平尺刻線機(jī)-課程設(shè)計說明書-終極版

《平尺刻線機(jī)-課程設(shè)計說明書-終極版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《平尺刻線機(jī)-課程設(shè)計說明書-終極版（29頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、word 課 程 設(shè) 計〔 課 程 實(shí) 習(xí) 〕 機(jī)械設(shè)計與制造主體實(shí)踐(一) 院〔系、部〕： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 姓 名： 周 天 宇 同組成員： 戊坤 梁磊 東 金明旭 班 級： 機(jī)電132 指導(dǎo)教師簽名： 徐 林 林 2015年 7 月 10 日· 目錄 機(jī)器的功能和設(shè)計要求………………………………………… 3 工作原理和工藝動作……

2、……………………………………… 4 1.3 擬定運(yùn)動循環(huán)圖………………………………………………… 5 1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評定…………………………………………… 6 1.5 機(jī)械運(yùn)動方案示意圖……………………………………………10 1.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺度設(shè)計………………………………………11 1.7 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………24 1.8 運(yùn)動仿真…………………………………………………………26 1.9 飛輪設(shè)計…………………………………………………………27 2.0 設(shè)計結(jié)果得分析…………………………………………………29 2.1 參考文獻(xiàn)…

3、………………………………………………………29 2.2 設(shè)計體會…………………………………………………………29 機(jī)器的功能和設(shè)計要求 在很多具有定量要求的相對移動和相對轉(zhuǎn)動的零件上，于是需要有指示相對移動或轉(zhuǎn)動量的刻度線。平尺刻線機(jī)主要用于有相對移動零件的刻線工作。本課題設(shè)計通過機(jī)械化刻線，可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、準(zhǔn)確度高。減少了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，降低本錢，并且在研究時遇到的一些技術(shù)問題，通過認(rèn)真分析以解決，在今后的設(shè)計類的工作中也有一定的經(jīng)驗可循。 1．機(jī)器的功能： 平尺刻線機(jī)刻出的刻度線長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)〔如圖1.1所示〕。

4、顯然在加工時，平尺每送進(jìn)1 mm，刻刀刻線一次，且能自動改變刻線長度。 為了實(shí)現(xiàn)以上功能，平尺刻線機(jī)整體工作應(yīng)分為三種： (1) 刀具刻線工作〔主工作〕 (2) 刀架升降工作〔輔助工作〕 (3) 平尺送進(jìn)工作〔輔助工作〕 2．原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求： (1) 平尺毛坯的輪廓尺寸為：1040×30mm(長×寬)。 (2) 要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出不同長度的線條：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(fù)

5、。 (3) 刻線深度為，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程有抬刀運(yùn)動。 (4) 刻線速度：每秒鐘刻一條線。 (5) 行程速度變化系數(shù)。 (6) 為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用圍，要求線條長度可調(diào)(短、中、長三種長度的比例可不變)。 (7) 刻線機(jī)在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)?？叹€時的切削力為 工作原理和工藝動作 1．工作原理： 平尺刻線機(jī)主要用于有相對移動零件的刻線工作?？潭染€長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)。圖1所示的鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的。顯然在加工時，平尺每送進(jìn)1 mm，刻刀刻線一次，且能自動改變刻線長度。因此，平尺刻線機(jī)主體工作機(jī)構(gòu)

6、是刻線機(jī)構(gòu)〔主運(yùn)動〕和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)〔輔助運(yùn)動〕。 2．工藝動作： 為了完成在上述三種整體工作，平尺刻線機(jī)應(yīng)該完成以下五個工藝動作： (1) 落刀〔準(zhǔn)備進(jìn)入工作水平面〕 (2) 進(jìn)刀〔第一次刻線〕 (3) 抬刀〔退回準(zhǔn)備水平面〕 (4) 退刀〔第二次刻線保證刻線均勻，并回到第二步開始位置〕 (5) 進(jìn)刻度尺 上述五個動作中：進(jìn)刀、退刀為刀具刻線工作；落刀、抬刀為刀架升降工作；進(jìn)刻度尺為平尺送進(jìn)工作。因此，平尺刻線機(jī)重點(diǎn)考慮三個機(jī)構(gòu)的設(shè)計：刀具刻線機(jī)構(gòu)，刀架升降機(jī)構(gòu)和刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 平尺刻線機(jī)的運(yùn)動傳遞路線〔如圖1.2所示〕： 1.3 擬定運(yùn)

