插床导杆计算说明书

1机械原理课程设计计算说明书§1引言图1是插床机构的机构示意图。该机构主要由导杆机构，凸轮机构和齿轮机构所组成。导杆机构是由曲柄1，滑块2、5，导杆3，5连杆4和机架6所组成。其中曲柄1为原动件。当曲柄1以恒速1n转动时，导杆3绕3O轴来回摆动，通过连杆4，使装有刀具的滑块5沿导路y—y作上下移动。当滑块5沿导路向下移动时，刀具切削工件。图1本人设计任务：设计方案8,第3位置。表1插床导杆机构的设计指标KH(mm)L6(mm)ξn1(rpm)F(N)G3(N)1.81101700.91301100170G5(N)a(mm)b(mm)c(mm)d(mm)σJs3(kgm²)33070601301400.050.221=0+90º=270º－2+90º=360º－24286.51=334.2857º1=6021n=6013014159.32=13.6136（rad/s）表中：K——行程速度变化系数；H——滑块5的冲程；6l=32ool——铰链中心2O和3O之间的距离；=BoBCll3——杆长比；1n——曲柄1的转速；F——切削力；3G——导杆3的重量；5G——滑块5的重量；——机器运转的不均匀系数；3sJ——导杆3对其质心轴的转动惯量；3§2插床导杆机构综合及运动分析一、已知条件行程速度变化系数K，铰链中心2O和3O之间的距离6l，滑块5的冲程H，杆长比，滑块5沿导路方向y—y垂直于导杆3摆角ψ的分角线3O2O，并使导杆机构在整个行程中都能得到较小的压力角，曲柄转速1n及指定的相对运动图解法的作业位置。二、插床导杆机构的综合如图1所示，简记1l=Aol2，3l=Bol3，4l=BCl，6l=32ool，h=3ool根据给定的已知条件，可按下列步骤确定插床导杆机构的有关尺寸1）计算极位角θ及导杆摆角ψΨ=θ=180º11KK=180º18.118.1=51.4286º（1）式中：K为行程速度变化系数2）求1l1l=6l2sin=170sin24286.51=73.7602（mm）（2）式中：6l为铰链中心2O和3O之间的距离3）求3l,4l3l=2sin2H=24286.51sin2110=126.7621(mm)（3）式中：H为滑块5的冲程4l=ξ3l=0.9126.7621=114.0859（mm）（4）式中：ξ为杆长比4）求h当滑块5的导路y—y通过铰链中心B的摆动弧'''BB的绕度中点时，可使机构在整个行程中都能得到较小的压力角，故得：h=)2cos1(213l=)24286.51cos1(7621.12621=120.4854（mm）（5）4三、插床导杆机构的位移分析选取合适的长度比例尺lu=0.003（m/mm),按指定的作业位置，正确地作出机构的运动简图。对于机构的一般位置，可先确定曲柄1的位置，然后依次画出导杆3，连杆4和滑块5的相应位置。在作出机构运动简图后，量出AO3的长度，并计算出相对位移3r=Aol3=luAO3。3r=Aol3=238.6116(mm)cos3=362123262rllrl=6116.23817027602.736116.238170222=0.99096（6）3=cos10.99096=﹣7.7079ºsin4=433sinlls=0859.1147079.7sin7621.1269722.130=0.99898（7）4=sin10.99898=87.42208º当在第3位置时，3=﹣7.7079ºS=2332433)cos(sinlhll=22))7079.7cos(7621.1264854.120(0859.114)7079.7sin(7621.126=130.9722(mm)（8）当在第0位置时，3=﹣25.7143ºmaxS=2332433)cos(sinlhll=22))7143.25cos(7621.1264854.120(0859.114)7143.25sin(7621.126=168.91295（mm）（9）cS=SSmax=168.91285－130.9722=37.94075（mm）（10）表1位移分析位置1(deg)3(deg)4(deg)r3(m)Sc(m)3334.2857-7.707987.422080.238610.037945四、插床导杆机构的速度分析1）求导杆3上与铰链中心A重合的点3A的速度3AV滑块2——动参考系，3A——动点3AV=2AV+23AAV（11）方向：⊥AO3⊥AO2∥AO3大小：？11l？式中：2AV=11l=0.0737602×13.6136=1.0041418（m/s）。（12）取合适的速度比例尺vu=0.02（mmsm/），作出速度图32apa，进而可得导杆3的角速度大小：3=33rVA=33rpauv=23861.074806.4702.0=4.00215(rad/s)（13）及其转向为顺时针。相对速度23AAV的大小：23AAV=vu32aa=0.02×15.52015=0.310403（m/s）（14）及其方向2a→3a。2）求铰链中心B的速度影像b由影像原理知，在速度图上，b点应位于3ap的延长线上，且333parlpb=74806.476116.2387621.126=25.366094（mm）（15）3）求滑块5的速度cVB——基点，C——动点CV=BV+CBV（16）方向：竖直⊥BO3⊥BC大小：？33l？根据上述速度方程，继续在速度图32apa上求得C点的速度影像c，进而可得：CV的大小：CV=pcuv=0.02×25.29008=0.50580（m/s）（17）6方向p→c，连杆4角速度的大小：1140859.040563.302.04434lbculVvC=0.59703（rad/s）（18）及其转向为逆时针。