机械原理课程设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,小型平面刨削机床运动简图设计与分析,+=?,单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械原理课程设计,小型平面刨削机床运动简图设计与分析,1,一、课程设计目的：,1.,综合运用理论知识，进行机械系统运动方案设计和主要机构的设计。,3,训练从事机械设计工作的基本技能，包括设计计算、查阅资料、工程绘图、计算机操作等方面的能力。,2,培养分析问题、解决问题的能力及创新意识和创造能力。,机械原理课程设计,2,小型平面刨削机床运动机构示意图,3,设计要求,1,刨削,速度尽可能为匀速，并要求刨刀有急回特性。,2,刨削时工件静止不动，刨刀空回程后期,工件作横向进给,，且每次横向进给量要求相同，横向进给量很小并可随工件的不同可调。,3,工件加工面被抛去一层之后，,刨刀能沿垂直,工件加工面方向下移一个切削深度，然后工件能方便地作反方向间歇横向进给，且每次进给量仍然要求相同。,4,原动机采用电动机。,4,设计参数,参数项目,题号,1,2,3,刨削平均速度,v,m,(mm/s),530,550,600,行程速度变化系数,K,1.46,1.40,1.45,刨刀冲程,H(mm),310,300,370,切削阻力,F,r,(N),3500,4500,5000,刨刀越程量,S(mm),16,15,19,机器运转许用不均匀系数,0.05,0.05,0.05,学号1-11号题号1；1220号,题号2；2132号,题号3,5,设计内容,1,）对小平面刨削机进行运动分解、拟定运动循环图和执行机构选型。,2,）选定运动方案：切削运动选用平面连杆机构，至少要选出,3,种机构运动示意图，从中选出,2,个进行,尺度综合和运动分析,(,两张,A1,图,),，确定最终方案；工件横向进给选棘轮机构和螺旋机构串连；刨刀垂直进给运动选螺旋机构。,3,）确定电动机的功率和型号。,4,）确定传动比及传动比分配，选定减速机构。,5,）确定飞轮转动惯量。,6,）绘制,机构运动简图（,1,张,A1,图）,。,7,）编写,设计说明书（,20,页左右）,。,8,）答辩。,6,机构运动分解,根据机器的工艺功能要求，其工艺动作分解如下：,1.刨刀的切削运动：往复移动，近似匀速，具有急回特性。,2工件的横向进给运动：间歇移动，每次移动量相同，在刨刀空回程后期完成移动，要求移动量小且调整容易。工件刨去一层之后能方便地作反向间歇横向移动进给，同样要求反向进给量每次相同且易调整。,3刨刀的垂直进给运动：间歇移动，工件刨去一层之后刨刀下移一次，移动量调整方便。,7,拟定运动循环图,考虑到刨刀的垂直进给运动周期相对较长，而且一个周期中的运动时间比静止时间短得多，为了简化机构设计，此运动可以采用手动，所有该设计只要求：,拟定刨刀切削运动执行机构和工件横向进给运动执行机构之间的顺序和协调配合关系。,圆周式运动循环图（右图）学号为双号的用,直线式运动循环图（下图）学号为单号的用,8,机构选型,-,刨刀切削运动,将,电动机的回转运动,刨刀的双向移动,，常用于实现这一功能的执行机构有以下几种：,1,）移动从动件凸轮机构：易实现工作行程为匀速及具有急回特性的要求，但受力差，易磨损，行程大时基圆大，凸轮尺寸大，较难平衡和制造。,2,）,平面连杆机构,：受力好，磨损小，工作可靠，且具有急回特性，但只能实现近似均速运动。,3,）齿条机构：可实现工作行程为匀速移动的要求，但行程开始及终止时有冲击，适用于大行程而不宜小行程，且必须增加换向变速机构才能得到急回运动。,4,）螺旋机构：能得到均速移动的工作行程，且为面接触，受力好，但行程开始和终止时有冲击，安装和润滑较困难，且必须增设换向和变速机构，才能得到急回运动。,5,）组合机构：如凸轮,连杆组合机构，能实现给定的运动要求，但具有凸轮机构存在的缺点，且设计制造较复杂。,9,机构选型,-,工件横向进给运动,工件的横向进给运动量是很小的，且每次要求等量进给，又因为必须防止工件在刨削力的作用下沿横向移动，所以横向进给执行机构除了能实现小而且等量进给外。因此，可选用螺旋机构作为横向进给运动机构。