插件设计说明书机械插床设计

1、- 29 - 三、作业内容 1、导杆机构的设计及运动分析 2、凸轮机构的设计 3、齿轮机构的设计 4、导杆机构的动态机理分析 参考资料一、 课程设计的任务本作业的任务是对插件的导杆机构进行运动分析，设计凸轮机构、齿轮机构，并在此基础上进行导杆的动态静力分析和确定飞轮的转动惯量完成一号图纸一张，二号图纸两张及计算说明书一份二、 机构简介与题目数据机构简介，如图1-1a所示为一插件的运动简图，该插件主要由齿轮机构，导杆机构和凸轮机构组成，电机通过齿轮(1)、(2)、6等减速装置（齿轮(1)、(2)之前的齿轮装置部分图上未标出）使导杆机构1,2,3,4,5,6,转动，于是装有刀具的滑块便沿着yy导路

2、作往复运动（为了提高生产效率，要求刀具具有急回运动），插件就是这样完成切削运动的。刀具与工件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和它有关机构来完成的。机构运动简图(数据见表14)h0.05hg0.05hos5图3-31 插刀所受阻力曲线作业内容导杆机构的设计及运动分析符号nkhlbo/lo3blo2o3abc单位r/minmmmmmmmmmm数据60210011505050125abcdho2xdbo1o3ca123456n2n1z1z2yyqs5s1图3-30 插床机构运动方案示意图表14lo2o3作业内容凸轮机构的设计符号lo4d从动杆加速度规律单位度度mm度度度数据154

3、0125601060等加等减且加速度相等作业内容 齿轮机构的设计符号z1z2m d单位 mm 度数据 20 40 8 20作业内容导杆机构动态静力分析及飞轮转动惯量的确定符号g3g5js3dq单位nnkgm2mmn数据1603200.1412010001/25三、作业内容1、导杆机构的设计及运动分析已知：行程速比系数k，滑块5的冲程h，中心距lo2o3，各构件重心s的位置，曲柄每分钟转速n。要求：设计导杆机构，作两个位置的机构速度与加速度多边形，及滑块的运动线，以上内容与后面的动态静力分析作业一起画在一号图纸上，整理计算说明书。步骤：（1）连杆机构的设计 k=2 =180*（k+1 ）/(k-

4、1)=60 又h=100mm 则处于极限位置时b1b9=h=100mm （ 如图所示12 ） 画出滑块处于两个极限位置时的极位夹角=60，将圆o2等分为12等份，以1和9的位置分别对应上极限和下极限位 o3ao2a ao2o3 =60 lo2o3=150mm lao2=75mm 根据对顶角相等可得bo3b9=60 又lbc/lbo3=1 b1o3b9为等边三角形 冲程 h=100mm lb1b9=100mm lbo3=100mmm 导路yy过了bb高的一半且沿竖直方向。由以上可计算得出了机构各部分的基本尺寸。 作机构运动简图 选长度比例尺寸ul=1mm/mm,按分配的两个位置2,9作出机构的运

5、动简图，其中9的位置用粗实线画出，2位置用细实线画出。 作图时曲柄的位置分布如 下图13 图13 取滑块5在上极限所对应的曲柄位置作为起始位置1，并依转向得曲柄圆周十二等分，得十二位置。另外，再作出滑块在下极限位置时开始 切削和终止切削所对应的位置9， 1和8。（机构运动简图如图1-4） 选取速度比例尺uv=0.005（m/s）/mm,加速度比例 ua=0.05（m/s2）/mm,用相对运动图解法作该两位置2和9的机构速度多边形，并将结果列于表12 分析9位置 由齿轮的速度n=60r/min 得1= 则 a2 =a1=1lo2a=2*3.14*0.075=0.471m/s方向o2a= + 大小