7、動循環(huán)圖 運(yùn)動循環(huán)圖主要是確定刀具、刀架、刻度尺三個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動的先后順序、相位，以便進(jìn)展設(shè)計、裝配和調(diào)試。 將刀具、刻度尺、刀架三個執(zhí)行構(gòu)件按照空間運(yùn)動可分為X、Y、Z三個方向〔如圖1.3所示〕：刀架升降運(yùn)動在Z軸方向〔正向抬刀，負(fù)向落刀〕；刀具刻線運(yùn)動在X軸方向〔正向進(jìn)刀，負(fù)向退刀〕；平尺送進(jìn)運(yùn)動在Y軸方向〔正向送進(jìn)〕。 分析五個工藝動作，刀具刻線〔往復(fù)〕運(yùn)動是最主要的運(yùn)動。因此，平尺刻線機(jī)的刀具刻線機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，并設(shè)定刀具在最高位置時為運(yùn)動的起點(diǎn)位置，也是一個運(yùn)動循環(huán)的終點(diǎn)位置。此時刻度尺、刀架的位移為零，并以此作為運(yùn)動循環(huán)圖橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，循環(huán)周期為360°。〔如圖1.4所示〕

8、 1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評定 1． 整體選型形態(tài)學(xué)矩陣 根據(jù)刀具、刀架、刻度尺這三個執(zhí)行構(gòu)件的動作要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以選擇〔如表所示〕的常用機(jī)構(gòu)，構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣?？梢郧蟪銎匠呖叹€機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案數(shù)目為： 刀具刻線機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 凸輪推桿機(jī)構(gòu) 不完全齒輪和齒條機(jī)構(gòu) 組合機(jī)構(gòu) 刀架升降機(jī)構(gòu) 平底凸輪機(jī)構(gòu) 刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 組合機(jī)構(gòu) 表1.1 構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣 2． 刀具刻線機(jī)構(gòu)評定 I方案說明： 通過三種形狀、大小不同的凸輪來控制刀具的左右移動

9、，再通過一個凸輪來控制刀具的抬刀，下刀運(yùn)動，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀具的急回速比?！矆D〕 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，所以我們不采用這套方案。 II方案說明： 這套方案是通過一套組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刻刀的進(jìn)刀、退刀動作，同時通過凸輪槽的形狀實(shí)現(xiàn)滑塊的勻速運(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具的勻速運(yùn)動。同時也可以滿足急回速比。〔圖〕 方案評價： 該方案主要通過一個凸輪來控制進(jìn)刀運(yùn)動，此凸輪的形狀會過于復(fù)雜，所以我們不采用這套方案。 III方案說明： 這種方案通過一個凸輪來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動，另

10、一個凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動，并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速比。〔圖〕 方案評價： 該方案可滿足全部刻線的功能要求，同時可以使進(jìn)刀動作平穩(wěn)，采用兩個凸輪控制進(jìn)刀、退刀，凸輪的設(shè)計也不會過于復(fù)雜。所以我們決定采用這套方案。 3．刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)評定 槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小，機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)展轉(zhuǎn)位，但是相對于不完全齒來說實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜；而且制造與裝配的精度要求高，其傳動時尚存在柔性沖擊，只能用于速度不太高的場合，且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計的參數(shù)較多，易滿足不同停歇要求。但是，不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別

11、，不僅在從齒輪的分布上，而且在嚙合傳動中，當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合與末齒退出過程中，齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙合，因此在此過程中不能確傳動比傳動。由于從動輪每次轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，故存在剛性沖擊。假如將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺相連，如此會造成較大的進(jìn)給誤差。 棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運(yùn)動可靠，并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)展調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是傳動動力小、工作時有沖擊和噪聲。不僅如此，傳動力不足如此會對工作臺的進(jìn)給產(chǎn)生影響，從而影響整個工序?！矆D1.8〕 基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，故考慮組合機(jī)構(gòu)——槽輪與螺旋機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)簡單、進(jìn)給精度高傳動力較大，易于制造加工。(如圖1.9所

12、示) 這套方案采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺的間歇進(jìn)給，當(dāng)撥盤做連續(xù)回轉(zhuǎn)時，槽輪做間歇式轉(zhuǎn)動，槽輪機(jī)構(gòu)可以帶動螺旋絲杠間歇轉(zhuǎn)動，來實(shí)現(xiàn)工作臺的間歇進(jìn)給，控制撥盤的轉(zhuǎn)速與螺旋絲杠的導(dǎo)程可實(shí)現(xiàn)每秒進(jìn)給量為1mm。 方案評價：槽輪機(jī)構(gòu)尺寸小，外形簡單，機(jī)械效率高，傳動較為平穩(wěn)。至于其缺點(diǎn)通過螺旋機(jī)構(gòu)配合改善，得到的組合機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以我們決定采用這套方案。 1.5 機(jī)械運(yùn)動方案示意圖 按已選定的三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動系統(tǒng)，畫出平尺刻線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動方案示意圖〔如圖2.0所示〕。 1.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

