平尺刻線機.設計說明書(共21頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 機械原理課程設計說明書 設計題目:平尺刻線機 專業(yè)班級：車輛三班 設計者： 樊文韜 崔晉皓 梅玉輝 董永衡 彭海生 指導老師：陳敏鈞 設計日期：2013年7月5日 摘要 　　機械原理課程設計是使學生較全面、系統(tǒng)鞏固和加深機械原理課程的基本原理和方法的重

2、要環(huán)節(jié)，學生通過此次設計，學習機構(gòu)運動方案的確定，培養(yǎng)分析向設計機械能力，以及開發(fā)創(chuàng)新的能力，以機械系統(tǒng)方案設計與擬定為結(jié)合點，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識，明確課程設計目的、步驟，根據(jù)自己的設計題目對設計內(nèi)容進行分析，確定輸入、輸出件運動形式（及功能原理分析）。 關(guān)鍵字：機構(gòu)運動分析 機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計 曲柄滑塊 凸輪設計 目錄 1設計功能與要求………………………………………………………………………….....1 1.1設計功能………………………………………………………………………....1

3、 1.2要求………………………………………………………………………….......1 2執(zhí)行機構(gòu)的比較與選定……………………………………………………………...........1 2.1刻線機構(gòu)………………………………………………………………...............2 2.2抬刀機構(gòu)……………………………………………………………………........7 2.3進給機構(gòu)………………………………………………………..........................7 3傳動方案設計………………………………………………………………..................

4、........9 3.1傳動方案總括. ...........................................................................................9 3.2傳動效率計算.............................................................................................9 3.3電動機選擇...............................................

5、..................................................9 3.4傳動比計算................................................................................................10 4執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設計………………………………………………………………………...12 4.1設計總體思路......................................................................

6、......................12 4.2抬刀凸輪尺寸設計....................................................................................12 4.3刻線組合機構(gòu)尺寸計................................................................................14 4.4進給機構(gòu)尺寸設計............................................

7、...................................... 16 5方案圖與機構(gòu)運動循環(huán)圖（表）…………………………………………………………16 5.1方案圖......................................................................................................17 5.2機構(gòu)運動循環(huán)圖..............................................................................

8、.........17 5.3機構(gòu)運動循環(huán)表.......................................................................................18 6參考文獻……………………………………………………………………………….......18 7小結(jié)………………………………………………………………………………...............18 1、設計功能與要求 1.1設計功能 平尺刻線機主要用來實現(xiàn)自動刻線，刻線要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻劃出不同長度的線條：短線

9、10mm,中線13mm,長線18mm.相鄰兩條刻線之間的距離為1mm.從零起隔四條短線刻一條中線，隔九條刻線刻一條長線，然后依次重復 。 （如圖1）。 圖1 1.2設計要求 運動要求： 刀具在刻線行程時作等速運動（或近似等速運動），反行程時快速退回；刀具反行程時要有抬刀運動，并且工作臺完成一定進給運動。實現(xiàn) “落刀—刻線－抬刀－回刀”的運動。 功能要求 刻線機主要由抬刀機構(gòu)、刻線機構(gòu)以及進給機構(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，通過凸輪使刀具自動抬起，避免磨損；刻線

10、機構(gòu)用于控制刻線及刻線長度；進給機構(gòu)用于控制刻線間隔，且要求刀具具有急回特性。 原始數(shù)據(jù)及要求： 1：平尺毛坯的輪廓尺寸為1040*1030。要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻劃出不同長度的線條：短線10mm,中線13mm,長線18mm.相鄰兩條刻線之間的距離為1mm.從零起隔四條短線刻一條中線，隔九條刻線刻一條長線，然后依次重復 。 2：刻線深度為0.5mm,深度均勻，為防止刀具磨損，要求返程有抬刀運動。 3：刻線速度：每秒鐘刻一條線。 4：推動刀具進行刻線運動的機構(gòu)，其運動要求應保證刻線質(zhì)量和提高刻線機的生產(chǎn)率角度提出。刻線行程中刀具做等速運動，反行程時刀具快速退回。只要求道具在反行程

