插床机构课程设计

1、实用标准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文案大全实用标准目录一、 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、工作原理: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、2转动， 再通过导杆机构使装有刀具的滑块 6沿导路yy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Q上的凸轮驱动摆动从动件 6d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转速偏差为土 5%。要求导杆机构的最小传动角不得 小于60 ；凸轮机构的最大压力角应在许用值a 之内，摆动从动件8的升、

3、 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/0.05H70 05上b）插刀阴力曲钱图b)文案大全实用标准文案大全实用标准三、设计数据文案大全实用标准设计计算及说明结 果导杆机构运动分析转速n2力臂d(mm曲柄l。2 mm插刀行程代mm行程速比 系数K60 100601101.6导杆机构运动分析从动件 最大摆角申max从动件杆长许用压力角推程运动角&远休止角回程运动角6 o1512542651065四、设计内容及工作量：1 、根据插床机械的工作原理，拟定 23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，Ibc二

4、0.5 0.6 Ibo4。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C2C4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|。2。8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。文案大全实用标准设计计算及说明结 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

5、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= o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 k =(180旳/(180 -旳, 而v -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H =2Lcd sin(r/2)，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900 o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

6、，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900，所以受 力更好，结构也更加紧凑。图1 2文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果3. 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、eo文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标

7、准设计计算及说明结 果方案特点如下:(1) .是四杆机构，结构较前述方案简单。(2) . 因极位夹角 - arccose/ (a b - arccose/(b - a)丨，故具有 急回作用，但急回作用不明显。增大 a和e或减小bo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，米用方案II以采用方案II较宜。(二).导杆机构分析与设计文案大全实用标准设计计算及说明结 果设计计算及说明1. 机构的尺寸综合因为 k =(180 R/(1800 -力、.:J

8、 = 2arcsin( a /b)- . v而K=1.6由上面方程可得：v -.-41.5又因为 a =I2a =60mm，可得：b =0204 = 169.2mm 根据几何关系：H =2Ib04 sin(0/2) =110mm可得Lb04 =145.78mmLbc = (0.5 -0.6)Lbo4 =72.89mm-87.47mm取Lbc =80mm2. 导杆机构的运动分析八.-41.50b = 0204 二 169.2mmLB。=145.78mm1).当在(a)所示位置时，此时构件 4处在极位文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果Lbc =80mm文案大全

9、实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果(a)速度分析：曲柄的长度为Io2a =60mm，转速n=46r/min2兀 n 3 146曲柄的角速度为 w2=.= 4.815rad / s60 60VA4 二 VA3 VA4A3方向 丄 AO4 - ao2/ ao4大小？W2I02A？由图解法得：（错误）因为VA4a3 =0所以竿4没有转动,即W4 = 0 ,又因为构件3,是一个滑块，竿 4又有铰链定位。所以实际上：vA=0求B点的速度：由于构件4上O4点是B和A的绝对瞬心点AO4 Va4BO4Vb得 vB = 0m / sVao4=0, A4点的速度Va4已知，利用构件4

10、上的速度影像有：Va4 =0文案大全实用标准设计计算及说明结 果求Vc : B、C是同一构件上的点，根据同一构件上点间的速度 关系：vc 二 VbVcb方向 /导杆 _ BO4- BC大小 ？0?文案大全实用标准设计计算及说明结 果vB = 0m / s可得:=0加速度分析：2 二 n、2因为弘皿AO2=（60）J 虫8152 60 10”根据速度合成原理有：ao2ao2=1.39m / s大小a A4nA4a；aA3r akA4A3A4A31.39m /s ?Vc = 0文案大全实用标准设计计算及说明结 果方向o4a可得：aA4 =aA =1.39m/sA3方向：_ o4a又根据速度合成原理

11、求6滑块C的速度：a cn二 a CB+ a CB+ a B大小?1.28m / s2方向匸l BCl BC匸总!ab文案大全实用标准设计计算及说明结 果又图解法作图解:147aB的值通过aA在AB杆上由杠杆定理求得A3AO4 _ BO41.39 aBaB=AO：1.39145.78 1.39 =1.28 m/158.2又速度比例 0 = 亟 =1.28m/s =0.0088Ipb 145.78所以ac = 147 0.0088=1.294 m/s2方向垂直向上对机构分析，同理可得：（二）.滑块A在下极位的时候. _ 2vC =0 , ac = 147 0.0088=1.294 m/s 方向垂

12、直向下。aA4aA =1.39m/saB=1.28m/s2ac=1.294m/s2（三）. 滑块A于机架O2O4位于同一位置的右边时:文案大全实用标准设计计算及说明结 果又杠杆原理有Vb =VA如Io4b0.289m/s 158.2145.78二 0.314m/ s，方向 _vc 0，ac=1.294m/ s2速度分析：Va2 =W2 Io2a =4.815 0.06=0.289m/sVA2VA3又速度合成原理有：Va4 二 Va3 Va4 Va3大小？0.289/m/s0方向一o4a又速度合成原理：V c 二 V B V CB大小？0.314m/s0方向匕人Io4a所以 Vc 二 Vb =0

13、.314m/s加速度分析:o4a 1 o4a所以 VA4 二 v =0.289/m/s文案大全实用标准设计计算及说明a*r pr222因为 aA2 二 w2Ia2 二 4.8150.06 = 1.39m/svA40.289m/ s0.1582= 1.827rad/s，加速度合成原理有:a aa 4n二 a AA4ta a4r丄ka A 3 a a4 a3 a A4A3大小？2W4lO4A01.39m / s200方向？匸 1 o4a丄Io4a-lO2A00所以aA, = ajA4 =w4|o4a=21.8270.1582 = 0.528m/s2aB = aA,4lO4 A二2802o4ba c

