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長 江 學(xué) 院 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)械與電子工程學(xué)院 專業(yè)： 班級： 設(shè)計(jì)者： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 2016年7月1日 目錄 題目及設(shè)計(jì)要求 2 1機(jī)構(gòu)簡介 2 2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 3 二、插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟 4 1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 4 ⑴、設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 4 ⑵、作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。 4 ⑶、作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖。 4 ⑷、用相對運(yùn)動(dòng)圖解法作速度、加速度多邊形。 5 2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 6 ⑴、繪制機(jī)構(gòu)的力分析圖（圖1-4）。 6 ⑵、選取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，繪制等效阻力矩Mr的曲線圖 7 ⑶、作動(dòng)能增量△Ｅ―φ線。 8 3、用解析法較好機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的動(dòng)態(tài)靜力分析結(jié)果 9 ⑴、圖解微分法 9 ⑵、圖解積分法 12 4、飛輪設(shè)計(jì) 12 5、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 6、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 三、感想與體會 19 四、參考文獻(xiàn) 20 題目及設(shè)計(jì)要求 1機(jī)構(gòu)簡介 插床是一種用于工件內(nèi)表面切削加工的機(jī)床，也是常用的機(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，要求刀具具有急回運(yùn)動(dòng)。刀具與工作臺之間的進(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。為了減小機(jī)器的速度波動(dòng)，在曲柄軸O2上安裝一調(diào)速飛輪。為了縮短空回行程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，要求刀具具有急回運(yùn)動(dòng)，圖2為阻力線圖。 圖2 圖1 2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)  二、插床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟 1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 ⑴、設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。按已知數(shù)據(jù)確定導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的各未知參數(shù)，其中滑塊5導(dǎo)路y-y的位置可根據(jù)連桿4傳力給滑塊5的最有利條件來確定，即y-y應(yīng)位于B點(diǎn)所畫圓弧高的平分線上（見參考圖例1）。 ⑵、作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。選取長度比例尺μl(m/mm)，按表1-2所分配的加速度位置用粗線畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。曲柄位置的作法如圖1-2；取滑塊5 在下極限時(shí)所對應(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)曲柄位置，位置5對應(yīng)于滑塊5處于上極限位置。再作出開始切削和終止切削所對應(yīng)的5ˊ和12ˊ兩位置。 圖1-2 曲柄位置圖 ⑶、作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖。為了能直接從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖上量取滑塊位移，取位移比例尺μs=μl，根據(jù)機(jī)構(gòu)及滑塊5上C點(diǎn)的各對應(yīng)位置，作出滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖sc(t)、然后根據(jù)sc(t)線圖用圖解微分法（弦線法）作滑塊的速度vc(t)線圖（圖1-2），并將其結(jié)果與4）相對運(yùn)動(dòng)圖解法的結(jié)果比較。 