插床傳動系統(tǒng)方案設計及其運動分析

1、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX課程設計說明書 物理與電氣工程學院 2012年 12 月 28 日目錄1 課程設計摘要 21.1 課程設計的目的1.2 課程設計的要求2 機械設計課程設計任務書22.1 設計題目2.2 主要內容 2.3 機構簡介3 主體機構尺寸綜合設計33.1 O1A長度的確定3.2 桿BO3,BC的長度的確定3.3 到YY軸的距離的確定4 插床運動分析84.1對于重要點的速度4.1.1對于A點速度分析4.1.2對B點的速度分析4.2對于重要點的加速度4.2.1對A加速度分析4.2.2對C點的加速度分析5. 重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析125.1 圖的分析5.2 圖的分析

2、5.3 圖的分析6 總結157 參考文獻161課程設計摘要1.1 課程設計的目的機械原理課程設計是機械原理教學的一個重要組成部分。機械原理課程設計的目的在于進一步鞏固和加深學生所學的機械原理理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決實際問題的能力，使學生對機械的運動學和動力學的分析和設計有一較完整的概念，并進一步提高計算、繪圖和使用技術資料的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新機械的能力。1.2課程設計的要求確定插床主要尺寸，然后按1：1的比例畫出圖形。對插刀進行運動分析，選取適當比例尺畫出不同點速度，加速度矢量圖得到不同點的速度，加速度。 .整理和編寫說明書一份，對圖紙進行詳細說明 2 課程設計任務書2.1設計

3、題目 插床傳動系統(tǒng)方案設計及其運動分析2.2主要內容 2.2.1對指定的機械進行傳動系統(tǒng)方案設計2.2.2對執(zhí)行機構進行運動簡圖設計2.2.3對執(zhí)行機構進行重要尺寸設計2.2.4對插床的運動分析2.2.5編寫設計說明書2.3機構簡介 圖1 插床機構 插床主要由齒輪機構、導桿機構和凸輪機構等組成。電動機經(jīng)過減速裝置（圖1 中只畫出齒輪Z1 、Z2 ）使曲柄轉動，再通過導桿機構，使裝有刀具的滑塊沿導路做往復直線運動，以實現(xiàn)刀具切削運動。為了縮短空行程時間，提高生產效率，要求刀具具有急回運動。刀具與工作臺之間的進給運動，是由固結于軸O2 上的凸輪驅動擺動從動件其他有關機構（圖1中未畫出）來完成的。

4、在工作行程中，刀具上作用有相當大的切削阻力，在切削行程的前后各有一段0.1H（H為刀具行程）行程。而在空回行程中則沒有切削阻力，因此在一個工作循環(huán)中，刀具受力變化很大,從而影響了主軸的勻速運轉，為減小主軸的速度波動，需采用飛輪調速，以減小電動機容量和提高切削質量。3主體機構尺寸綜合設計插床是用于加工各種內外平面、成形表面，特別是鍵槽和帶有棱角的內孔等的機床，已知數(shù)據(jù)如下表。參數(shù)nrKLBC/LO3BLO3O2abHZ1Z2單位r/minmmmmmmmm數(shù)據(jù)602115050501001340已知O2O3=150mm，BC/O3B=1，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，根據(jù)以上信息確定曲柄O

5、2A ,BC ,BO3長度，以及到YY軸的距離3.1 O2A長度的確定圖2 O2A長度確定由，得極位夾角：，首先做出曲柄的運動軌跡(如圖2)，以O2為圓心，O2A為半徑做圓，隨著曲柄的轉動，由圖知道，當轉到，于圓相切于上面時，刀具處于下極限位置；當O2A轉到，與圓相切于下面時，刀具處于上極限位置。于是可得到與得夾角即為極位夾角。由幾何關系知A1O2O3=A2O2O3.于是可得A1O2O3=A2O2O3 =60°。由幾何關系得O2A1=COS·O2O3代入數(shù)據(jù)，O2O3 =150mm，得O2A=75mm即曲柄長度為753.2桿BO3,BC的長度的確定圖3 BO3,BC長度確定

