机械原理课程设计_插床.doc

机械原理课程设计目 录摘要2引言2任务与分析21 方案设计1.1步进电机步距角误差测量系统总体方案的设计1.1.1系统的驱动控制方案设计结论22参考文献23摘要 随着计算机的普及，网络成为了不可替代的工具。在如今的时代里，要想立于不败之地，必须勇于创新，在网络化的时代下商量出对策。而对于机械行业，网络自动化为大势所趋，这就要求我们充分运用网络。在计算机的辅助下，能够使机器自动化.网络化运作。对于机械的设计，不仅要考虑到实用的可能行，也要能够尽可能的节约成本，同时还要提高各部分的协作运行能力，此时计算机作以计算机作为精确工具加以利用。引言一，设计的题目：插床运动系统方案设计及其运动分析。二，此设计是工科专业在学习机械原理后进行的一次较全面的综合设计训练，其目的：1.巩固理论知识，并应用于解决实际工程问题；2.建立机械传动系统方案设计、机构设计与分析概念；3.进行计算、绘图、正确应用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据的能力训练。三，主要内容：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，并对两处位移，作出位移，速度，加速度同转角的图像2.在内容1运动分析的基础上作出运动循环图，在运动循环图的指导下，根据设计要求确定工作台进给运动机构传动方案设计（包括上下滑板1和2进给运动的机构传动方案设计；回转台3分度运动的机构传动方案设计；刀具与工作台在运动中的协调性分析；）3.整理和编写说明书一份，对图纸进行详细说明时间安排（1） .第一天明确任务，准备作图工具，并打扫教室。（2）. 第二、三天 在老师的指导下确定构建尺寸，作出机构简图，并进行运动分析，并作出一个周期的位移、速度、加速度随转角变化的图像（3）. 第四、五天 在老师的指导下，完成工作台的机构传动方案设计，并画出传动示意图。（4）. 第六、七、八天自己总结，整理并编写说明书一份任务与分析本课题主要的目的是为了检测步进电机步距角误差，并把误差进行分析计算，最终得到一份误差数据，用误差曲线的方式在坐标上面把误差和步数结果表现出来，方便日后对误差的分析、误差的减少讨论出相应的方案。插床主体机构尺寸综合设计机构简图如下：已知=150mm，行程H=100mm，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，得极为夹角：，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，于圆相切于上面时，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为夹角。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752. 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=100 ，即有=100mm。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100mm。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）。又几何关系知道：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，画出图形如图纸一上机构简图所示。插床切削主体机构及函数曲线分析主体机构图见第一张图。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23.5mm。，即 曲柄转过72时位移为23.5mm。（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点和杆件与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17.2mm于是，可得 =0.172m/s即曲柄转过72插刀的速度为0.172m/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），q方向垂直向下；是相对于滑块 的加速度，大小未知，方向与平行；是C点相对于B点转动的向心加速度，=,方向过由A3指向O2；是A3点相对于O2点转动的切向加速度，大小未知，方向垂直A3O2。次矢量方程可解，从而得到。B时杆AOB 上的一点，构AOB 围绕转动，又与B点在的两侧，由（是 角加速度）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。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：最后由直尺量的长度为11.9mm，于是，可得当（1）位移在1：1 的基础上，滑块的位移为97.8mm。，即 曲柄转过252时位移为97.8mm。