機械原理課程設計—--插床傳動系統(tǒng)方案設計及其運動分析

1、<p>　　課 程 設 計（論文）</p><p><b>　　課程名稱 機械原理</b></p><p>　　題目名稱插床傳動系統(tǒng)方案設計及其運動分析</p><p>　　學生學部（系）機械電氣工程學部</p><p>　　專業(yè)班級 09機械設計4班</p><p><

2、b>　　學    號 </b></p><p>　　2011 年5月 30 日</p><p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　一、課程設計（論文）的內(nèi)容</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>

3、　　一，設計的題目：插床運動系統(tǒng)方案設計及其運動分析。</p><p>　　二，此設計是工科專業(yè)在學習《機械原理》后進行的一次較全面的綜合設計訓練，其目的：</p><p>　　1.鞏固理論知識，并應用于解決實際工程問題；</p><p>　　2.建立機械傳動系統(tǒng)方案設計、機構設計與分析概念；</p><p>　　3.進行計算、繪圖、正確應用

4、設計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的能力訓練。</p><p><b>　　三，主要內(nèi)容：</b></p><p>　　1.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，并對兩處位移，作出位移，速度，加速度同轉角的圖像</p><p>　　2.在內(nèi)容

5、1運動分析的基礎上作出運動循環(huán)圖，在運動循環(huán)圖的指導下，根據(jù)設計要求確定工作臺進給運動機構傳動方案設計（包括上下滑板1和2進給運動的機構傳動方案設計；回轉臺3分度運動的機構傳動方案設計；刀具與工作臺在運動中的協(xié)調(diào)性分析；）</p><p>　　3.整理和編寫說明書一份，對圖紙進行詳細說明自己總結，整理并編寫說明書一份</p><p>　　一、設計題目 插床傳動系統(tǒng)方案設計及其運動分析

6、</p><p>　　二、主要內(nèi)容 </p><p>　　對指定的機械進行傳動系統(tǒng)方案設計；</p><p>　　對執(zhí)行機構進行運動簡圖設計（含必要的機構創(chuàng)意實驗）；</p><p><b>　　飛輪設計；</b></p><p>　　4）編寫設計說明書。</p><p&

7、gt;<b>　　三、具體要求</b></p><p>　　插床是用于加工各種內(nèi)外平面、成形表面，特別是鍵槽和帶有棱角的內(nèi)孔等的機床（如圖1所示），已知數(shù)據(jù)如下表（參考圖2）。</p><p>　　另：lBC/lBO2=1,工作臺每次進給量0.5mm，刀具受力情況參考圖2。機床外形尺寸及各部份聯(lián)系尺寸如圖1所示（其中：l1 =1600，l2 =1200, l3 =74

8、0, l4 =640, l5 =580, l6 =560, l7 =200, l8 =320, l9 =150, l10 =360, l11 =1200,單位均為mm，其余尺寸自定。</p><p>　　四、完成后應上交的材料</p><p>　　1) 機械原理課程設計說明書；</p><p>　　2) 一號圖一張，內(nèi)容包括：插床機構運動簡圖、速度及加速度多邊形圖、

9、S（φ）- φ曲線、V（φ）- φ曲線和a（φ）- φ曲線；</p><p>　　3) 三號坐標紙一張：Med（φ）、Me r（φ）- φ曲線；</p><p><b>　　啊1111</b></p><p>　　第二章 插床主體機構尺寸綜合設計</p><p><b>　　機構簡圖如下：</b>

10、</p><p>　　已知=150mm，，行程H=100mm，行程比系數(shù)K=2，</p><p>　　根據(jù)以上信息確定曲柄 長度，以及到YY軸的距離</p><p><b>　　1.長度的確定</b></p><p><b>　　圖 1 極限位置</b></p><p>&

11、lt;b>　　由，得極為夾角：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　首先做出曲柄的運動軌跡，以為圓心，為半徑做圓，隨著曲柄的轉動，有圖知道，當轉到，于圓相切于上面時，刀具處于下極限位置；當轉到，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為夾角。由幾何關系知，，于是可得，。由幾何關系可得：</p

12、><p>　　代入數(shù)據(jù)，=150mm，，得</p><p><b>　　即曲柄長度為75</b></p><p>　　2. 桿的長度的確定</p><p>　　圖 2 桿BC，BO長度確定</p><p>　　由圖2 知道，刀具處于上極限位置和下極限位置時，長度即為最大行程H=100 ，即有=100m

13、m。</p><p>　　在確定曲柄長度過程中，我們得到，那么可得到，那么可知道三角形等邊三角形。</p><p>　　又有幾何關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><b>　　即桿的100mm

14、。</b></p><p>　　3.到YY軸的距離的確定</p><p>　　圖 3 到YY軸的距離</p><p>　　有圖我們看到，YY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。</p><p><b>　　考慮兩個位置：</b></p&

15、gt;<p>　　1當YY軸與圓弧剛相接觸時，即圖3中左邊的那條點化線，與圓弧相切與B1點時，當B點轉到，將會出現(xiàn)最大壓力角。</p><p>　　2.當YY軸與重合時，即圖中右邊的那條點化線時，B點轉到B1時將出現(xiàn)最大壓力角</p><p>　　為了使每一點的壓力角都為最佳，我們可以選取YY軸通過CB1中點（C點為與得交點）。又幾何關系知道：</p><