6、 : ？ v ？ 方向 ： ao3 ao2 /ao3 又9位置时ao3ao2则 =0 = =0.471ms w3=0画出速度多边形，为一条射线 因为a3=0，构件3瞬时静止，所以固结在b点 和重心s3 点速度也为零，即b=0，s3=0。 = + 大小 ? 0 ? 方向 沿yy v bc vb=0 则vc=0 所以9位置的速度多边形就是上图。 加速度分析 aa1 = + 因为是匀速转动，所以=0 aa1=* lao2=2*2*3.14*3.14*0.075=2.96m/s2 方向：ao2（o3a） aa2= aa1=2.96 m/s2 方向：ao2（o3a） aa:3=aa2=2.96 m/s2

7、 方向：ao2（o3a） 由加速度影像定理，可求出固结在3构件上b点 和s3的加速度 = + 大小: ? v ? 方向: 沿y-y v bc ac= *ua=2.05m/s2 3=0 ak=0 方向:沿y-y ab= *ua=lbo3/lao3 *aa3 =2.28m/s2 方向：o3b acb= *ua=1.1m/s2 方向：bc as3= = *ua*lo3s/lao3 =2.85 m/s2 方向：o3 s3 由 3* lo3a= 则3=22.77s-2 (方向顺时针) 则9位置加速度多边 形为上图 分析2位置由前面知 a1=a2=0.471 ms = + 大小： ？ v ？方向： ao3

8、 ao2l ao3则 va3=*uv =0.21 ms 方向：o3a va3a2=*uv=0.42ms 方向：ao3 固结在构件3上的b点和重心点s3速度vs3= va3* lo3s/ lao3=0.1565 ms 方向：o3s1= va3/ lao3=0.42 ms 方向：逆时针 vb=3* lbo3=0.125 ms 方向：o3b = + 大小: ? v ？方向： 沿y-y o3b cbvc=* uv=0.11 ms 方向：沿y-y vcb= *uv=0.0575 ms 方向：cb则2位置速度多边形为上图所示。加速度分析aa1= aa2 =* lo2a =0.296 m/s2 + = +

9、+ 大小： ？ v v v ？方向：o3a ao3 ao2沿va3a2绕3转过90 ao3=*lo3a=0.262m/s2 方向：ao3=2*3*va3a2=1.05m/s2 方向：o3a 向下由加速度影像定理可求出固结在构件上b点和s3的加速度 = + + 大小： ？ v ？v方向 ：沿yy v bc 方向：bcab=lbo3/lao3*aa3=0.9m/s2 方向：o3b=*lcb=/lcb=0.033 m/s2 方向：bcac =*ua=0.95m/s2 方向：沿y-yas3 =*ua*lo3s/lao3 =1.2m/s2 方向：o3s3由3= / lo3a= 9.39 s-2 方向：顺

10、时针位置项目w1va2va3a2vcbvcvs3w326.280.4710.420.05750.110.15651.2596.280.4710.4710000单位m/ss-1aa2acas33va32.961.050.2621.5750.0330.951.29.390.212.96002.961.12.052.8522.770m/s2s-2m/s根据机构各个位置，找出滑块5上c点的各对应点，以1点位置为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺us=1mm/mm,作s（t）线图，取us=1mm/mm便于从机构直接量取滑块位移，然后根据s（t）线图，用图解法线微分法作滑块的速度vc（t）线图，分别

11、见下图15 图 1 - 5 作法为：a、 将sc（t）曲线的横坐标系分为十二等分，过这些等分点作纵坐标与曲线相交得点1,2,3,b、 过点1,2,3作弦线12, 23， 34， c、 在速度曲线的横坐标轴上自原点o向左选取一段等于kmm的合适距离得点p点。d、 过p点引平行于各弦12, 23， 34， 的射线，他们与纵坐标相交于1,2,3，等点e、 将所有的1,2,3，各点分别投影到相应的纵坐标线 上，得到一系列长方形。f、 过原点o及各长方形顶边中点a，b，c等连成圆滑曲线即为所求的曲线v（t）。 比例计算ut=1s/120mm=0.00833s/mm n=60r/min 凸轮与曲柄共轴，所