（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，由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点和杆件与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8.0mm,于是，可得：即曲柄转过252时，插刀的速度为方向沿YY轴向上。（3）加速度由理论力学知识可得矢量方程：其中，为滑块上与A点重合点的加速度，=，方向由指向；是哥氏加速度，（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 的加速度，大小未知，方向与平行。B是杆AOB上的一点，杆AOB 围绕转动，又A5与B5点在的两侧，由（是 角加速度）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。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：所有数据详见第四章表格重要数据及函数曲线分析角度位移S（mm)速度V(m/s)加速度(m/s2)等效阻抗力矩Mer(Nm)61.50.0622.08-0.2121230.041.8-0.763183.20.091.12-0.872450.11.11-1.483060.120.9217.53366.50.1350.75619.534290.1450.7320.8848140.150.5521.8254160.170.6322.1460170.150.5222.5166200.160.50423.647223.50.1720.4324.1878260.190.3626.5484290.950.32427.1390330.20.2527.349635.40.2040.18428.2102380.2080.10828.8108430.2110.11228.7114470.2100.00528.6120500.209-0.14528.5126550.208-0.25228.6132570.205-0.1227.8138610.203-0.1525.6714463.50.202-0.21527.1215067.30.202-0.3426.79156700.194-0.37225.5162750.18-0.3625.516875.50.179-0.40425.6217479.640.181-0.46823.8180820.105-0.4622.66186870.163-0.5921.57192890.100-0.6519.2198910.14-0.72518.1204930.128-0.8116.32210940.12-0.9215.8521696.50.97-1.275-2.1422296.50.093-1.6-2.78228970.09-1.25-3.14234980.05-1.85-0.7752401000-2.05024698-0.13-2.381.4825298-0.08-3.222.5625896.9-0.16-3.65.2526492-0.24-4.167.2127090-0.22-5.27.4227685-0.356-5.548.1428278-0.44-511.728869-0.512-4.2813.0729460-0.600-2.2514.3630050-0.6280.2914.630640-0.5794.512.331230-0.544.411.131821-0.4655.288.6132414.5-0.3624.8356.8633010.5-0.2694.944.623366.2-0.1984.723.163425-0.123.062.183482.8-0.033.751.253540.280.03653.270.38360002.3801、图的分析： 随着曲柄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，曲柄转动的角度并不相等，这说明了曲柄转动时存在急回运动。2、图的分析：随着曲柄逆时针转动角度的增大，即的增加，速度V正向增大，大约在108度时达到最大，然后呈现下降趋势，在240度时下降为0，表明位移以增大到最大，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108度，正向速度到达最大值0.211m/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300度，速度达到负向最大值0.628m/s之后，当滑块继续由摇杆带动时，却曲柄由300度转至360度时，其速度由负向最大值变为0.3、图的分析：随着曲柄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，但是加速度越来越小，然后反向增大知道位移达到最大，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114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276度时加速度增大到5.54m/s2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。