機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)--插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《機(jī)械原理》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目： 插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械工程 </p><p>　　班 級(jí)：

2、 13機(jī)械x </p><p>　　學(xué) 號(hào)： x </p><p><b>　　機(jī)械工程系</b></p><p>　　2015年 6 月 26 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

3、><b>　　工作原理2</b></p><p><b>　　一.設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p><b>　　二.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3</b></p><p><b>　　三.設(shè)計(jì)要求4</b></p><p>　　四.主體機(jī)構(gòu)尺寸的綜合設(shè)計(jì)4&

4、lt;/p><p>　　五.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析8</p><p>　　六.數(shù)據(jù)匯總并繪圖14</p><p><b>　　七.總結(jié)15</b></p><p><b>　　八.參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)一 插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><

5、;p><b>　　工作原理</b></p><p>　　插床是常用的機(jī)械加工設(shè)備，用于齒輪、花鍵和槽形零件等的加工。圖1-1為某插床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案示意圖。該插床主要由帶轉(zhuǎn)動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等組成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)減速后帶動(dòng)曲柄1回轉(zhuǎn)，再通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1－2－3－4－5－6，使裝有刀具的滑塊沿道路y－y作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具切削運(yùn)動(dòng)。為了縮短空程時(shí)間，提高生產(chǎn)率，要求

6、刀具具有急回運(yùn)動(dòng)。刀具與工作臺(tái)之間的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是由固結(jié)于軸O2上的凸輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)從動(dòng)件O4D和其他有關(guān)機(jī)構(gòu)（圖中未畫出）來實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　一.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　針對(duì)圖1-1所示的插床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（插削機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)）方案，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和已知參數(shù)，確定各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；</p><p>　　

7、假設(shè)曲柄1等速轉(zhuǎn)動(dòng)，畫出滑塊C的位移、速度和加速度的變化規(guī)律曲線；</p><p>　　編寫課程設(shè)計(jì)說明書；</p><p><b>　　感想與建議。</b></p><p><b>　　二.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　依據(jù)插床工況條件的限制，預(yù)先確定了有關(guān)幾何尺寸和力學(xué)參數(shù)，如表1-1所

8、示。要求所設(shè)計(jì)的插床結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高。</p><p>　　表1-1 插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　三.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　已知：行程速比系數(shù)K，滑塊5的沖程H，中心距，比值，各構(gòu)件重心S的位置，曲柄每分鐘轉(zhuǎn)。</p><

9、;p>　　要求：設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并作機(jī)構(gòu)兩個(gè)位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖，作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖。以上內(nèi)容與后面動(dòng)態(tài)靜力分析一起畫在1號(hào)圖紙上（參考圖例1）。</p><p>　　曲柄位置圖的作法為（圖1-2）取滑塊5在上極限時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置為起始位置1，按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分，得12個(gè)位置點(diǎn)，顯然位置9對(duì)應(yīng)于滑塊5處于下極限得位置，再作出開始切削和終止切削所對(duì)應(yīng)的1’和8’兩位

10、置，共計(jì)有14個(gè)位置，可按表2進(jìn)行分組。我的組號(hào)是2，位置編號(hào)分別為6和8。</p><p><b>　　2、整理說明書</b></p><p>　　四.主體機(jī)構(gòu)尺寸的綜合設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖所示：</p><p>　　已知=150mm，，行程H=120mm，行程比系數(shù)K=2，</p>

11、<p>　　根據(jù)以上信息確定曲柄 長(zhǎng)度，以及到Y(jié)Y軸的距離</p><p><b>　　1.長(zhǎng)度的確定</b></p><p><b>　　圖 1 極限位置</b></p><p><b>　　由，得極位夾角：</b></p><p><b>　　，&l

12、t;/b></p><p>　　首先做出曲柄的運(yùn)動(dòng)軌跡，以為圓心，為半徑做圓，隨著曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，有圖知道，當(dāng)轉(zhuǎn)到，與圓相切于上面時(shí)，刀具處于下極限位置；當(dāng)轉(zhuǎn)到，與圓相切于下面時(shí)，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(guān)系知，，于是可得，。由幾何關(guān)系可得：</p><p>　　代入數(shù)據(jù)，=150mm，，得</p><p><b>　　