6、由圖3 知道，刀具處于上極限位置C2和下極限位置時，長度即為最大行程H=100 ，即有=100mm。在確定曲柄長度過程中，我們得到A1O2O3=A2O2O3 =60°，那么可得到B2O3B1=60°，那么可知道三角形B1B2O3等邊三角形。又由幾何關系知道四邊形是 平行四邊形，那么，由上面討論知B1B2O3為等邊三角形，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即桿BC, BO3的長度100mm。3.3. O3到YY軸的距離的確定圖4 . O3到YY軸的距離由圖4我們看到，Y

7、Y軸由過程中，同一點的壓力角先減小，后又增大，那么在中間某處必有一個最佳位置，使得每個位置的壓力角最佳?？紤]兩個位置：1. 當YY軸與圓弧剛相接觸時，即上圖中左邊的那條點化線，與圓弧相切與B點時，當B點轉到，將會出現(xiàn)最大壓力角。2. 當YY軸與重合時，即圖中右邊的那條細直線時，B點轉到B1時將出現(xiàn)最大壓力角為了使每一點的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB中點（C點為O3B與的交點）。由幾何關系知道：l=O3BCOSB2O3C+(O3B2 - O3BCOSB2O3C)/2再代入其他數(shù)據(jù)，得：即 O3到YY軸的距離為93.3mm綜上，插床主體設計所要求的尺寸已經(jīng)設計完成。選取1:1 的是比

8、例尺，畫出圖形如所示。圖5 插床機構 4 插床的運動分析圖6 插床運動O2O3=150 mm, O2A=75 mm, n1=60 r/min, W1=(2/60)x60=2rad/s, O3B=BC=100mm,O3A= =168 mm 4.1 對于重要點的速度4.1.1對于A點速度分析：我們以當曲柄轉到最低點時為例（即當O3O2A=9時） 圖7 A點的速度由理論力學知識可得：a= e+ r (絕對速度=牽連速度+相對速度)（如圖7所示） 其中 ： Aa = Ae + Ar 大小 ： W1·O2A W2·O3A ? 方向 ： O2A O3A O3A由幾何關系可得：tan 1

9、= 所以：1 = arctan 求得：1=63.430將（絕對）速度分別投影到VAe與VAr方向上。所以： VAe = VAa cos1 = W1×O2Acos1 VA r = VAasin1=W1×O2A sin1 可求得VAr的大小 又因為VAe = W2 ×O3A = W1× O2Acos1 可求得W2的大小 4.1.2對B點的速度分析圖8 B點的速度如圖8 由理論力學知識可得：以C點為基點：所以： VB = VC + VBC大?。?W2×O3B ? ?方向： O3B 豎直 BC由作圖法可求得VC的大小 VBC的大小 4.2對于重要點的加

10、速度4.2.1對A加速度分析：圖9 A加速度如圖9由理論力學知識可知：因為牽連運動為轉動，所以會存在科氏加速度： c = 2 e× r Aa = Ae + Ar + c所以 Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c：設O3A桿的角加速為，W1為定值。Aat + Aan = Aet + Aen + Ar + c大?。?0 W12·O2A .·O3A W22·O2A ? 2W2·VAr方向： O2A O2A O3A O3A O3A O3A將其分別往O3A及 O3A的法線上方向投影得： W12·O2A cos1=W22&

11、#183;O3A - aArW12·O2Asin1 =·O3A + 2W2VAr即可求得和aAr的大小4.2.2對C點的加速度分析圖10對C點的加速度 如圖10由理論力學可得： B = C + BC所以： Bt + Bn = C + BCn + BCt大小： ·O3B W2O3B ? ?方向： O3B O3B 豎直方向 BC BC將其分別投影，因為只有兩個未知量，所以可以求得： aC的大小以及aAr t的大小 5.重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析 由對C點的速度與加速度位移計算可得下表：角度 (°)位移S（mm)速度V(m/s)加速度(m/s2)71.50.003