16、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YY軸的距離為93.3mm</p><p>　　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 的是比例尺，畫出圖形如圖紙一上機構簡圖所示。</p><p>　　第三章 插床切削主體機構及函數(shù)曲線分析</p><p>　　主體機構圖見第一張圖。<

17、;/p><p>　　已知，逆時針旋轉，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，插刀處于上極限位置時位移為0.</p><p><b>　　當</b></p><p><b>　　（1）位移</b></p><p>　　在1：1 的基礎上，量的位移為79.5mm。，即 曲柄轉過17

18、5°時位移為79.5mm。</p><p><b>　?。?）速度</b></p><p>　　由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學中不同構件重合點地方法可得</p><p>　　其中，是滑塊 上與A點重合的點的速度，是桿AOB上與A點重合的點相對于滑塊的速度，是桿AOB上與A點重合的速度。</p>&l

19、t;p>　　又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學同一構件不同點的方法可得：</p><p>　　其中，是C點，即插刀速度，是C點相對于B點轉動速度，是B點速度。</p><p>　　又B點是桿件3 上的一點，，桿件3圍繞轉動，且B點和桿件與A點重合的點在的兩側，于是可得：</p><p><b>　　由圖量的,則可到</b&g

20、t;</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>　　最后量出代表的矢量長度為12mm,</p><p>　　于是，可得 =0.174m/s</p><p>　　即曲柄轉過175°時，插刀的速度為0.174m/s。</p><p><b>　　

21、（3）加速度</b></p><p>　　由理論力學知識可得矢量方程：</p><p>　　其中，是滑塊上與A點重合點的加速度，=，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），q方向垂直向下；是相對于滑塊 的加速度，大小位置，方向與平行；是C點相對于B點轉動的向心加速度，=,方向過由C指向B；是C點相對于B點轉動的切向加速度，大小位置，方向垂直BC。次矢量方程可

22、解，從而得到。</p><p>　　B時桿AOB 上的一點，構AOB 圍繞轉動，又與B點在的兩側，由（是 角加速度）可得</p><p>　　量出則可得到的大小和方向</p><p>　　又由理論力學,結合圖可得到；</p><p>　　其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對于B點轉動的向心加速度，方向由C點指向B點；是C相對于B點轉動的

23、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，即插刀的加速度。取比例尺，可得加速度矢量圖如下：</p><p>　　最后由直尺量的長度為12mm，于是，可得</p><p><b>　　當</b></p><p><b>　　（1）位移</b></p><p>　　在1：1

24、的基礎上，滑塊的位移為1.5mm。，即 曲柄轉過355°時位移為1.5mm。</p><p><b>　?。?）速度</b></p><p>　　由已知從圖中可知，與垂直，與平行，與垂直，由理論力學中不同構件重合點地方法可得</p><p>　　其中，是滑塊 上與A點重合的點的速度，是桿AOB上與A點重合的點相對于滑塊的速度，是桿AO

25、B上與A點重合的速度。</p><p>　　又由圖知，與垂直，與BC垂直，與YY軸平行，有理論力學同一構件不同點的方法可得：</p><p>　　其中，是C點，即插刀速度，是C點相對于B點轉動速度，是B點速度。</p><p>　　又B點是桿件3 上的一點，，桿件3圍繞轉動，且B點和桿件與A點重合的點在的兩側，于是可得：</p><p>&l

26、t;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>　　最后量出代表的矢量長度為2.16mm,于是，可得：</p><p>　　即曲柄轉過355°時，插刀的速度為方向沿YY軸向上。</p><p><b>　?。?）加速度</b&

27、gt;</p><p>　　由理論力學知識可得矢量方程：</p><p>　　其中，為滑塊上與A點重合點的加速度，=，方向由指向；是哥氏加速度，（其中大小均從速度多邊形中量得），方向垂直向下；是相對于滑塊 的加速度，大小位置，方向與平行。B是桿AOB上的一點，桿AOB 圍繞轉動，又與B5點在的兩側，由（是 角加速度）可得</p><p>　　量出則可得到的大小和方

28、向</p><p>　　又由理論力學,結合圖可得到；</p><p>　　其中，在上一步中大小方向都能求得；是C相對于B點轉動的向心加速度，方向由C點指向B點；是C相對于B點轉動的切向加速度，大小未知，方向與BC垂直。次矢量方程可解，從而可得到C點，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>

29、;</p><p>　　所有數(shù)據(jù)詳見第四章表格</p><p>　　第四章 重要數(shù)據(jù)及函數(shù)曲線分析</p><p><b>　　1、圖的分析：</b></p><p>　　隨著曲柄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，曲柄轉動的角度并不相等，這說明了

30、曲柄轉動時存在急回運動。</p><p><b>　　2、圖的分析：</b></p><p>　　隨著曲柄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，表明位移以增大到最大，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

31、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。</p><p>　　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