圖1-2 用圖解微分法求滑塊的位移與速度線圖 ⑷、用相對運(yùn)動(dòng)圖解法作速度、加速度多邊形。選取速度比例尺μv[(ms-1)/mm]和加速度比例尺 μa[(ms-2)/mm]，作該位置的速度和加速度多邊形（見圖1-3）。 ① 求 其 中 (rad/s) ② 列 出 向 量 方 程 ,求 用速度影像法求 ③ 列 出 向 量 方 程 ,求 a）速度圖 b）加速度圖 圖1-3 位置7的速度與加速度圖 2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 已知 各構(gòu)件重力G及其對重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖（圖1－1）及已得出的機(jī)構(gòu)尺寸、速度和加速度。 ⑴、繪制機(jī)構(gòu)的力分析圖（圖1-4）。力分析的方法請參考《機(jī)械原理》教材 已知 各構(gòu)件重力G及其對重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js、阻力線圖（圖1－1）及已得出的機(jī)構(gòu)尺寸、速度和加速度，求出等效構(gòu)件1的等效阻力矩Mr。（注意：在切削始點(diǎn)與切削終點(diǎn)等效阻力矩應(yīng)有雙值） ⑵、選取力矩比例尺μM(N.mm/mm)，繪制等效阻力矩Mr的曲線圖（圖1-4） 圖1-4 等效阻力矩Mr和阻力功Ar的曲線圖 利用圖解積分法對Mr進(jìn)行積分求出Ar-φ曲線圖，假設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩Md為恒定，由于插床機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期內(nèi)做功相等，所以驅(qū)動(dòng)力矩在一個(gè)周期內(nèi)的做功曲線為一斜直線并且與Ar曲線的終點(diǎn)相交如圖1-4中Ad所示，根據(jù)導(dǎo)數(shù)關(guān)系可以求出Md曲線（為一水平直線）。 ⑶、作動(dòng)能增量△Ｅ―φ線。 取比例尺 μＥ＝μＡ＝ＫμφμＭ（Ｊ／mm），動(dòng)能變化△Ｅ＝Ａd－Ａr， 其值可直接由圖1-4上Ａd（φ）與Ａr（φ）曲線對應(yīng)縱坐標(biāo)線段相減得到，由此可作出動(dòng)能變化曲線Ad與Ar相減的曲線圖（如圖1-5）。 圖1-5 作動(dòng)能增量△Ｅ―φ線圖 3、用解析法較好機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的動(dòng)態(tài)靜力分析結(jié)果 ⑴、圖解微分法 下面以圖1-6為例來說明圖解微分法的作圖步驟,圖1-6為某一位移線圖, 曲線上任一點(diǎn)的速度可表示為: 圖1-6 位移線圖 其中dy和dx為s=s(t)線圖中代表微小位移ds和微小時(shí)間dt的線段, α為曲線s=s(t) 在所研究位置處切線的傾角。 上式表明,曲線在每一位置處的速度v與曲線在該點(diǎn)處的斜率成正比,即v∝tgα,為了用線段來表示速度,引入極距K(mm),則 式中μv 為速度比例尺,μv = μs/μtK ( m/s/mm )。該式說明當(dāng)K為直角三角形中α角的相鄰直角邊時(shí),(Ktgα)為角α的對邊。由此可知,在曲線的各個(gè)位置, 其速度v與以K為底邊,斜邊平行于s=s(t)曲線在所研究點(diǎn)處的切線的直角三角形的對邊高度(Ktgα)成正比。該式正是圖解微分法的理論依據(jù),按此便可由位移線圖作得速度線圖(v-v(t)曲線),作圖過程如下: 先建立速度線圖的坐標(biāo)系v=v(t)(圖1-7a),其中分別以μv和μt作為v軸和t軸的比例尺, 然后沿軸向左延長至o點(diǎn),o0=K(mm),距離K稱為極距,點(diǎn)o為極點(diǎn)。過o點(diǎn)作s=s( t)曲線(圖1-6)上各位置切線的平行線o1"、o2"、o3"...等,在縱坐標(biāo)軸上截得線段01"、02"、03"...等。由前面分析可知,這些線段分別表示曲線在2、3、4... 等位置時(shí)的速度,從而很容易畫出位移曲線的速度曲線(圖1-7a)。 圖1-7.速度線圖 a) 切線作圖 b) 弦線作圖 上述圖解微分法稱為切線法。該法要求在曲線的任意位置處很準(zhǔn)確地作出曲線的切線，這常常是非常困難的，因此實(shí)際上常用“弦線”代替“切線”，即采用所謂弦線法,作圖方便且能滿足要求,現(xiàn)敘述如下: 依次連接圖1-6中s =s(t)曲線上相鄰兩點(diǎn),可得弦線12、23、34...等,它們與相應(yīng)區(qū)間位移曲線上某點(diǎn)的切線平行。當(dāng)區(qū)間足夠小時(shí),該點(diǎn)可近似認(rèn)為在該區(qū)間(例2,3)中點(diǎn)的垂直線上。因此我們可以這樣來作速度曲線:如圖1-7b所示,按上述切線法建立坐標(biāo)系v=v(t)并取定極距K及極點(diǎn)o,從o點(diǎn)作輻射線o1、o2、o3、o4...等,使分別平行于弦線01、12、23、34...并交縱坐標(biāo)軸于1"、2"、3"...等點(diǎn)。