13、即曲柄長(zhǎng)度為75</b></p><p>　　2. 桿的長(zhǎng)度的確定</p><p>　　圖 2 桿BC，BO長(zhǎng)度確定</p><p>　　由圖2 知道，刀具處于上極限位置和下極限位置時(shí)，長(zhǎng)度即為最大行程H=120 ，即有=120mm。</p><p>　　在確定曲柄長(zhǎng)度過程中，我們得到，那么可得到，那么可知道三角形等邊三角形。&l

14、t;/p><p>　　又有幾何關(guān)系知道四邊形是平行四邊形，那么，又上面討論知為等邊三角形，于是有，那么可得到,即</p><p><b>　　又已知，于是可得到</b></p><p>　　即桿的長(zhǎng)度為120mm。</p><p>　　3.到Y(jié)Y軸的距離的確定</p><p>　　圖 3 到Y(jié)Y軸的距

15、離</p><p>　　有圖我們看到，YY軸由過程中，同一點(diǎn)的壓力角先減小，后又增大，那么在中間某處必有一個(gè)最佳位置，使得每個(gè)位置的壓力角最佳。</p><p><b>　　考慮兩個(gè)位置：</b></p><p>　　1當(dāng)YY軸與圓弧剛相接觸時(shí)，即圖3中左邊的那條點(diǎn)化線，與圓弧相切與B1點(diǎn)時(shí)，當(dāng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)到，將會(huì)出現(xiàn)最大壓力角。</p>

16、;<p>　　2.當(dāng)YY軸與重合時(shí)，即圖中右邊的那條點(diǎn)化線時(shí)，B點(diǎn)轉(zhuǎn)到B1時(shí)將出現(xiàn)最大壓力角</p><p>　　為了使每一點(diǎn)的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB1中點(diǎn)（C點(diǎn)為與得交點(diǎn)）。由幾何關(guān)系知道：</p><p>　　由上面的討論容易知道，再代入其他數(shù)據(jù)，得：</p><p>　　即到Y(jié)Y軸的距離為112.0mm</p>

17、<p>　　綜上，插床主體設(shè)計(jì)所要求的尺寸已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。選取1:1 的比例尺，畫出圖形如圖紙上機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示。</p><p><b>　　五.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析</b></p><p>　　1、6點(diǎn)速度分析,加速度分析</p><p>　　已知，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由作圖法求解位移，速度，加速度。規(guī)定位移，速度，加速度向下為正，插刀處于上極限位

18、置時(shí)位移為0.</p><p><b>　　當(dāng)</b></p><p><b>　?。?）位移</b></p><p>　　在1：1 的基礎(chǔ)上，量的位移為81.9mm，即 曲柄轉(zhuǎn)過150°時(shí)位移為81.9mm。</p><p><b>　?。?）速度</b></

19、p><p>　　由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點(diǎn)地方法可得</p><p>　　其中，是滑塊 上與A點(diǎn)重合的點(diǎn)的速度，是桿AOB上與A點(diǎn)重合的點(diǎn)相對(duì)于滑塊的速度，是桿AOB上與A點(diǎn)重合的速度。</p><p>　　又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學(xué)同一構(gòu)件不同點(diǎn)的方法可得：</p><p>

20、　　其中，是C點(diǎn)，即插刀速度，是C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，是B點(diǎn)速度。</p><p>　　又B點(diǎn)是桿件3 上的一點(diǎn)，桿件3圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)，且B點(diǎn)沿桿件3與A點(diǎn)重合的點(diǎn)在的兩側(cè)，于是可得：</p><p><b>　　由圖量的,則可到</b></p><p>　　由已知可得，規(guī)定選取比例尺，則可的矢量圖如下：</p><p>　

21、　最后量出代表的矢量長(zhǎng)度為62mm,</p><p>　　于是，可得 =248.8mm/s</p><p>　　即曲柄轉(zhuǎn)過150°時(shí)，插刀的速度為248.8mm/s。</p><p><b>　?。?）加速度</b></p><p>　　由理論力學(xué)知識(shí)可得矢量方程：</p><

22、;p>　　其中，是滑塊上與A點(diǎn)重合點(diǎn)的加速度，=，方向由指向；是科氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），其方向垂直向下；是相對(duì)于滑塊2的加速度，方向與平行；是A點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度，=,方向過由指向；是點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的切向加速度，方向垂直。由矢量方程可解，從而得到。</p><p>　　B是桿AOB 上的一點(diǎn)，桿AOB 圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)，又與B點(diǎn)在的兩側(cè)，由可得</p><p>