13、的運(yùn)動尺度設(shè)計 在凸輪的設(shè)計中，欲滿足行程速度變化系數(shù)，即一個運(yùn)動周期工作時轉(zhuǎn)過的角度大于等于非工作時的1.2倍，以下的凸輪設(shè)計采取K=1.5滿足設(shè)計要求。1．刀具刻線機(jī)構(gòu)的尺寸綜合與運(yùn)動分析 I刻短線凸輪： 采用直動平底從動件盤形凸輪〔平底〕，因為轉(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律 參數(shù)大小分析： 運(yùn)動規(guī)律分析： 形狀尺寸分析： II刻中、長線凸輪： 采用直動從動件盤形凸輪〔尖端〕，壓力角小于40°，因為轉(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律 參數(shù)大小分析：

14、 運(yùn)動規(guī)律分析： 形狀尺寸分析： 通過滿足壓力角α≤40°，確定 此處凸輪基圓半徑取50mm 2．刀架升降機(jī)構(gòu)的尺寸綜合與運(yùn)動分析 刀架凸輪： 采用直動平底從動件盤形凸輪〔平底〕，因為轉(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動規(guī)律 參數(shù)大小分析： 運(yùn)動規(guī)律分析： 形狀尺寸分析： 3．刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的尺寸綜合與運(yùn)動分析 I刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用單圓銷槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)周期性間歇轉(zhuǎn)動，如圖3.1所示。主動撥盤的轉(zhuǎn)速為60ｒ/min，中心距ａ＝144mm，按工位要求槽數(shù)ｚ＝6。 槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計算： (1)

15、槽間角2Φ2，。 (2) 槽輪運(yùn)動角2Φ1，。 (3) 圓銷回轉(zhuǎn)半徑Ｒ1，。 (4) 槽輪半徑Ｒ2，。 (5) 鎖止弧角γ，。 (6) 圓銷半徑ｒ，取。 (7) 槽輪齒頂厚ｅ，取ｅ＝5ｍｍ。 (8) 鎖止弧半徑Ｒｓ，。 (9) 槽輪槽深ｈ，。?。瑁?0mm。 (10) 運(yùn)動系數(shù)ｋ，。 (11) Ｒ1與ａ的比值λ，。 (12) 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 槽輪角位移： 槽輪角速度： 槽輪角加速度： 其中，。計算結(jié)果列于表。 Φ1 Φ2 ω2 ε2 -60 -30 -50 -40 -30 -20

16、 -10 0 0 0 10 20 30 40 50 60 30 槽輪的角速度ω2，角加速度ε2隨主動件轉(zhuǎn)角Φ1的變化曲線，如圖3.2所示。 II刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化平動 螺旋機(jī)構(gòu) 螺桿與螺母采取鋼對鋼梯形螺紋，摩擦系數(shù)～0.17，牙型角。 取絲杠直徑d=16mm，長度L=1200mm -----------------------驗算是否自鎖： ，不發(fā)生自鎖 1.7 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計 1．電動機(jī)的選擇

17、 確定原動機(jī)的功率 其中，為工作機(jī)要求的功率；η為由電動機(jī)到工作機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總效率。工作機(jī)要求的功率主要為執(zhí)行構(gòu)件在單位時間里克制工作阻力所作的功。在平尺刻線機(jī)中,主要為在單位時間里刻刀刻線時克制工作阻力所作的功。如此 其中，為刻刀刻線時的工作阻力，主要發(fā)生在刻線的整個行程中，且假定為均勻阻力，整個過程阻力為1000N。為刻刀的的運(yùn)動速度，可以通過得凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析得到。由上式可以算得刻刀在不同位置時，消耗的功率，列于表3.2?？梢娮畲笾禐?瓦左右。 參考抬刀機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以與機(jī)器中運(yùn)動副間的摩擦損失，參照電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)選擇YSK-50-4電機(jī)。輸出功率Ｎ＝50Ｗ、轉(zhuǎn)速ｎ＝

18、670 r/min。 表刻刀在不同位置消耗的功率〔刻18mm〕 φ1 Fr Vc Pw 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 0 2． 速比分配 驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速為670r/min，刻線機(jī)構(gòu)刻線的最小轉(zhuǎn)速為6r/min，如此機(jī)械傳動系統(tǒng)的總傳動比為： 采用一級皮帶傳動、一級和二級齒輪傳動，他們的傳動比為： 圓柱齒輪