然后將對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)投影相交,得到一個(gè)個(gè)小矩形(例圖1-7b中矩形22"33"),則過各矩形上底中點(diǎn)(例圖1-7b中e,f點(diǎn)等)的光滑曲線,即為所求位移曲線的速度線圖(v=v(t)曲線)。 ⑵、圖解積分法 圖解積分法為圖解微分法的逆過程。 取極距Ｋ（mm），用圖解積分法由力矩Ｍr―φ曲線求得力矩所做的功Ａr―φ曲線（圖1-4）。 由于 其中 故?。羠―φ曲線縱坐標(biāo)比例尺 求Ａr的理論依據(jù)如下： 4、飛輪設(shè)計(jì) 計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF 已知 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)δ，機(jī)器在曲柄軸1上轉(zhuǎn)速n1， 在圖1-5中，ΔE的最大和最小值，即ωmax和ωmin位置，對應(yīng)縱坐標(biāo)ΔEmax和ΔEmin之間的距離gf，則 所以JF為： 所求飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： /N*m 109.3035 91.61491 75.14855 59.8341 JF/kg*m2 875.7771 187.1141 75.3877 38.18862 5、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、等加速等減速 2、余弦 3、正弦 4、五次多項(xiàng)式 回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律： 修正后的等速回程 取 正弦加速度加速階段（）： 等速階段 正弦加速度減速階段（）： 6、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 已知z1=14，z2=41，m=8, α=20 所以 D1 112 D2 328 Db1 105.28 Db2 308.32 Ha1 8 Ha2 8 Hf1 10 Hf2 10 Da1 128 Da2 344 Df1 92 Df2 308 p 25.12 p 25.12 s 12.56 s 12.56 Pb1 23.61 Pb2 23.61 a 220 a 220  三、感想與體會 通過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅在學(xué)問方面有所提高，而且在為人處事方面有了更多的認(rèn)識。 當(dāng)我們遇到一個(gè)問題時(shí)，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。就象人們常說的在戰(zhàn)略上藐視它。但是在戰(zhàn)術(shù)上的重視它。通過慎重的考慮認(rèn)真的分析，腳踏實(shí)地去完成它，克服重重困難，當(dāng)你成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，那種成就感一定會成為你成長的動(dòng)力。 這次設(shè)計(jì)的題目是插床。主要是確定機(jī)械傳動(dòng)的方案，通過導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)到飛輪設(shè)計(jì)，再到凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，帶動(dòng)棘輪傳動(dòng)，再傳到工作臺，從而使工作臺進(jìn)行間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使刀具能安全的進(jìn)行切削。 這次設(shè)計(jì)課程不僅讓我加深了對機(jī)械原理理論課程的理解和認(rèn)識，更培養(yǎng)了我用理論知識去解決實(shí)際問題的能力。也許我的這種方案不是很好的方案，但它解決了工作臺間隙進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的問題。作為初次接觸設(shè)計(jì)的我，對未來的設(shè)計(jì)充滿了信心。 我希望學(xué)校多開設(shè)這類的設(shè)計(jì)課程，不僅幫助我們理解理論知識，更重要的是讓我們學(xué)會用理論知識解決實(shí)際問題，幫助我們把理論知識轉(zhuǎn)化成一種能力，讓我們更容易解決問題。 1.鞏固理論知識，并應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題； 2.建立機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析概念； 3.進(jìn)行計(jì)算、繪圖、正確應(yīng)用設(shè)計(jì)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力訓(xùn)練。 四、參考文獻(xiàn) 1、《理論力學(xué)》第三版 機(jī)械工業(yè)出版社 2、《機(jī)械原理》 西北工業(yè)大學(xué)出版社 3、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》