12、以凸轮转一圈用1s的时间k=us/(utx)=0.001/0.0833mm=12mmuvc=us/uck=0.010 ual= uvc/ utk=0.100加速度线图如下图16加速度线图用图解微分法作，做法类似于作速度线图。2、凸轮机构的设计 已知：从动件最大摆角max，许用最大压力角max，从动件长度lo4d，从动杆运动规律，推程运动角，远休止角s,回程运动角0，凸轮和曲轴共线。 要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画图轮实际的轮廓曲线。 步骤：（1）根据给定的从动杆运动规律，计算推程和回程中的 的最大值，然后利用作图法作出（）及（）的线图。 a、由已知的从动件的运动规律是等加速还是

13、等减速运动，且其绝对值相等，所以的最大值是在=时，即在推程的一半位置处。 在0, ,即0,30时 =2h/2*2 则=4h/2* 又h=15/180 =60/180当=30时，=0.5当=0时，=0b.根据等加速和等减速运动规律和上步求得的最大值作图，如下图：c.由等加速和等减速且绝对值相等运动规律： 在0,30时, =2h/2*2 =4h/2=3/选取适当地比例尺作图，见下图：d.根据从动件的运动规律用作图作出（）线图 （a）将推程的一半三等分，每份都是10度； （b）以为max=15度，所以当=30度时，=7.5度； （c）从端点1引一条射线，截取长度适宜的线段将其9等分； （d）如图17

14、，作出0, 时的（）曲线图；（e）根据等加速和等减速运动规律，其余部分可以用镜像对称画出。比例尺的计算：u=（60+10+60）/180*=0.01621u =0.5/40mm=0.0125u =0.03183 u=0.00403 （2）求基圆半径r0及凸轮回转中心o2至从动杆摆动中心o4的距离lo2o41.如图18所示 选定比例尺ul =2，根据给定的从动轮长度lo4d=125mm，从动件运动规律（），画出摆动从动件在推程和回程的一系列位置1,2,314，以及凸轮的转向w（逆时针）。2.按照从动件在推程和回程时从动件速度矢量 绕d点w转90度得判定原则，在o4d的延长线的外侧和内测定出各点径

15、向长度，为改点对应的 与从动杆长度lo4d的乘积；3.对于推程和回程分别作与o4 d成90- =50，便可交出基圆圆心应处的阴影区域（上面与o4 d成50度所做的线的两条边界线的交点，如图），显然，圆心一经选定，则基圆半径r0=lo2d，最小基圆半径为r0= * ul =60mm，凸轮与从动件间的中心距lo2 lo4= ，ul =147mm（3）根据凸轮的转向，lo4d （）图线和上述求得的r0，lo2o4画出凸轮理论轮廓曲线，选取滚子半径rg，画出凸轮的实际轮廓曲线。1.在大图上选取比例尺rl=1；2.由凸轮摆动从动件的起始位置，根据已求出的内容画出凸轮理论轮廓曲线；3.滚子半径的选择标准

16、rg=(0.10.5) r0 且rl 0.8 pmin也就是滚子半径介于基圆半径0.1到0.5之间；且滚子半径要小于最小曲率半径的0.8倍，由后面知pmin=33mm，rg取15mm；4.最小曲率半径的确定，在理论轮廓曲线的最尖点，画三个半径相同，且相当小的圆，其中两个小圆相切，第三个小圆以切点为圆心，连接第三个圆与第一个小圆的俩个交点并延长，再连接第三个圆与第二个圆的相交点并延长，两延长线的交点p就是最小曲率半径中心，从最小曲率中心到理论轮廓曲线的距离极为最小曲率半径pmin；5.确定o2o4点画圆； 3.齿轮机构的设计 已知：齿数z1，z2，模数m，分度圆压力角 ，正常制标准齿轮传动，齿轮

