平尺刻線機(jī)內(nèi)蒙古民族大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

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

2、和加深機(jī)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(guò)此次設(shè)計(jì),學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的確定,培養(yǎng)分析向設(shè)計(jì)機(jī)械能力,以及開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的能力.以機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與擬定為結(jié)合點(diǎn),進(jìn)一步鞏固和另深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí). 明確課程設(shè)計(jì)目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)題目對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，確定輸入，輸出件運(yùn)動(dòng)型式（即功能原理分析）。 關(guān)鍵字: 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲柄滑塊 凸輪設(shè)計(jì) 一 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題號(hào)9

3、 平尺刻線機(jī) 1.1 工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程 在很多具有定量要求移動(dòng)和相對(duì)移動(dòng)的零件上，需要有指示相對(duì)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的刻度。平尺刻線機(jī)主要是用于相對(duì)移動(dòng)的零件的刻線工作。 鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的，顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1毫米，刻刀刻線一次。因此平尺刻線機(jī)主體機(jī)構(gòu)是刻線（主運(yùn)動(dòng)）和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（鋪助運(yùn)動(dòng)）。 1.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(jì)任務(wù) 根據(jù)工藝動(dòng)作要求擬定并繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 (1) 刻線機(jī)構(gòu)和平尺送進(jìn)的造型； (2) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇； (3) 根據(jù)選定的原動(dòng)件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案分配傳動(dòng)比； (4) 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算； (5) 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，畫出運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)線圖，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬； (6) 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖； (7) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 二 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與比較 2.1方案及循環(huán)圖 機(jī)械系統(tǒng)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由原

5、動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能動(dòng)、傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)能量的分配，轉(zhuǎn)速的改變和運(yùn)動(dòng)形式的改變等作用的中間裝置。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，他們的特點(diǎn)如下： （1）齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種。它可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和力，而且傳動(dòng)準(zhǔn)確，平衡，穩(wěn)定，機(jī)械效率高，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠。 （2）摩擦傳動(dòng)：摩擦傳動(dòng)的主要功能是通過(guò)兩構(gòu)件之間的摩擦來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，其主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)過(guò)載時(shí)，由于兩輪間可發(fā)生滑動(dòng)，因而不致造成機(jī)器的損壞。但是，這種傳動(dòng)的最大缺點(diǎn)是傳動(dòng)不準(zhǔn)確，同時(shí)，由傳動(dòng)過(guò)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(dòng)的目的，所以兩輪子、容易疲勞破壞，而且傳動(dòng)的機(jī)械效率也比較低。 （3）帶傳動(dòng)：這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是靠帶擁護(hù)帶輪之間的摩擦力來(lái)傳動(dòng)的，它的主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)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(yùn)動(dòng)，且與摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)一樣也有過(guò)載保安性。但是由于不能安全避免帶與帶輪之間的相對(duì)滑動(dòng)，所以傳動(dòng)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(jī)械效率。 2.2選擇原因： （1）摩檫傳動(dòng)精確度低，且傳遞不穩(wěn)定，故不用此傳動(dòng). （2）送料—定位——輸出——蓋章，各原動(dòng)件存在一定的

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

8、構(gòu)三部分組成。抬刀機(jī)構(gòu)用于刻線時(shí)將刀具壓下，刻線完成之后，通過(guò)彈簧使刀具自動(dòng)抬起，避免磨損；刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長(zhǎng)度；進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔。進(jìn)給過(guò)程要求有急回特性。 四 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案選型設(shè)計(jì) 4.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)： 方案（1） 圖1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與外棘輪組合機(jī)構(gòu)，通過(guò)右面的棘輪把間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞出去。 機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力較小，運(yùn)動(dòng)靈活，，利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)右輪的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但不緊湊，輸出無(wú)法改變，因?yàn)樽筝嗈D(zhuǎn)動(dòng)副的偏心距已經(jīng)確定。 方案（2）

9、 圖2 簡(jiǎn)單的槽輪機(jī)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)間歇的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲桿間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給 機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 優(yōu)點(diǎn)：同樣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力較小，運(yùn)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：磨損較嚴(yán)重，效率較低，主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)角度無(wú)法改變。 方案（3） 圖3 左輪中轉(zhuǎn)動(dòng)副的偏心距可以改變，使工作臺(tái)每次間歇進(jìn)給的距離實(shí)現(xiàn)可控，這樣工作臺(tái)每次進(jìn)給一毫米成為可能，并且下輪中采用內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，使機(jī)器機(jī)構(gòu)緊湊，安全，壽命長(zhǎng)。 機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 優(yōu)點(diǎn)：采用內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)，使機(jī)器機(jī)構(gòu)緊湊，安全，壽命長(zhǎng)；工作臺(tái)每次間歇進(jìn)給的距離實(shí)現(xiàn)