12、2.052140.08251.963580.1251.84910.50.141.56319.50.1551.077250.180.7791310.2010.55105410.2100.0911948.10.22-0.024133570.205-0.1214766.10.2-0.32161730.19-0.3917579.50.174-0.432187850.17-0.59201920.13-0.79215950.093-1.0422998.50.05-1.924399-0.03-2.625797-0.16-3.327190-0.274-5.1228573-0.52-4.929954.2-0.6

13、2-0.4431328.2-0.444.732712.5-0.35.473413-0.133.953551.5-0.02163.04360002.255.1、圖的分析：圖11 隨著曲柄O2A逆時針轉動角度的增大，滑塊C位移由0開始增大，大約在240度時達到最大，然后開始減少，易知滑塊C進程與回程時，曲柄O2A轉動的角度并不相等，這說明了曲柄O2A轉動時存在急回運動。5.2、圖的分析：圖12 隨著曲柄O2A逆時針轉動角度的增大，即的增加，速度V正向增大，大約在120度時達到最大，然后呈現(xiàn)下降趨勢，在240度時下降為0，表明位移已增大到最大，即滑塊C達到最下端，由曲線看出，滑塊C的正向平均速度比負

14、向平均速度小，進一步表明了急回運動的存在。進程時，速度比較小，更有利于進刀；回程時，速度較快，有利于提高工作效率，充分證明了此機構設計的合理性。下面對特殊點作一下分析：轉角為0度時，V=0;曲柄轉動至120度，正向速度到達最大值0.22m/s，此時滑塊C具有最大速度，當曲柄繼續(xù)轉動至240度時正向速度減少至0，此時由速度是位移的變化率可知，其位移達到最大值。當曲柄繼續(xù)轉動時，滑塊C速度反向，變?yōu)樨撓蛩俣?，隨著轉角增大而增大，曲柄轉至240度，速度達到負向最大值0.63m/s之后，當滑塊繼續(xù)由搖桿帶動時，即曲柄由300度轉至360度時，其速度由負向最大值變?yōu)?.5.3 圖的分析：圖13 隨著曲柄

15、O2A逆時針轉動角度的增大，滑塊C先向下作加速運動，但加速度越來越小，然后反向增大直到位移達到最大，接著滑塊進入空回程，由于存在急回運動，加速度迅速正向增大，達到最大后又開始減小，直到滑塊C進入工作行程。下面對一些特殊點進行分析：進程時，滑塊C具有正向加速度，由2.2開始減少，在102度時達到0，當角度繼續(xù)增大時，加速度反向增大，大約在240度時滑塊位移達到最大值，但是加速度還是在反向增大，而且增長率明顯比前段更大，當角度達到270度時加速度增大到5.2m/s時到達峰值，開始減少，在300度左右是達到0，然后正向增長，表明了滑塊將要向上減速運動，最后回到0位移，然后往復運動。我們可以看出，在0

16、至240度區(qū)間內，加速度都很平緩，而在240至360度內，加速度變化很快，都說明了急回運動的存在。 6 總結通過這段時間的設計，我們受益匪淺，不僅在學問方面有所提高，而且在為人處事方面有了更多的認識。當我們遇到一個問題時，首先不能畏懼，而是要對自己有信心，相信通過自己的努力一定能解決的。就像人們常說的在戰(zhàn)略上藐視它，但是在戰(zhàn)術上的重視它。通過慎重的考慮，認真的分析，腳踏實地去完成它，克服重重困難，當你成功實現(xiàn)目標時，那種成就感一定會成為你成長的動力。 這次設計的題目是插床。主要是確定機械傳動的方案，動力通過凸輪機構到導桿機構，導桿平行機構帶動棘輪傳動，再傳到工作臺，從而使工作臺進行間歇進給運動，使刀具能安全的進行切削。 這次設計課程不僅讓我們加深了對機械原理理論課程的理解和認識，更培養(yǎng)了我們用理論知識去解決實際問題的能力。也許我們的這種方案不是很好的方案，但它解決了工作臺間隙進給運動的問題。作為初次接觸設計的我們，對未來的設計充滿了信心。 我們希望學校多開設這類的設計課程，這不僅能幫助我們理解理論知識，更重要的是讓我們學會用理論知識解決實際問題，也能幫助