4）求导杆3质心S3的速度3SV由影像原理知，作△33spa∽△333SAO，且保持两者的字母顺序一致，可得S3的速度影像3s。进而可得3SV的大小3SV=3psuv=0.02×28.01510=0.560302（m/s）（19）五、插床导杆机构的加速度分析1）求3A点的加速度3Aa3Aa=nAa3+tAa3=2Aa+kAAa23+23AAa（20）方向：A→3O⊥AO3A→2O⊥AO3∥AO3大小：233r？211l3222AAV？式中，nAa3=233r=0.2386116×4.002152=3.821891(m/s²)（21）2Aa=nAa2=211l=0.0737602×13.61362=13.669985(m/s²)（22）kAAa23=3222AAV=2×4.00215×0.310403=2.484558(m/s²)（23）取合适的加速度比例尺au=0.2（mmsm2/），作出加速度图'3'2aa，进而可得导杆3的角加速度的大小：3'3''3333raauraatA=2386116.070572.82.0=7.29697(m/s²)（24）及其转向顺时针。2）求B点的加速度影像b＇由影像原理知，在加速度图上，b′点应位于'3a的延长线上，7且'333'arlb=99906.206116.2387621.126=11.155723（mm）（25）3）求滑块5的加速度CaCa=Ba+nCBa+tCBa（26）方向：竖直⊥BO3∥BC⊥BC大小：？？244l？式中，nCBa=244l=0.1140859×0.597032=0.040665(mm/s²)（27）根据上述加速度方程，继续在加速度图''3'2baa上求得C点的加速度影像c′，进而可得：Ca='cua=0.2×5.72323=1.14464(mm/s²)（28）及其方向→c′，连杆4的角加速度的大小：1140859.044024.92.0'''444lcculaatCB=16.54935(rad/s²)（29）及其转向为顺时针。4）求导杆3质心S3的加速度3Sa由影像原理知，作△'3'3sa∽△333SAO，且保持两者的字母顺序一致，可得S3的加速度影像'3s。进而可得3Sa的大小：'33suaaS=0.2×12.32073=2.46415（m/s²）（30）表2速度、加速度分析结果位置3（rad/s）4（rad/s）CV（m/s）3SV(m/s)34.00215﹣0.59703﹣0.505800.5603023(rad/s²)4(rad/s²)ca(m/s²)3Sa(m/s²)7.2969716.54935﹣1.14464﹣2.464158§3插床导杆机构动态静力分析一．已知条件切削力F=1100N，导杆3的重量3G=170N，滑块5的重量5G=330N，导杆3对其质心轴的转动惯量3sJ=0.20kgm²二．惯性力和惯性力矩的计算如图所示，导杆3的惯性力和惯性力矩为：2.46415)(9.8170﹣)(gG﹣gG﹣'33333suaFaSi42.74546（N）（31）7.29697﹣0.2﹣J3S33iM=﹣1.45939（N.m）（32）惯性力3iF作用在质心S3上。滑块5的惯性力5iF为：)-1.14464(9.8330﹣)(gG﹣gG﹣'555cuaFaCi38.5440（N）（33）5iF作用在质心S5上。三．动态静力分析1）以干组4—5为示力体，根据平衡条件可得：65R＋5G＋F＋15F＋34R=0（34）6565hR＋bG)－F(i55－Fc=0（35）3454R﹣R（36）取合适的力比例尺Fu=10（N/mm）,作出力多边形，则可求得34R=Fu43R=10×80.93631=809.3631（N）965R=Fu65R=10×3.64035=36.4035（N）进而可得65h=4035.3606.0)544.38330(13.01100)(6555RbFGFci=3.4478（m）。2）以杆组2—3为示力体，根据平衡条件得：AOR312－33hG－33iihF－3iM／lu－4343hR=0（37）63R＋43R＋3iF＋3G＋12R=0（38）32R=﹣12R（39）力平衡方程式中的3h，3ih和43h分别是相应力对O3点力臂的图示长度，解方程式可得12R=537.05(N)。进而作出力多边形，可求得63R=1178.83(N)。3）以曲柄1为示力体，由平衡条件得：021212161lbuhRMRR（40）式中，21h是力21R对O2点力臂的图示长度，根据方程式可求得平衡力矩Mb。表3动态静力分析结果位置34R（N）65R（N）65h（m）12R（N）63R（N）bM（N.m）3809.363136.40353.4478537.051178.8337.6710§4总结这次课程设计既及时巩固了我们所学的机械原理课程，也让我们复习了理论力学的有关知识，为之后我们单独设计项目时奠定了基础。在整个机械设计的过程中我发现了实践和理论学习的差别，也同时感觉到了自己对知识的掌握不足，尤其对加速度分析这块，经过看书最终也克服了。在用图解法作图中，实际值与理论值存在着一些误差，有些是自己本身的问题，有些是工具的问题，但态度决定一切，在自己认真的对待下，使设计的实际结果尽量接近理论结果。通过这次设计，很好的锻炼了自己，了解到了自己不足之处，希望在今后的设计中得到改正，使自己日益成熟，专业知识日益深厚。11§5参考文献1）张纪元机械原理课程设计任务书和指导书上海海事大学