17、2与曲柄共轴； 要求：计算该对传动齿轮的各部分尺寸，以2号图纸绘制齿轮传动啮合圆，并整理说明书。步骤：（1） 计算该对齿轮传动的各部分尺寸如下表13项目数据分度圆半径r1=m* z1 /2=160mm基圆半径rb1 = r1*cos=75.1754 rb2=r2*cos=150.3508mm齿顶圆半径ra1 = r1 +m = 88mm ra2= r2+ m =168mm齿根圆半径rf1= r1- m(+c*)=70mm rf2= r2- m(+c*)=150mm齿顶高ha = m =8mm齿根高hf = rf1= m(+c*)=10mm齿全高h= ha + hf =18mm基节pb=p* c

18、os=m cos=23.6171mm中心距a=1/2*( r2 +r1 )=240mm传动比i12 =1/2=n1 / n2 = z1 / z2 =2理论啮合线=(r2+r1)sin=81.0848mm实际啮合线=+=(-)+(-)=38.6183mm重合度=/pb=1.6352（2） 绘制齿轮啮合圆，长度比例尺的选取能使图上齿高达到3050mm，绘制齿廓时，对于根圆小于基圆的齿轮，器齿轮的非渐开线部分用径向线画出，径向线与齿根圆的相切处用半径为0.2m（模数）的圆弧连接之，要求每个齿轮画出三个完整的轮齿，其位置要使两齿轮在啮合线上有两对齿圆时参加啮合。 . 选取比例尺：齿高h=18mm，所以

19、ul = 0.5 0.2m =0.2*0.8=1.6mm作有效啮合长度中心距 a=240mm分别以o1，o2为圆心作两齿轮的基圆，并由齿轮的转向确定两基圆的内公切线， ,为两切点的连线，即为实际啮合线。.分别作两齿轮的分度圆与两轮中心距相交于p点，且让 过p点，再作两齿轮的齿顶圆和齿根圆，齿顶圆与理论轮廓线的交点分别为b1 b2，连接即为实际啮合线。 .画啮合齿：以齿轮1为例说明:从齿轮1的齿顶圆上一点k向基圆作切线，设切点为s，连接sk，由渐开线性质知在基圆上取弧长= ，又由=rb1 * ，算出 等分为7等份，分别在基圆上画出等分点，从各等分点作渐开线，分别截取各渐开线于弧长，连接各截取的点

20、可得半边齿形；齿轮2的作法同齿轮1。.用硬纸板分别剪成齿轮2和齿轮1的齿形在两齿轮啮合处，拼接使形成有两个齿进入啮合状态，然后画出啮合圆，画啮合时注意齿距p的尺寸，且注意啮合点在b1 b2点。由圆上测量得=38.8mm 与理论=38.6183mm，相差不多，所以所做的齿轮传动啮合圆基本正确，误差在允许范围内。.在图上标注相应的尺寸和点，并在右下角写出图形的相关内容及简介。4.导杆机构的动静力分析已知：各构件的重量g及其对重心轴的转动惯量js，曲柄1曲柄2，连杆4的重量和转动惯量略去不计，阻力图，以及已在运动分析作业中得出的机构尺寸，速度和加速度。要求：确定一个机构（分配）位置时的各运动副中的反

21、作用力（略去运动副o2中的反作用力n61）和应加于曲柄上的平衡力矩。在列干组示力体的力平衡方程时，最好遵循：写完一个构件上的所有已知力，再写另一构件上的所有已知力，同一回转副中的反作用力的两个分量应列在一起的原则。 作圆时对于小的力如在图上无法表示，则可以忽略去不画。 将所求位置的机构阻力，各运动副反力（ 还求出作用线至c点的距离e）和平衡力矩的结果，并填入表15中。1. 分析机构处于9位置时的动态静力。所要用到的已知条件为：g3=160n g5=320n js3=0.14*m2 d=120mmb=50mm q=1000n 2. 将机构拆分成45,23两个二级杆组和原动件机架1.首先分析45组示力体：9是下极限位置，所以=0n =2.05 m/s2 方向：沿导路y-y向上 lo2