14、 = a ba cba bat CBa CB大小?20.487m/s 00方向-Io4aIo4a00所以ac = aB2=0.487m/s ，方向lO4A，向下加速度合成原理有:（四）滑块A于机架O2O4位于同一位置的左边时:结 果VA4 补=0.289/m/sVc 二 VB =0.314m/sW4=1.827rad/s文案大全实用标准设计计算及说明结 果Y = 0.673ac20.487m/s又杠杆原理有VA4lO4BlO4A0.289m/s 145.7860=0.702m/ s，方向naA - aA,=20.528m/ s20.487m/s速度分析：Va2 二W2 lo2A =4.815

15、0.06=0.289m/svAvA3又速度合成原理有：Va4 二 Va3 Va4 Va3大小？0.289/m/s0方向Io4a lqA所以 Va4 = 7a =0.289/m/s文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果|o4a又速度合成原理：v c = v Bv CB大小？0.702m/s0方向Io4a Io4a所以 vc = Vb =0.702m/s加速度分析:文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果vA2 = 0.289m/s文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果VA4 二=0.289/m/s

16、文案大全实用标准设计计算及说明结 果2,22AO2因为二w；lAO 二 4.8150.06 =1.39m/s文案大全实用标准设计计算及说明结 果W4vA40.289m/ sIo4a0.06= 4.817rad /s，加速度合成原理有:a A4na A4A4Vb 二 0702m/s文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果w：Io4a21.39m /s文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果方向？匸 lO4Ao4alO2A文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果所以aAa二 aA =w2l44文案大全实

17、用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果Io4b|o4a145.78 1.39m/s 3.38m/s260Vc = Vb =0.702m/s加速度合成原理有:Ba CBt cba cb23.38m/s方向1 o4aIo4a所以ac2aB = 3.38m/s方向 向上文案大全实用标准设计计算及说明结 果文案大全实用标准设计计算及说明结 果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：文案大全实用标准结 果设计计算及说明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：2max、： /、7(0 。/2)等减速段

18、:max -2：maxC；0 -、：)2几0 ( 口 / 2 。)由以上两个表达式求得：d : dd : d（；0 12 一： - ；0)文案大全实用标准结 果文案大全实用标准结 果最大摆角时有:2aB = 3.38m/s4 申420二 L、.汀，130 652 3280mm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 Bi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) =OF,dt dq)dt 则 OP/(OP+a)= d

19、.dd将 式分子分母同乘d、：整理得：d d :OP(1)=a d6由式求出OP代入式(1)右边得:d a+OP=A1- J )在三角形AB1P中由正统定理有：(1)ac23.38m/sa OP _Lsin(90 川爲)一 sin(90役孑0 一 ：)将式代入式中得:a = L（1 -d ：/d、）COS： COS（：0 ）设计计算及说明用二90 -代入式中得：过点 O作 OG /P B1 ,贝OAC1 s .：PAB ,再由式(2)得OPd :EC L 二L,等式 正是 OAC1的正弦定理.将等式a+OPd6中的cos( 0；：)展开得：L(1tan a =cot( 0:)d ：)Ja si

20、 n(0曲)打:(8)由等式(8)求得d:L(1- )cos a docos(a0:)(9)将:=90 -代入式(9)得:asin()L(1d ：)d-sin(- 0- )(10)文案大全实用标准结 果如果在图3-1所示位置的接触点B1处的压力角正好满足a =,比 较式(10)和式 可知,直线OG便是在此位置时满足式(10)以等到 式成立的边界可以证明直线00左边的阴影所示区域为保证摆杆 运动规律和摆杆长度不变的a和：0(a,r。)的解域.在推程的各个位置 都有这样的解域，这些解域的交集便是推程时a和(a。)的解域.图3-1回程时，0,压力角图3-2a0,传力条件变成-tan a 一 tan

21、a,由此可导设计计算及说明出满足传力条件性能的条件:L(S)cos( ad,、.(11) cos(a - - %)将:=90 -代入式(11)得：L(1-竺)一 兰,一疋(12)sin( ) cos( 0 ：；叩)同理出可以求出回程时的 a和;0(a, r0)的解域.推程和回程的 解域的交集便是该凸轮机构保证传力性能好的a和0(a,r。)的解域.如图3-2所示的是一个用作图法求出的同向型凸轮机构的a和%心山)的解域.由图可知,L(d/d6)-的线图是在摆杆的各个 以A为圆心的以L=AB1为半径的圆弧线上取点如图中B1,推程时沿 着此位置时的摆杆直线 AB1内侧量取线段B1C L(:/d ) =

22、80mm： 得C1,过G作G G直线使之与直线AB1倾斜角;同理,回程时也 可沿着摆杆直线 AB1外侧量取回程时的线段BG、L(dd) 得G,作GG 直线使之与直线AB1反向倾斜角.一般地,阴影区由 多个位置时的边界线围成,显然,选取的B1点数多,a和(a,r。)的解 域就精确这要，凸轮的转动中心O可以在阴影区域内选择，连接OA 便得到待求的基本尺寸a=OA, r0=OB0.如图3-2所示求得的机架长度a=170mm, r0 =82mm .选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。滚子半径rr =(0.1 0.5) r0,取 rr =20mm.(2).凸轮廓线的绘制： 选定角度比例尺，作出摆杆的角位移曲线，如图3-3(b)所示，将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分BG=L（d 7d、）=80mm 选定长度比例尺，作以O为圆心以OB%为半径的基圆；以O 为圆心,以OA=a%半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆. 自A点开始沿-方向把机架圆分成与图3-3(b)中横坐标相 应的区间和等分,得点A1, A2, A3-,再以A1, A2, A3为圆心,以AB=L 半径作弧与基圆交于点B1,B2,B3，得线段A1B1, A2B2,A3B3.文案大