,工件要能间歇移动，螺旋必须作间歇转动，所以在,螺旋机构,之前必须串联一个间歇转动机构，且与刨刀切削运动执行机构相联，能够实现将连续回转运动转化成间歇转动的机构有：,1）槽轮机构：每次转角较大且不可调整，为了反向回转，必须增加反向机构。,2）,曲柄摇杆棘轮机构,：每次转角较小，容易调整且为等量转动，采用双向式棘轮还可以方便地实现棘轮反转。,3）不完全齿轮机构：可实现等速转位和等量转角，但不可调整，如需反转必须增加反向机构。,4）凸轮式间歇运动机构：每次转角不可调，如需反转应增设反向机构。,5）星轮机构：具有槽轮机构的启动性能，又兼有不完全齿轮机构等速转位的优点，可以实现等量转角，但不可调，同时星轮加工制造困难。,10,机构选型,-,刨刀垂直进给运动,为了实现刨刀的垂直进给运动，可以在刨刀切削运动执行件上设置一个在垂直于刨削方向上能作间歇移动的执行机构。与横向进给类似，该执行机构同样应具有小进给量可调且在非进给时具有自动固定的功能，同时考虑到动力源可以采用手动，因此采用一个简单,螺旋机构,作为刨刀垂直进给运动的执行机构，既简单又工作可靠。,11,运动方案确定,1,刨刀切削运动采用,平面连杆机构,。（建议选用平面六杆机构，设计要求不少于三种，只要求任选两种进行尺度综合及运动特性评定，并确定最终方案。）,2,工件横向进给运动采用,曲柄摇杆棘轮机构与螺旋机构,串联。,3,刨刀垂直进给运动采用,螺旋机构,。,牛头刨床机构简图及阻力曲线图,F,r,F,r,12,运动方案示例,牛头刨床进给调整机构,通过调整杆长来调摆角,双动式棘轮机构,13,机构尺度综合,(,两张,A1,图,),刨刀工作行程的刨削平均速度,曲柄,AB,角速度,极位夹角,可得,1,原动件曲柄,AB,的转速,n,1,(r/min),原动件曲柄,AB,在后面的图中,改为构件2,（即杆O,2,A）,14,机构尺度综合,(第一张A1图),2,针对选定,两种平面六杆机构,示意图，确定各构件运动尺寸。,假定曲柄AO,2,长度100mm,刨刀终端连杆BC取150mm,左图各构件,构件1,（机架）,构件2,（杆O,2,A）,构件3,（滑块3）,构件4,（杆O,4,B）,构件5,（杆BC）,构件6,（滑块6）,在切削行程,H,中，前后各有一段,0.05H,的空刀距离,15,导杆机构的,速度,分析（14个矢量图）,V,A4,V,A3,V,A4A3,V,B,的大小可根据速度影像求得,大小？,2,l,O,2,A,？,方向,AO,4,AO,2,AO,4,V,C,V,B,V,CB,大小？己知？,方向 水平 己知 CB,v,A3,p,v,A4,A3,v,A4,v,B,v,CB,v,C,（,、BC为同构件两点）,（,、A点为两构件同点）,16,机构尺度综合,(第二张A1图),假定曲柄长度：,100mm,刨刀终端连杆取,150mm,作出两张A1的,尺寸综合,后的速度矢量图，并比较两种方案V,c,，,速度变化,较小者定为刨刀切,削运动执行机构。将确定好的方案的机构运动简图表达在第三张A1纸上。,17,运动特性评定,因为要求速度波动越小越好，所以可以按照速度均方根偏差最小的条件对初步选定的两种平面六杆机构进行运动特性比较，然后选取,速度均方根偏差,较小者为刨刀切削运动执行机构。,速度均方根偏差,n,为对应于刨刀切削工作段曲柄,AB,转角范围所取的计算点数；,v,i,为对应点刨刀的实际速度；,v,m,为刨刀的切削平均速度。,18,确定电机功率和选型,1,取曲柄,AB,为等效构件，根据机构位置和切削阻力,Fr,确定一个运动循环中的等效阻力矩,M,r,（,）。,2,根据,M,r,（,）值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置时,M,r,（,）的功。因为驱动力矩可视为常数，所以按照确定等效驱动力矩,M,d,。,3,将曲柄位置号（或转角,）和对应的,M,r,（,）值列成表格。,4,由计算刨刀切削运动所需的功率，考虑到机械摩擦损失及工件横向进给运动所需功率，按照,P,d,1.2P,确定电机功率，并选定电机型号。