工作台传动方案设计此章的主要问题有三个：运动怎样从电动机引下来；工作台的运动情况及相对位置；怎样确定凸轮的安装角，怎样让整个机构协调工作。第一个问题：由于插床机身高度较高，所选择的机构传动方案必须能够实现长距离传动，且保证定传动比，长距离传动方案多种多样，如：齿轮系传动；带传动；链传动；平行四边形机构传动等。齿轮系传动会使整个机器结构变得复杂；带传动本身具有个缺点：会产生弹性滑动，且其精度不高；链传动则会产生冲击，并伴随着很大的噪声；平行四边形机构传动效率高，结构简单，完全复制了原动件的运动，且其刚度较高，故选取平行四边形机构这个方案来进行长距离传动。第二个问题：工作台最终可实现前后、左右作间歇直线送进运动和作间歇回转送进运动。送进运动必须与主切削运动协调配合，即进给运动必须在刀具非切削期时间即上超阶段以内完成，以防止刀具的切削运动与工作台的送进运动发生干涉。要实现工作台的三个间歇运动，即将原动件的连续往复摆动转化为从动件的单向间歇运动，根据机构的这个运动特性，知可选取棘轮机构，实现预期运动。同时，机构中添加复合锥齿轮，可实现改变锥齿轮的旋转方向，从而改变工作台的运动方向；同时加上离合器机构，以实现动力的传递或断开。这样，当机械运动传递到棘轮时，棘轮作有规律的单向间歇运动，同时将摆动转化为沿轴的自转运动，再通过复合锥齿轮传递给工作台。除了靠各机械构件带动工作台运动外，还可用手柄操作，此时与棘轮连接的离合器处于断开状态，棘轮的运动及动力不继续传递，不影响手柄对工作台的操纵。要保证送进运动与主切削运动协调配合，即进入上超工作台开始运动，结束上超工作台停止运动，直到下一个上超阶段才重新运动，则必须保证推程运动角小于等于上超区间的角度。第三个问题：由于工作台的进给运动只能发生在上超阶段，故我们所选择的机构传动方案中机构的运动只有在上超阶段才能传递给工作台，其它时间工作台都是处于静止状态，故选择凸轮式间歇运动机构，同时为了保证机构协调工作，凸轮的安装角必须在上超区间的角度范围内。一 、凸轮的设计：由于同一个电动机要完成刀具的切削和工作台的进给运动，所以要将动力分为两支，其一是带动刀具运动的曲柄而另一个则带动工作台进给运动的机构。 工作台的进给运动必须在刀具推出工作到刀具再次进入工作前完成即在上超这段时间完成，这是为了不让工作台的进给运动和刀具运动发生干涉，因此在设计的时候，我们所选的机构只能在上超阶段可以把动力传给工作台，因此我们所选机构为凸轮，且凸轮为摆动凸轮机构。二、棘轮的传动设计：由于插床机身的高度比较高，所以在选择机构的时候，机构必须要实现远距离的传输，且能够保证定传动比，由上知凸轮传输给了摆动导杆，且动力最终要传给棘轮，棘轮需要的是摆动，所以我们选择双摇柄机构。三、传动方案设计：1）传动方案设计图如下：其中实现工作台的前后移动齿轮3,4啮合是运动相反1)工作原理：当机械运动传到棘轮时，棘轮只能有规律地作单向的间歇运动。同时将摆动转化为沿轴的自转运动，在通过锥齿轮的传递给工作台，由于主锥齿轮是复合的双向齿轮，能改变锥齿轮的旋转方向，从而改变了工作台的进退方向，同时也改变了工作台的上滑板和下滑板的纵向、横向移动，除了考机械带动工作台运动外，还可以用手柄操作。此时棘轮部分连接的离合器处于断开状态，棘轮的传动不会影响手柄式工作台的运动情况。3）工作台1,2的工作过程：当齿轮转动时，齿轮2,3啮合运动通过离合器横向传动给丝杆，实现工作台2的左右滑动，而当齿轮3,4啮合时，运动通过离合器纵向传给蜗杆蜗轮及丝杆，图 工作台传动方案工作循环图：1.工作台的循环：工作台在刀具上下来回一周期间内只有上超阶段有进给运动，其它时间都处于静止。2.刀具在一个周期内的工作方式：刀具首先从上极限位置进入工作行程上超阶段，通过上超后刀具对工件进行切削，在刀具通过切削后进入工作行程下超，然后又经过回程下超、空回行程及回程上超，经过一周。3.工作循环图：工作循环图飞轮的设计一 表达式=， 如果JeJF,则Je可以忽略不计，则二 飞轮转动惯量的计算及其它相关计算1.通过等效阻力矩的计算，画出相关的阻力矩曲线图。曲线图可知其曲线与横轴围成的面积为 5256 ，故其等效驱动力矩=14.6n.m2.通过在坐标纸上画的能量指示图可知 =30.2J3.由于n=60r/min =0.04 =30.2J 故 JF 带入数据，得19.1kg.m2飞轮能够调速，还可以帮助机构度过死点。能够调速是利用了他的储能作用，由于飞轮具有很大的转动惯量，只要机构速度略有变化，它就可以储存或释放较大的能量。当机械出现盈功时，飞轮可以将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，飞轮又可讲能量释放出现，以弥补能量之不足，从而使机械速度波动的幅度下降。最大盈亏功可以由能量指示图来求得。根据功率等效可以找到等效阻力矩，然后在一个周期内等效阻力矩所做的功等于等效驱动力矩做的功，即可得