平尺刻線機內(nèi)蒙古民族大學(xué)機械原理課程設(shè)計

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1、機械原理課程設(shè)計 內(nèi)蒙古民族大學(xué)機械工學(xué)院 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目 平尺刻線機 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化 班 級： **機械*班 學(xué) 號： *********** 學(xué) 生： 旺達(dá)搭 指導(dǎo)老師：蘇和平 2017年12月20日 摘要 機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)鞏固

2、和加深機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過此次設(shè)計,學(xué)習(xí)機構(gòu)運動方案的確定,培養(yǎng)分析向設(shè)計機械能力,以及開發(fā)創(chuàng)新的能力.以機械系統(tǒng)方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點,進(jìn)一步鞏固和另深學(xué)生所學(xué)的理論知識. 明確課程設(shè)計目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計題目對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行分析，確定輸入，輸出件運動型式（即功能原理分析）。 關(guān)鍵字: 機構(gòu)運動分析 機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 曲柄滑塊 凸輪設(shè)計 一 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書題號9

3、 平尺刻線機 1.1 工作原理及工藝動作過程 在很多具有定量要求移動和相對移動的零件上，需要有指示相對移動和轉(zhuǎn)動的刻度。平尺刻線機主要是用于相對移動的零件的刻線工作。 鋼板尺就是用平尺刻線機加工的，顯然在加工時，平尺每送進(jìn)1毫米，刻刀刻線一次。因此平尺刻線機主體機構(gòu)是刻線（主運動）和平尺送進(jìn)機構(gòu)（鋪助運動）。 1.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 平尺毛坯輪廓尺寸為1040*30mm； （1） 要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出線條，相鄰兩條刻線之間的距離為1mm; （2） 刻線深度為0.5mm，深度要求均勻，為防止刀具磨損，要求返行程有抬刀動作； （3） 刻線速度每6秒刻一次； （

4、4） 行程速比系數(shù)K大于1.2； （5） 刻線在工作進(jìn)程中主動軸的角度不均勻系數(shù)小于1/40，刻線的切削力F=1000N。 1.3 設(shè)計任務(wù) 根據(jù)工藝動作要求擬定并繪制運動循環(huán)圖。 (1) 刻線機構(gòu)和平尺送進(jìn)的造型； (2) 機構(gòu)運動方案的評定和選擇； (3) 根據(jù)選定的原動件和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案分配傳動比； (4) 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動尺寸計算； (5) 對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動，畫出運動運動線圖，進(jìn)行運動模擬； (6) 畫出機械運動方案簡圖； (7) 編寫設(shè)計計算說明書。 二 傳動機構(gòu)的選擇與比較 2.1方案及循環(huán)圖 機械系統(tǒng)中傳動機構(gòu)是由原

5、動機輸出的機械能動、傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配，轉(zhuǎn)速的改變和運動形式的改變等作用的中間裝置。傳動機構(gòu)常見的有齒輪傳動機構(gòu)，摩擦傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，他們的特點如下： （1）齒輪傳動：齒輪傳動機構(gòu)是現(xiàn)代機械系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種。它可以用來傳遞空間任意兩軸之間的運動和力，而且傳動準(zhǔn)確，平衡，穩(wěn)定，機械效率高，使用壽命長，工作可靠。 （2）摩擦傳動：摩擦傳動的主要功能是通過兩構(gòu)件之間的摩擦來傳遞運動和動力的，其主要優(yōu)點是機構(gòu)簡單，而且實現(xiàn)無級變速傳動，同時，當(dāng)過載時，由于兩輪間可發(fā)生滑動，因而不致造成機器的損壞。但是，這種傳動的最大缺點是傳動不準(zhǔn)確，同時，由傳動過程中兩輪必須壓緊，以求產(chǎn)

6、生足夠大的摩擦力而達(dá)到傳動的目的，所以兩輪子、容易疲勞破壞，而且傳動的機械效率也比較低。 （3）帶傳動：這種傳動機構(gòu)是靠帶擁護(hù)帶輪之間的摩擦力來傳動的，它的主要優(yōu)點是機構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸震等，可用于傳遞距離較遠(yuǎn)的兩軸間的運動，且與摩擦輪轉(zhuǎn)動一樣也有過載保安性。但是由于不能安全避免帶與帶輪之間的相對滑動，所以傳動的精度比較低。此外，為了使帶與帶輪間產(chǎn)生足夠的摩擦里，必張緊在兩輪上，這將增大帶輪軸中的壓力，從而加大軸承軸頸的磨損，并降低了機械效率。 2.2選擇原因： （1）摩檫傳動精確度低，且傳遞不穩(wěn)定，故不用此傳動. （2）送料—定位——輸出——蓋章，各原動件存在一定的