32、.63m/s之后，當滑塊繼續(xù)由搖桿帶動時，卻曲柄由300度轉至360度時，其速度由負向最大值變?yōu)?.</p><p><b>　　3、圖的分析：</b></p><p>　　隨著曲柄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，但是加速度越來越小，然后反向增大知道位移達到最大，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

33、減小，直到滑塊C進入工作行程。</p><p>　　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/s2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

34、，然后往復運動。我們可以看出，在0至240度區(qū)間內(nèi)，加速度都很平緩，而在240至360度內(nèi)，加速度變化很快，都說明了急回運動的存在。</p><p>　　第五章 工作臺傳動方案設計</p><p>　　此章的主要問題有三個：</p><p>　　①運動怎樣從電動機引下來；</p><p>　?、诠ぷ髋_的運動情況及相對位置；</p>

35、;<p>　　③怎樣確定凸輪的安裝角，怎樣讓整個機構協(xié)調(diào)工作。</p><p>　　第一個問題：由于插床機身高度較高，所選擇的機構傳動方案必須能夠實現(xiàn)長距離傳動，且保證定傳動比，長距離傳動方案多種多樣，如：齒輪系傳動；帶傳動；鏈傳動；平行四邊形機構傳動等。</p><p>　　齒輪系傳動會使整個機器結構變得復雜；帶傳動本身具有個缺點：會產(chǎn)生彈性滑動，且其精度不高；鏈傳動則會產(chǎn)

36、生沖擊，并伴隨著很大的噪聲；平行四邊形機構傳動效率高，結構簡單，完全復制了原動件的運動，且其剛度較高，故選取平行四邊形機構這個方案來進行長距離傳動。</p><p>　　第二個問題：工作臺最終可實現(xiàn)前后、左右作間歇直線送進運動和作間歇回轉送進運動。送進運動必須與主切削運動協(xié)調(diào)配合，即進給運動必須在刀具非切削期時間即上超階段以內(nèi)完成，以防止刀具的切削運動與工作臺的送進運動發(fā)生干涉。</p><p

37、>　　要實現(xiàn)工作臺的三個間歇運動，即將原動件的連續(xù)往復擺動轉化為從動件的單向間歇運動，根據(jù)機構的這個運動特性，知可選取棘輪機構，實現(xiàn)預期運動。同時，機構中添加復合錐齒輪，可實現(xiàn)改變錐齒輪的旋轉方向，從而改變工作臺的運動方向；同時加上離合器機構，以實現(xiàn)動力的傳遞或斷開。這樣，當機械運動傳遞到棘輪時，棘輪作有規(guī)律的單向間歇運動，同時將擺動轉化為沿軸的自轉運動，再通過復合錐齒輪傳遞給工作臺。除了靠各機械構件帶動工作臺運動外，還可用手柄操

38、作，此時與棘輪連接的離合器處于斷開狀態(tài)，棘輪的運動及動力不繼續(xù)傳遞，不影響手柄對工作臺的操縱。</p><p>　　要保證送進運動與主切削運動協(xié)調(diào)配合，即進入上超工作臺開始運動，結束上超工作臺停止運動，直到下一個上超階段才重新運動，則必須保證推程運動角小于等于上超區(qū)間的角度。</p><p>　　第三個問題：由于工作臺的進給運動只能發(fā)生在上超階段，故我們所選擇的機構傳動方案中機構的運動只有

39、在上超階段才能傳遞給工作臺，其它時間工作臺都是處于靜止狀態(tài)，故選擇凸輪式間歇運動機構，同時為了保證機構協(xié)調(diào)工作，凸輪的安裝角必須在上超區(qū)間的角度范圍內(nèi)。</p><p><b>　　圖 工作臺傳動方案</b></p><p><b>　　工作循環(huán)圖：</b></p><p>　　1.工作臺的循環(huán)：工作臺在刀具上下來回一周期

40、間內(nèi)只有上超階段有進給運動，其它時間都處于靜止。</p><p>　　2.刀具在一個周期內(nèi)的工作方式：刀具首先從上極限位置進入工作行程上超階段，通過上超后刀具對工件進行切削，在刀具通過切削后進入工作行程下超，然后又經(jīng)過回程下超、空回行程及回程上超，經(jīng)過一周。</p><p><b>　　3.工作循環(huán)圖：</b></p><p><b>

41、;　　工作循環(huán)圖</b></p><p><b>　　第六章 總結</b></p><p>　　通過這段時間的設計，我受益匪淺，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。</p><p>　　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。就象人們常說的在戰(zhàn)略上藐視它。但是在

42、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。</p><p>　　這次設計的題目是插床。主要是確定機械傳動的方案，通過凸輪機構到回桿機構，回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。</p><p>　　這次設計課程不僅讓我加深了對機械原理理論課程的理解和認

43、識，更培養(yǎng)了我用理論知識去解決實際問題的能力。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給運動的問題。作為初次接觸設計的我，對未來的設計充滿了信心。</p><p>　　我希望學校多開設這類的設計課程，不僅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，幫助我們把理論知識轉化成一種能力，讓我們更容易解決問題。</p><p>　　1.鞏固理論知識，并應用于解決