11、中有急回運動，行程速度變化系數(shù)K>=1.2. 5:為擴大刻線機的應用范圍，要求線條長度可調(diào)。 6：要求刻線機在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)&<=1/40，刻線是的切削力F=1000N（即刻線0.4kw,進給0.2kw,抬刀0.1kw） 機構(gòu)選用 （表1） 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 刻線 刀具 刻線 組合機構(gòu) 落、抬刀 刀具 落、抬刀 平底凸輪 進給 工作臺 間歇進給 槽輪、絲桿 表1 2、 執(zhí)行機構(gòu)比較與選定 2.1刻線機構(gòu) 方案1（圖2） 圖2 方案說明 通過三種形狀、大小不

12、同的凸輪來控制刀具的左右移動，再通過一個凸輪來控制刀具的抬刀，下刀運動，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀具的急回速比K>=1.2。 方案評價 通過三個凸輪來控制刀具左右移動，難以控制它們之間的轉(zhuǎn)速比，容易發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，而且容易發(fā)生失真的現(xiàn)象，所以不建議采用。 方案2（圖3） 圖3 方案說明 通過三個不完全齒輪與齒條的組合，來控制刀具的進刀、退刀運動，通過凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動。 方案評價 這種機構(gòu)簡明易懂，刀具刻線的長度精確，但不容易控制三個不完全齒輪的轉(zhuǎn)速關(guān)系，且容易發(fā)生撞齒的現(xiàn)象，不能控制刀具的急回速比，所以不

13、建議采用。 方案3（圖4） 圖4 方案說明 這種方案通過一個凸輪來控制刀具的進刀、退刀運動，另一個凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動，并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速比K>=1.2。 方案評價 通過一個凸輪來控制進刀、運動，此凸輪的形狀會過于復雜，同時不能實現(xiàn)自動回刀，所以不建議采用。 方案4（圖5） 圖5 方案說明 這種方案是通過一個曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)進刀、退刀動作，具有急回特性，另一個凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動，用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)急回速比K>=1.2。、 方案評價 曲柄滑塊機構(gòu)雖能實現(xiàn)急回速比K>=1.2

14、，但是不能保證刻線過程中的等速運動，所以不建議采用。 方案5（圖6） 圖6 方案說明 這套方案是通過一套組合機構(gòu)實現(xiàn)刻刀的進刀、退刀動過，同時通過凸輪槽的形狀實現(xiàn)滑塊的勻速運動，進而實現(xiàn)刀具的勻速運動。同時也可以滿足急回速比K>=1.2。 方案評價 此方案可滿足全部刻線的功能要求，同時可以使進刀動作平穩(wěn)，采用轉(zhuǎn)動副為低副，降低較低，接觸面積大，應力集中就相對小一些，此外，安裝、加工也相對方便。所以我們決定采用這套方案。 2.2抬刀機構(gòu) 方案1（圖7） 圖7 方案說明 我們采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)刀具的抬、落刀動作，通

15、過控制凸輪輪廓來實現(xiàn)刻線時間的調(diào)整，又因為凸輪轉(zhuǎn)速一定，即可以控制可線的長短。 方案評價 凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，可有效實現(xiàn)刀具的平穩(wěn)刻線，同時結(jié)構(gòu)較為簡單，體積較小，便于安裝。所以我們采用這套方案。 2.3進給機構(gòu) 方案1（圖8） 圖8 方案說明： 這套方案采用不完全齒輪實現(xiàn)工作臺的間歇進給，當主動輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動輪作間歇式轉(zhuǎn)動，在從動輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用，以防止從動輪游動。不完全齒輪機構(gòu)可以帶動絲桿間歇轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)工作臺的間歇進給，控制不完全齒輪轉(zhuǎn)速與