7、距離，用齒輪帶傳動，可以保證傳遞運動的精確性，而且可以滿足各原動件之間的定位要求。 （3）選擇齒輪作為減速元件，理由是傳動準(zhǔn)確，平衡，穩(wěn)定，機械效率高。最后選擇：齒輪傳動 三 平尺刻線機運動方案設(shè)計 3.1功能要求 平尺刻線機主要用來實現(xiàn)自動刻線，刻線要求為每隔１毫米刻一條線，刻線長度有8毫米、6毫米、3毫米三種類型。第一次刻線長度為8毫米，后四次刻線長度為3毫米，第五次刻線長度為6毫米，第六至第九次刻線長度為3毫米，第十次刻線長度為8毫米，以后依此類推。 3.2運動要求： 實現(xiàn) “抬刀—刻線－抬刀－刻線”的運動。 3.3功能分析： 刻線機主要由抬刀機構(gòu)、刻線機構(gòu)以及進(jìn)給機

8、構(gòu)三部分組成。抬刀機構(gòu)用于刻線時將刀具壓下，刻線完成之后，通過彈簧使刀具自動抬起，避免磨損；刻線機構(gòu)用于控制刻線及刻線長度；進(jìn)給機構(gòu)用于控制刻線間隔。進(jìn)給過程要求有急回特性。 四 執(zhí)行機構(gòu)方案選型設(shè)計 4.1傳動機構(gòu)： 方案（1） 圖1 曲柄搖桿機構(gòu)與外棘輪組合機構(gòu)，通過右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動傳遞出去。 機構(gòu)評價： 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳力較小，運動靈活，，利用曲柄搖桿機構(gòu)可實現(xiàn)右輪的往復(fù)轉(zhuǎn)動。。 缺點：結(jié)構(gòu)簡單但不緊湊，輸出無法改變，因為左輪轉(zhuǎn)動副的偏心距已經(jīng)確定。 方案（2）

9、 圖2 簡單的槽輪機構(gòu)就可以實現(xiàn)間歇的轉(zhuǎn)動，帶動絲桿間歇轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)工作臺的間歇進(jìn)給 機構(gòu)評價： 優(yōu)點：同樣具有結(jié)構(gòu)簡單，傳力較小，運動靈活的優(yōu)點。 缺點：磨損較嚴(yán)重，效率較低，主動件轉(zhuǎn)動一周，從動件轉(zhuǎn)動角度無法改變。 方案（3） 圖3 左輪中轉(zhuǎn)動副的偏心距可以改變，使工作臺每次間歇進(jìn)給的距離實現(xiàn)可控，這樣工作臺每次進(jìn)給一毫米成為可能，并且下輪中采用內(nèi)槽輪機構(gòu)，使機器機構(gòu)緊湊，安全，壽命長。 機構(gòu)評價： 優(yōu)點：采用內(nèi)槽輪機構(gòu)，使機器機構(gòu)緊湊，安全，壽命長；工作臺每次間歇進(jìn)給的距離實現(xiàn)

10、可控。 缺點：機構(gòu)略顯復(fù)雜。 對機構(gòu)進(jìn)行比較： 只有第三個方案能較好的實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的功能要求，且結(jié)構(gòu)緊湊，復(fù)雜度也可以接受，所以選第三個方案。 4.2 執(zhí)行機構(gòu) 方案（1）： 圖4 刀具工作臺下的圓柱體實現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動，在圓柱外表面開槽，通過槽位置的設(shè)定和工作臺下桿和槽的配合實現(xiàn)可控的往復(fù)運動和其急回特性，上圖就為展開的圓柱外圓槽曲線。 機構(gòu)評價： 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單且可實現(xiàn)可控往復(fù)運動的功能要求，且有急回特性。 缺點：此方案需要的圓柱體較大，效率低，磨損問題較為嚴(yán)重，運動過程中可能會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，

11、較為危險。 方案（2） 圖5 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，可精確實現(xiàn)有急回特性的可控往復(fù)直線運動。 缺點：略為復(fù)雜，需要設(shè)計凸輪。 運動方案比較： （1）結(jié)構(gòu)簡單，運動靈活，可實現(xiàn)行程較大的有急回特性的可控往復(fù)直線運動，但從動件間壓力較大，易磨損 ，誤差大，且較危險。（2）結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳力小，運動靈活的優(yōu)點，可完美實現(xiàn)工作要求，凸輪機構(gòu)也可精確實現(xiàn)其急回特性。 4.3抬刀機構(gòu) 由于抬刀運動較為復(fù)雜，需要用凸輪機構(gòu)保證刀具的精確運動。 圖6 五 機構(gòu)的設(shè)計與運動分析及各機構(gòu)具體尺寸