10、可控。 缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)略顯復(fù)雜。 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較： 只有第三個(gè)方案能較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)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(gè)方案。 4.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 方案（1）： 圖4 刀具工作臺(tái)下的圓柱體實(shí)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓柱外表面開(kāi)槽，通過(guò)槽位置的設(shè)定和工作臺(tái)下桿和槽的配合實(shí)現(xiàn)可控的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和其急回特性，上圖就為展開(kāi)的圓柱外圓槽曲線。 機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可實(shí)現(xiàn)可控往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能要求，且有急回特性。 缺點(diǎn)：此方案需要的圓柱體較大，效率低，磨損問(wèn)題較為嚴(yán)重，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，

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

12、 5.1 機(jī)構(gòu)選用： 功能 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工藝動(dòng)作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)給 刀具 抬刀急回進(jìn)給 擺桿凸輪 頂尖凸輪 滑臺(tái) 杠桿 塔輪 刻線 刀具 低頭 刻線回程 擺桿凸輪 頂尖凸輪 滑臺(tái) 杠桿 塔輪 5.2.實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的凸輪設(shè)計(jì) 要求刀具工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)達(dá)到最大行程，利用第三個(gè)樣條曲線得到不同位置的凸輪半徑值。并設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)角， Rb為基圓半徑。 六．傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 關(guān)于傳動(dòng)比例的計(jì)算： 驅(qū)動(dòng)件采用電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)頻率為1440r/min，而推頭工作循環(huán)為6秒每次，相對(duì)說(shuō)速率差別較大，需要在電動(dòng)機(jī)與執(zhí)行裝置之間添加減速器。 電動(dòng)機(jī)處于下方，可保持重心在下，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，在于

14、齒輪減速器之間安放皮帶輪，可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起到緩沖作用，缺點(diǎn)在于皮帶易磨損，壽命不長(zhǎng)。由于工作循環(huán)為6s/次，所以主軸的轉(zhuǎn)速為10r/min，而電動(dòng)機(jī)為1440r/min。若以大小帶輪直徑比為1：2，則齒輪傳動(dòng)器的傳動(dòng)比為i=72。傳動(dòng)時(shí)，另渦輪與凸輪共軸線且相對(duì)固定即可。具體如下圖 圖8 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 電動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)的計(jì)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(dòng)系統(tǒng)加上得到完整的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖9所示 （如果齒輪再采用高度變位齒輪傳動(dòng)方案（x=x

16、+x=0）,這樣既可以減少機(jī)構(gòu)尺寸，還可以提高承能力，改善磨損情況。 此方案的傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，第一級(jí)為帶傳動(dòng)，第二級(jí)為齒輪傳動(dòng)，第三級(jí)為渦輪蝸桿傳動(dòng)。按此種傳動(dòng)比分配可以獲得較小的尺寸，而且結(jié)構(gòu)緊湊。） 七.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 時(shí)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(tái) 上行 上行 下行 下行 下行 工件工作臺(tái) 進(jìn)給 進(jìn)給 靜止 靜止 進(jìn)給 刀具 抬刀 水平運(yùn)動(dòng)（可能在末點(diǎn)停留一段時(shí)間） 下刀 刻線（可能在起點(diǎn)停留一段時(shí)間

17、） 水平運(yùn)動(dòng) 八.結(jié)果分析總結(jié) 課程設(shè)計(jì)終于在緊張的節(jié)奏中接近尾聲，在這段時(shí)間，我們?cè)谧稣n程設(shè)計(jì)的過(guò)程中都受益匪淺，收獲很多。 我們通過(guò)這次機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了應(yīng)用CAD，MATLAB等軟件繪出了平尺刻線機(jī)構(gòu)的平面圖和動(dòng)畫，使把平時(shí)學(xué)到的機(jī)械原理理論知識(shí)有效地應(yīng)用到了實(shí)際設(shè)計(jì)中，并通過(guò)平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和分析計(jì)算，不斷地完善我們的課程設(shè)計(jì)。 對(duì)于具體尺寸未完全給定的機(jī)構(gòu)，我們無(wú)法明確的給出各構(gòu)件的合理尺寸，有時(shí)需要邊仿真變計(jì)算邊設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)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(kāi)始時(shí)凸輪設(shè)計(jì)思路錯(cuò)誤，耽誤了很多時(shí)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(jì)，這是屬于我們的真正的一部作品。 總的來(lái)說(shuō)，這次機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(jī)械原理（第七版）》 2. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）高等教育出版社 3：常用電動(dòng)機(jī)參數(shù) 10