质心轴的转动惯量 Js3 =0.20kgm二 惯性力和惯性力矩的计算如图所示，导杆 3 的惯性力和惯性力矩为：G3G3170Fi3 =-aS3 =-( uas3 ) =- (2.46415) = 42.74546（N）（31）g9.8gMi3 =-JS3 3 =-0. 2 7.29697 =1.45939 （N.m）（32）惯性力 Fi3 作用在质心 S 3 上。滑块 5 的惯性力 Fi5 为：G5G5330Fi5 =-

15、aC=-( ua c ) =- (-1.14464) = 38.5440（N）gg9.8Fi5 作用在质心 S 5 上。三 动态静力分析1）以干组 45 为示力体，根据平衡条件可得：R G F F R =06551534R65 h65 ( G5 -Fi5 ) bFc=0R54=- R34取合适的力比例尺 uF =10（N/mm）,作出力多边形，则可求得R34 = uF R43 =1080.93631=809.3631 （N）（33）（34）（35）（36）8R65 = uF R65 =103.64035=36.4035 （N）进而可得 h65Fc ( G5 Fi5 ) b1100 0.13 (

16、330 38.544) 0.06=3.4478（m）。36.4035R652）以杆组 23 为示力体，根据平衡条件得：R12O3 A G3 h3 Fi3 hi3 Mi3 ul R43 h43 =0（37）R63 R43 Fi3 G3 R12 =0（38）R32 = R12（39）力平衡方程式中的 h3 ， hi3 和 h43 分别是相应力对 O 3 点力臂的图示长度，解方程式可得R12 =537.05 (N)。进而作出力多边形，可求得 R63 =1178.83 (N)。3）以曲柄 1 为示力体，由平衡条件得：R61= R21（40）Mb R21 h21 ul = 0式中， h21 是力 R21 对 O 2 点力臂的图示长度，根据方程式可求得平衡力矩 M b。表 3动态静力分析结果位置R34 （N）R65 （N）h65 （m）R12 （N）R63 （N）Mb（N.m）3809.363136.40353.4478537.051178.8337.6794 总结这次课程设计既及时巩固了我们所学的机械原理课程，也让我们复习了理论力学的有关知识