12、 5.1 機構(gòu)選用： 功能 執(zhí)行機構(gòu) 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 進(jìn)給 刀具 抬刀急回進(jìn)給 擺桿凸輪 頂尖凸輪 滑臺 杠桿 塔輪 刻線 刀具 低頭 刻線回程 擺桿凸輪 頂尖凸輪 滑臺 杠桿 塔輪 5.2.實現(xiàn)往復(fù)運動的凸輪設(shè)計 要求刀具工作臺往復(fù)運動具有急回特性。 凸輪基圓半徑20mm，工作行程10mm，要求進(jìn)給與刻線2/3的急回特性，則在144度時達(dá)到最大行程，利用第三個樣條曲線得到不同位置的凸輪半徑值。并設(shè)計凸輪 圖7 凸輪輪廓線 直角坐標(biāo)

13、 x=(Rb+s)cosø-(ds/dø)sinø y=(Rb+s)sinø+(ds/dø)cosø 極坐標(biāo) r=√(x2+y2) Θ=arctan(y/x) 1、 參變量中ø的增量根據(jù)精度要求而定，通常取1度或2度 左右 2、 ø為推程運動角， Rb為基圓半徑。 六．傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 關(guān)于傳動比例的計算： 驅(qū)動件采用電動機，由于電動機頻率為1440r/min，而推頭工作循環(huán)為6秒每次，相對說速率差別較大，需要在電動機與執(zhí)行裝置之間添加減速器。 電動機處于下方，可保持重心在下，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，在于

14、齒輪減速器之間安放皮帶輪，可使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起到緩沖作用，缺點在于皮帶易磨損，壽命不長。由于工作循環(huán)為6s/次，所以主軸的轉(zhuǎn)速為10r/min，而電動機為1440r/min。若以大小帶輪直徑比為1：2，則齒輪傳動器的傳動比為i=72。傳動時，另渦輪與凸輪共軸線且相對固定即可。具體如下圖 圖8 傳動系統(tǒng)機構(gòu)簡圖 電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min ，齒輪z=20，z=40，i=z/z=2, 皮帶輪d/d=2 .，所以當(dāng)傳到齒輪1的時候n=1440/2=720r/min.又有蝸桿齒數(shù)z=1,蝸輪齒數(shù)z=36 再由i=n/n=zz/

15、zz=40*36/20=72所以n=10r/min ,即生產(chǎn)率達(dá)到10r/min ,滿足要求。 齒輪機構(gòu)的計算（=20,z=40,m=3,α=20,h*=1,c*=0.25） d=m*z=60mm d=m*z=120mm d=dcos20=24.48mm d=dcos20=48.97mm d=m(z+2ha*)=66mm d=m(z+2ha*)=126mm d=m(z-2ha*-2c*)=52.5mm d=m(z-2ha*-2c*)=112.5mm 將傳動系統(tǒng)加上得到完整的機構(gòu)簡圖如圖9所示 （如果齒輪再采用高度變位齒輪傳動方案（x=x

16、+x=0）,這樣既可以減少機構(gòu)尺寸，還可以提高承能力，改善磨損情況。 此方案的傳動系統(tǒng)采用三級減速機構(gòu)，第一級為帶傳動，第二級為齒輪傳動，第三級為渦輪蝸桿傳動。按此種傳動比分配可以獲得較小的尺寸，而且結(jié)構(gòu)緊湊。） 七.運動循環(huán)圖 時間 0-0.1s 0.1-0.4s 0.4-0.5 0.5-0.9s 0.9-1.0s 刀具工作臺 上行 上行 下行 下行 下行 工件工作臺 進(jìn)給 進(jìn)給 靜止 靜止 進(jìn)給 刀具 抬刀 水平運動（可能在末點停留一段時間） 下刀 刻線（可能在起點停留一段時間

17、） 水平運動 八.結(jié)果分析總結(jié) 課程設(shè)計終于在緊張的節(jié)奏中接近尾聲，在這段時間，我們在做課程設(shè)計的過程中都受益匪淺，收獲很多。 我們通過這次機械原理課程設(shè)計，學(xué)會了應(yīng)用CAD，MATLAB等軟件繪出了平尺刻線機構(gòu)的平面圖和動畫，使把平時學(xué)到的機械原理理論知識有效地應(yīng)用到了實際設(shè)計中，并通過平時的經(jīng)驗和分析計算，不斷地完善我們的課程設(shè)計。 對于具體尺寸未完全給定的機構(gòu)，我們無法明確的給出各構(gòu)件的合理尺寸，有時需要邊仿真變計算邊設(shè)計，運動線圖的生成也產(chǎn)生了很多困難，MATLAB也是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣，而且開始時凸輪設(shè)計思路錯誤，耽誤了很多時間，但不管怎樣，我們成功地克服了這些困難，我們圓滿地完成了這次課程設(shè)計，這是屬于我們的真正的一部作品。 總的來說，這次機械原理課程設(shè)計讓我們了解了很多，也學(xué)到了很多。 九.主要參考資料 1. 高等教育出版社 《機械原理（第七版）》 2. 機械設(shè)計（第八版）高等教育出版社 3：常用電動機參數(shù) 10