16、絲桿導程就可實現(xiàn)每秒進給量為1mm。 方案評價： 不完全齒輪沖擊較大，且加工、安裝較為不便，尺寸較大，所以不建議采用。 方案2（圖9） 圖9 方案說明： 這套方案采用槽輪機構(gòu)實現(xiàn)工作臺的間歇進給，主動撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，槽輪間歇運動，且我們這套方案采取普通四槽的對稱式的槽輪機構(gòu)，傳動較為平穩(wěn)。 方案評價： 槽輪機構(gòu)尺寸小，外形簡單，機械效率高，傳動較為平穩(wěn)，所以我們決定采用這套方案。 3、傳動方案設計 3.1傳動方案總述 采用V帶+齒輪傳動，將電動機轉(zhuǎn)速減小了需要的轉(zhuǎn)速。 3.2傳動功率的計算： 查閱相關(guān)

17、資料得： 凸輪效率：0.95-0.97 槽輪效率：0.95-0.97 滾珠軸承效率：0.98 V帶傳動效率：0.94-0.96 9級精度齒輪效率：0.96 螺旋機構(gòu)效率：0.85-0.95 刻線機構(gòu) P1=0.4/ (0.95—0.97)/0.98/0.96/=0.438-0.448KW 抬刀機構(gòu) P2=0.1/(0.95—0.97)/0.96/0.96=0.112-0.114KW 進給機構(gòu) P3=0.2/(0.85—0.95)/(0.95—0.97)/0.96/0.96=0.236-0.

18、269KW 總體機構(gòu) P（電機）=（P1+P2+P3）/（0.94—0.96)=0.819-0.884KW 3.3電動機選擇 根據(jù)總功率選擇電機，查表得，6極的三相交流發(fā)電機型號Y132S-6，額定功率為3KW，轉(zhuǎn)速為960r/分，效率為83%。 故P=3*83%=2.49KW，滿足功率要求，所以選擇上述機型。 3.4傳動比計算（圖10） 圖10 各傳動比如圖所示。驅(qū)動件采用電動機，由于電動機轉(zhuǎn)速為960r/min，而刻線組合機構(gòu)工作轉(zhuǎn)速為60r/min，所以要將轉(zhuǎn)速減小至60r/min。達到傳動比i=16，故選擇V帶傳動比i1為4，齒輪i3傳動比為

19、4，刻線組合機構(gòu)工作轉(zhuǎn)速達到60r/min。 抬刀凸輪工作轉(zhuǎn)速為20r/min，故選用1對齒輪傳動，傳動比i=3，其中i4傳動比為3，抬刀凸輪達到20r/min。 槽輪主動撥盤轉(zhuǎn)速與刻線組合機構(gòu)轉(zhuǎn)速大小與方向相同，且布置于抬刀凸輪下方，故選用兩對錐齒輪將60r/min的轉(zhuǎn)速傳遞到工作臺，其傳動比為i2=1，i5=4，故此時槽輪主動撥盤轉(zhuǎn)速為60r/min，槽輪從動撥盤轉(zhuǎn)速為15r/min。 進給機構(gòu)要求進給量為1mm/s，故選取與槽輪從動撥盤同軸的絲桿導程為4mm，故進給量為60mm/min，即1mm/s。 3.4各標準齒輪參數(shù)（表2） 各標準齒輪參數(shù) 模數(shù)m=2 壓力角

20、a=20度 ha*=1 c*=0.25 皮帶輪半徑d=80mm D=320mm 齒數(shù) Z1=34 Z1’=34 Z2=17 Z2=68 Z3=17 Z3=51 Z4=34 Z4’=136 中徑（mm） d1=68 d1’=68 d2=34 d2=136 d3=34 d3=102 d4=136 d4’=272 表2 圖11 4、執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設計 4.1設計總體思路 我們通過比較各種機構(gòu)與組合，決定采用組合機構(gòu)（凸輪-連桿機構(gòu)）完成刻線動作，采用凸輪機構(gòu)完成抬刀、落刀動作，采用槽輪-絲桿機構(gòu)完成工作臺的間歇