,19,例题,由电动机驱动的某机械系统,已知电动机的转速为 n=1440 r/min,转化到电动机轴上的等效阻抗力矩,M,r,的变化情况如图所示,.,M,d,2p,p,3p,4,p2,0,f,M(N.m),设等效力矩,M,d,为常数,各构件的,转动惯量略去不计,.,机械系统运转,的许用不均匀系数,d,=0.05.,试确定安装在电动机轴上的飞轮的转动动惯量,J,F,.,解,:,1.M,r,所作的功,:,W,r,=,2p,0,M,r,d,f,M,r,1800,200,=1000,p,(N/m).,2.M,d,因,M,d,为常数,且其所作的功,W,d,=W,r,.,M,d,2,p,=W,r,=1000,p .,从而得,:M,d,=500 (N.m).,500,20,3.,D,W,max,的求取,求,M,d,与,M,r,间包含的面积,.,画能量指示图,求,W,a,b,c,d,D,W,ab,D,W,bc,D,W,cd,D,W,ba,=150,p,(N.m),D,W,cb,=,-,457,p,(N.m),D,W,dc,=,307p,(N.m),a,150,p,b,-,457,p,c,307,p,d,由能量指示图可得：,W =,D,W,bc,=,-D,W,cb,=457,p,(N.m),4.,求,J,F,J,F,=,900,D,W,max,p,2,n,2,d,=,900457,p,p,2,1440,2,0.05,=1.263 (kgm,2,),M,d,2p,p,3p,4,p2,0,f,M(N.m),M,r,1800,200,500,21,确定减速机构,电机轴转速,n,d,比执行机构原动件（曲柄,AB,）的转速,n,1,大得多，其比值，所以其间必须配置减速机构，可以根据,i,值选定减速机构的类型及其速比。减速机构传动比常用比值如下：,传动类型（单级）,传动比,i,圆柱齿轮机构（开式）,4,6,圆柱齿轮机构（闭式）,3,5,直齿圆锥齿轮机构,2,3,蜗轮蜗杆机构,10,40,V,带传动,2,4,链传动,2,5,传动比的分配：要求传动比分配时前小后大,22,估算飞轮转动惯量,1,由,M,（,）,M,d,M,（,）确定等效力矩,M,（,）。,2,根据,M,（,）的值采用数值积分中的梯形法，计算一个运动循环中曲柄处于计算位置时等效力矩,M,（,）的功,W,（,）。,3,将曲柄位置号和对应的,M,（,）及,W,（,）值列成表格。,4,由,W,W,max,-W,min,求出最大赢亏功,W,。,5,求电机转子及减速机构各构件的等效转动惯量,J,c,。,6,设飞轮安装在等效构件同一轴上，按照计算飞轮转动惯量,J,F,。,23,绘制机构运动简图,（,1,张,A1,图）,24,编写设计说明书,1,目录：包含标题和页次。,2,设计题目：包含机器工艺功能要求和原始参数。,3,机器运动方案简图初步拟定：,1,）机器工艺动作分解及要求。,2,）机器运动循环图。,3,）三个执行机构的选型，要求先绘出示意图。,4,刨刀切削运动机构的尺度综合及运动特性评定：,1,）机构运动尺寸计算。,2,）原动件转速,n,1,的计算。,3,）速度均方根偏差计算等。,25,编写设计说明书,5,电机功率与型号的确定：包含,1,）等效阻力矩,Mr,（,）求值。,2,）等效驱动力矩,Md,求值。,3,）电机功率,Pd,计算。,Mr,（,）及其积分值,Mr,（,）可以用列表形式列出。,6,飞轮转动惯量的估算：包含求飞轮转动惯量的各个步骤。其中,M,（,）及,W,（,）值可以用列表形式给出。,7,减速机构的选定：包含减速比,i,，减速机构的类型及其传动比值的确定。,8,机械运动简图的最终确定及绘制。,9,参考资料：包括序号、编著者、资料名、出版单位、出版年月。,10,设计心得与意见。,26,三、课程设计进度（1.5周）：,1.熟悉设计题目 （1天）,2.,运动方案构思与选择 （,3,天）,3.,执行机构尺寸设计与分析（,2,天）,5.编写整理说明书 （2天）,4.图纸绘制 （2天）,27,四、课程设计要求：,1.按规定的时间和地点进行设计,（每天考勤）,2.设计小组中每人方案及分析计算不能完全相同,图纸内容均为手工作图：,运动方案图两张（A1）-即,尺度综合和运动分析,机构运动简图一张（A1）,（,机构运动简图中均包括原动机、传动机构、执行机构三大部分）,4.说明书封面统一,28,