19、傳動：齒輪1與齒輪6的傳動比為3，取。 齒輪1’與齒輪2的傳動比為3，取。 齒輪2’與齒輪3的傳動比為1，取。 齒輪2’與齒輪4的傳動比為2，取。 齒輪4’與齒輪5的傳動比為5，取 3．轉(zhuǎn)速 皮帶轉(zhuǎn)速： 圓柱齒輪轉(zhuǎn)速：齒輪6轉(zhuǎn)速為： 齒輪2轉(zhuǎn)速為： 齒輪3轉(zhuǎn)速為： 齒輪4轉(zhuǎn)速為： 齒輪5轉(zhuǎn)速為： 4． 機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 從原動電機(jī)到用于刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，用于刀具刻線機(jī)構(gòu)以與刀架升降機(jī)構(gòu)采用分路傳動，所用的傳動機(jī)構(gòu)與傳遞路線如下列圖。 電

20、機(jī) 帶傳動 齒輪傳動 刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 刀具刻線機(jī)構(gòu) 刀架升降機(jī)構(gòu) 1.8 運(yùn)動仿真 采用working model軟件進(jìn)展刀具刻線工作和刀架升降工作的運(yùn)動仿真 由于粗略仿真多少存在系統(tǒng)誤差和客觀因素影響，不過結(jié)果大致符合要求 1.9 飛輪設(shè)計 刻線時刀具工作受到阻力的影響，造成機(jī)器的速度波動，必須通過加飛輪的方法進(jìn)展調(diào)節(jié)。由于機(jī)器的第一級傳動選擇了皮帶傳動，所以飛輪只能安裝在帶傳動后面的齒輪傳動的高速軸上，即以齒輪傳動的高速軸為等效構(gòu)件，如下列圖。軸的轉(zhuǎn)速n=670/=180r/min，取平尺刻線機(jī)的許用速度波動系數(shù)[δ]=0.02，

21、以滿足刻線機(jī)在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)。 1． 計算等效力矩和最大盈虧功 平尺刻線機(jī)的能量消耗，主要來自刀具刻線時消耗的能量。因此，可以忽略其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以與各構(gòu)件慣性力的影響，只考慮刀具的工作阻力F。 F=1000N，==0.02，運(yùn)動穩(wěn)定循環(huán)周期T=6π 驅(qū)動力矩Md=A/6π=0.027 N*m 最大盈虧功ΔWmax= 2． 計算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 3． 確定飛輪的尺寸 對于如圖4.1所示的輪形飛輪，其轉(zhuǎn)動慣量可用下式表示 其中，D為飛輪輪緣的平均直徑，m為飛輪的質(zhì)量 可以算得 由公式 其中，ρ為飛輪材質(zhì)的密度?！踩ˇ?7800

22、kg/m3，D=400mm,H=35mm〕 可以算得 2.0 設(shè)計結(jié)果的分析 機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用，節(jié)省了本錢，大大提高了生產(chǎn)效率。 平尺刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè)，提高了機(jī)械化程度與生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力與時間，改善了人們的作業(yè)環(huán)境。 本設(shè)計采用巧妙的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀，用槽輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)配合完成定時、定量的進(jìn)料動作，結(jié)構(gòu)簡單不復(fù)雜，理論上達(dá)到了刻線要求與其它相應(yīng)工作條件。理論上本機(jī)使用價值高，經(jīng)濟(jì)效益高，由于本設(shè)計沒有做試驗，對其實(shí)際的可行性程度還不能確定。 2.1 參考文獻(xiàn) [1] 江帆主編.機(jī)械原理.：機(jī)械工業(yè), 2012:12 [2] 單輝祖.材

23、料力學(xué)〔第五版〕.高等教育. 2.2 設(shè)計體會 在機(jī)械設(shè)計中，需要一步一步循序漸進(jìn)地去做。首先要了解要做什么機(jī)器要完成什么工作，接著去分析欲完成其工作的運(yùn)動動作，然后去想做該運(yùn)動動作的機(jī)構(gòu)能有哪些，有時會遇到很多種機(jī)構(gòu)的組合，去設(shè)計方案從多個方案中篩選，一步一步修正改良方案。設(shè)計好適宜的方案，就去設(shè)計機(jī)構(gòu)的尺寸，分析運(yùn)動規(guī)律是否符合工作的過程。再去檢驗機(jī)構(gòu)，能否正常工作，滿足一些要求。 每個步驟一定要記錄清楚，因為在設(shè)計中會有很多的錯誤和未知因素〔未想到的因素〕的干擾，出現(xiàn)這些問題時要經(jīng)常翻回去重新計算、分析，甚至是重新設(shè)計方案。 多查閱資料，多詢問教師，是讓設(shè)計順利完成的捷徑。在此也很感機(jī)械原理的徐教師、教師、姬教師和材料力學(xué)的席教師的輔導(dǎo)！ - 29 - / 29