21、進給動作。其中，組合機構(gòu)只負責刀具的勻速進給，通過凸輪控制刻線的時間，從而控制刻線長度，與此同時，每秒鐘工作臺通過槽輪-絲桿機構(gòu)完成一次間歇進給（1mm）。 4.2抬刀凸輪尺寸設計（圖12） 圖12（凸輪實際輪廓線） 取抬刀量為0.5mm，(抬刀量之所以去這么小，我們就可以認為抬刀與下刀時間很短，可以忽略不計).且抬刀凸輪轉(zhuǎn)速為20r/min，即刻線組合機構(gòu)轉(zhuǎn)過一圈，抬刀凸輪轉(zhuǎn)過三分之一，那么我們將抬刀凸輪均分為10份每份36，每一份即可完成一次刻線動作。再在每份中分出相應的度數(shù)（10、10、10、10、13、10、10、10、10、18），使其比例為10：10：10：10：13：1

22、0：10：10：10：18，作為刻線度數(shù)，余下度數(shù)（26，26，26，26，23，26，26，26，26，18），作為抬刀、回刀、下刀的度數(shù)，這樣就可以保證10次刻刀的時間為10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，如果保證勻速的速度的話，那么刻出的線的長度即可保證10：10：10：10：13：10：10：10：10：18。 此外，我們將10段的小圓內(nèi)徑定為150mm,每段小圓中的26，23，18部分內(nèi)徑為154，之所以設定為這樣的數(shù)據(jù)，是為了抬刀過程平穩(wěn)進行。 控制刻線深度0.5mm，可以通過調(diào)整刻線尺的放置高度來實現(xiàn)。 4.3刻線組合機構(gòu)尺寸設計（圖13、圖

23、14） 為控制刀具能達到分別刻18mm、13mm、10mm的線，現(xiàn)令刀具移動距離為18mm，可以保證13mm和10mm的線長足夠。 給定推桿的行程為18mm，因為要求每秒鐘刻出一條線，故凸輪轉(zhuǎn)速為1r/s,設定K=1.2:1,故進刀凸輪轉(zhuǎn)角設定為196度，進刀時間為0.55s。退刀凸輪轉(zhuǎn)角設定為164度。退刀時間為0.45s。進刀速度V1=32.7mm/s。退刀速度V2=40mm/s。將進刀和退刀行程18mm等分為6段，故每段距離為3mm。進刀3mm，曲柄轉(zhuǎn)動角度為32度。退刀3mm，曲柄轉(zhuǎn)動角度為27度。選定適當?shù)倪B桿長度30mm。故依次可以做出凸輪輪廓曲線。 圖13 由

24、此可得凸輪連桿組合機構(gòu)如下圖 圖14 4.4進給機構(gòu)尺寸設計（圖15） 圖15 外嚙合槽輪n=1，z=4，運動系數(shù)k=1/2-1/z=0.25 取進給絲桿導程為4mm，右旋，則進給量為1mm/s。進給槽輪參數(shù)：L=20cm R=14.14cm r=2.36cm s=14.14cm h>=10.64cm d1<=11.72cm d2<=7cm b=4mm 5、方案圖與機構(gòu)運動循環(huán)圖（表） 5.1方案圖（圖16） 圖16 5.2機構(gòu)運動循環(huán)圖（圖17） 圖17 5.3機構(gòu)運動循環(huán)表（表3） 凸輪轉(zhuǎn)角

25、 0 10 26 36 46 56 72 82 92 凸輪行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸輪轉(zhuǎn)角 108 118 128 144 157 170 180 190 200 凸輪行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸輪轉(zhuǎn)角 216 226 236 252 262 272 288 298 308 凸輪行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸輪轉(zhuǎn)角 344 362 371 380 凸輪行程 0 0 4 0 表3 6、 參考文獻 [1]孫桓.機械原理.高等教育出版社.2006. [2]濮良貴.機械設計.西北工業(yè)大學出版社.2006年. [3]聞邦椿.機械設計（第5版）.機械工業(yè)出版社.2006年. [4]胡虔生.電機學.中國電力出版社.2006年. 專心---專注---專業(yè)