23、　　量出則可得到的大小和方向</p><p>　　又由理論力學(xué),結(jié)合圖可得到；</p><p>　　其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度，方向由C點(diǎn)指向B點(diǎn)；是C相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的切向加速度，大小未知，方向與BC垂直。此矢量方程可解，從而可得到C點(diǎn)，即插刀的加速度。取比例尺，可得加速度矢量圖如下：</p><p>　　最后由直尺量的長(zhǎng)度為1

24、1.8mm，于是，可得</p><p><b>　　當(dāng)</b></p><p><b>　?。?）位移</b></p><p>　　在1：1 的基礎(chǔ)上，滑塊的位移為113mm。，即 曲柄轉(zhuǎn)過210°時(shí)位移為113mm。</p><p><b>　?。?）速度</b>&

25、lt;/p><p>　　由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學(xué)中不同構(gòu)件重合點(diǎn)地方法可得</p><p>　　其中，是滑塊 上與A點(diǎn)重合的點(diǎn)的速度，是桿AOB上與A點(diǎn)重合的點(diǎn)相對(duì)于滑塊的速度，是桿AOB上與A點(diǎn)重合的速度。</p><p>　　又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學(xué)同一構(gòu)件不同點(diǎn)的方法可得：</p><p

26、>　　其中，是C點(diǎn)，即插刀速度，是C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，是B點(diǎn)速度。</p><p>　　又B點(diǎn)是桿件3 上的一點(diǎn)，，桿件3圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)，且B點(diǎn)和桿件3與A點(diǎn)重合的點(diǎn)在的兩側(cè)，于是可得：</p><p><b>　　由圖量的,則可到</b></p><p>　　由已知可得，規(guī)定選取比例尺，則可的矢量圖如下：</p><p

27、>　　最后量出代表的矢量長(zhǎng)度為34.9mm,于是，可得：</p><p>　　即曲柄轉(zhuǎn)過210°時(shí)，插刀的速度為方向沿YY軸向下。</p><p><b>　?。?）加速度</b></p><p>　　由理論力學(xué)知識(shí)可得矢量方程：</p><p>　　其中，為滑塊上與A點(diǎn)重合點(diǎn)的加速度，=，方向由指向；是

28、科氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），方向垂直向下；是相對(duì)于滑塊2的加速度，方向與平行。B是桿AOB上的一點(diǎn)，桿AOB 圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)，又與B點(diǎn)在的兩側(cè)，由可得</p><p>　　量出則可得到的大小和方向</p><p>　　又由理論力學(xué),結(jié)合圖可得到；</p><p>　　其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度，方向由C點(diǎn)指向B點(diǎn)；是

29、C相對(duì)于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的切向加速度，大小未知，方向與BC垂直。次矢量方程可解，從而可得到C點(diǎn)，即插刀的加速度。取比例尺，可得加速度矢量圖如下</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)可得：</b></p><p><b>　　六.數(shù)據(jù)匯總并繪圖</b></p><p>　　數(shù)據(jù)如下表所示，數(shù)值中的正負(fù)號(hào)表明方向，位移、速度和加速度的

30、方向向下為正方向；</p><p><b>　　繪制的曲線圖見圖紙</b></p><p><b>　　七.總結(jié)</b></p><p>　　通過對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)16個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，使我對(duì)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、速度多邊形、加速度多邊形有了更為深入的理解。對(duì)比機(jī)械原理這門課機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)則是將理論和具體操作

31、（繪圖）相結(jié)合，使我對(duì)已學(xué)的機(jī)械知識(shí)掌握的更加具體、系統(tǒng)。在繪圖時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣缺壤?，多邊形尺寸盡可能精確。觀察最終繪制的位移、速度、加速度曲線圖，可以明顯的看到該插床在曲柄1從2400定軸轉(zhuǎn)動(dòng)到3600時(shí)插刀的急回運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)還屬于較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)任務(wù)，如果要設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，則要求我們擁有更為扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)做鋪墊。</p><p><b>

32、;　　八.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《機(jī)械原理》（第七版） 吳克堅(jiān)等主編，高等教育出版社</p><p>　　2.《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》曲繼方主編，機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　3.《機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)》華大年等主編，紡織工業(yè)出版社</p><p>　　4.《機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)手冊(cè)》鄒慧君主編，上海交通大學(xué)出版社&l