机械原理课程设计平尺刻线机设计

机械原理课程设计说明书设计题目:平尺刻线机 专业班级：车辆三班 设计者： 指导老师： 设计日期：2013年7月5日 摘要机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，学生通过此次设计，学习机构运动方案的确定，培养分析向设计机械能力，以及开发创新的能力，以机械系统方案设计与拟定为结合点，进一步巩固和加深学生所学的理论知识，明确课程设计目的、步骤，根据自己的设计题目对设计内容进行分析，确定输入、输出件运动形式（及功能原理分析）。关键字：机构运动分析 机构结构设计 曲柄滑块 凸轮设计 目录1设计功能与要求.1 1.1设计功能.1 1.2要求.12执行机构的比较与选定.1 2.1刻线机构.2 2.2抬刀机构.7 2.3进给机构.73传动方案设计.9 3.1传动方案总括. .9 3.2传动效率计算.9 3.3电动机选择.9 3.4传动比计算.104执行机构的尺寸设计.12 4.1设计总体思路.12 4.2抬刀凸轮尺寸设计.12 4.3刻线组合机构尺寸计.14 4.4进给机构尺寸设计. 165方案图与机构运动循环图（表）16 5.1方案图.17 5.2机构运动循环图.17 5.3机构运动循环表.186参考文献.187小结.18 1、设计功能与要求 1.1设计功能 平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求在平尺毛坯上按一定规律刻划出不同长度的线条：短线10mm,中线13mm,长线18mm.相邻两条刻线之间的距离为1mm.从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复 。（如图1）。图11.2设计要求 运动要求： 刀具在刻线行程时作等速运动（或近似等速运动），反行程时快速退回；刀具反行程时要有抬刀运动，并且工作台完成一定进给运动。实现 “落刀刻线抬刀回刀”的运动。功能要求 刻线机主要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。抬刀机构用于刻线时将刀具压下，刻线完成之后，通过凸轮使刀具自动抬起，避免磨损；刻线机构用于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔，且要求刀具具有急回特性。原始数据及要求：1：平尺毛坯的轮廓尺寸为1040*1030。要求在平尺毛坯上按一定规律刻划出不同长度的线条：短线10mm,中线13mm,长线18mm.相邻两条刻线之间的距离为1mm.从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复 。2：刻线深度为0.5mm,深度均匀，为防止刀具磨损，要求返程有抬刀运动。3：刻线速度：每秒钟刻一条线。4：推动刀具进行刻线运动的机构，其运动要求应保证刻线质量和提高刻线机的生产率角度提出。刻线行程中刀具做等速运动，反行程时刀具快速退回。只要求道具在反行程中有急回运动，行程速度变化系数K=1.2.5:为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调。6：要求刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数&=1.2。 方案评价 通过三个凸轮来控制刀具左右移动，难以控制它们之间的转速比，容易发生碰撞的现象，而且容易发生失真的现象，所以不建议采用。 方案2（图3） 图3 方案说明 通过三个不完全齿轮与齿条的组合，来控制刀具的进刀、退刀运动，通过凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动。 方案评价 这种机构简明易懂，刀具刻线的长度精确，但不容易控制三个不完全齿轮的转速关系，且容易发生撞齿的现象，不能控制刀具的急回速比，所以不建议采用。 方案3（图4）图4 方案说明 这种方案通过一个凸轮来控制刀具的进刀、退刀运动，另一个凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动，并通过凸轮的推程与回程来控制刀具的急回速比K=1.2。 方案评价 通过一个凸轮来控制进刀、运动，此凸轮的形状会过于复杂，同时不能实现自动回刀，所以不建议采用。 方案4（图5）图5 方案说明 这种方案是通过一个曲柄滑块机构实现进刀、退刀动作，具有急回特性，另一个凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动，用曲柄滑块机构实现急回速比K=1.2。、 方案评价 曲柄滑块机构虽能实现急回速比K=1.2，但是不能保证刻线过程中的等速运动，所以不建议采用。 方案5（图6） 图6 方案说明 这套方案是通过一套组合机构实现刻刀的进刀、退刀动过，同时通过凸轮槽的形状实现滑块的匀速运动，进而实现刀具的匀速运动。同时也可以满足急回速比K=1.2。 方案评价 此方案可满足全部刻线的功能要求，同时可以使进刀动作平稳，采用转动副为低副，降低较低，接触面积大，应力集中就相对小一些，此外，安装、加工也相对方便。所以我们决定采用这套方案。2.2抬刀机构 方案1（图7） 图7 方案说明 我们采用凸轮机构实现刀具的抬、落刀动作，通过控制凸轮轮廓来实现刻线时间的调整，又因为凸轮转速一定，即可以控制可线的长短。 方案评价 凸轮机构转动平稳，可有效实现刀具的平稳刻线，同时结构较为简单，体积较小，便于安装。所以我们采用这套方案。 2.3进给机构 方案1（图8） 图8 方案说明： 这套方案采用不完全齿轮实现工作台的间歇进给，当主动轮做连续回转时，从动轮作间歇式转动，在从动轮停歇期内，两轮轮缘各有锁止弧起定位作用，以防止从动轮游动。不完全齿轮机构可以带动丝杆间歇转动，来实现工作台的间歇进给，控制不完全齿轮转速与丝杆导程就可实现每秒进给量为1mm。 方案评价： 不完全齿轮冲击较大，且加工、安装较为不便，尺寸较大，所以不建议采用。 方案2（图9）图9 方案说明： 这套方案采用槽轮机构实现工作台的间歇进给，主动拨盘连续回转，槽轮间歇运动，且我们这套方案采取普通四槽的对称式的槽轮机构，传动较为平稳。 方案评价： 槽轮机构尺寸小，外形简单，机械效率高，传动较为平稳，所以我们决定采用这套方案。 3、传动方案设计3.1传动方案总述 采用V带+齿轮传动，将电动机转速减小了需要的转速。3.2传动功率的计算： 查阅相关资料得： 凸轮效率：0.95-0.97 槽轮效率：0.95-0.97 滚珠轴承效率：0.98 V带传动效率：0.94-0.96 9级精度齿轮效率：0.96 螺旋机构效率：0.85-0.95 刻线机构 P1=0.4/ (0.950.97)/0.98/0.96/=0.438-0.448KW 抬刀机构 P2=0.1/(0.950.97)/0.96/0.96=0.112-0.114KW 进给机构 P3=0.2/(0.850.95)/(0.950.97)/0.96/0.96=0.236-0.269KW 总体机构 P（电机）=（P1+P2+P3）/（0.940.96)=0.819-0.884KW3.3电动机选择 根据总功率选择电机，查表得，6极的三相交流发电机型号Y132S-6，额定功率为3KW，转速为960r/分，效率为83%。故P=3*83%=2.49KW，满足功率要求，所以选择上述机型。3.4传动比计算（图10）图10 各传动比如图所示。驱动件采用电动机，由于电动机转速为960r/min，而刻线组合机构工作转速为60r/min，所以要将转速减小至60r/min。达到传动比i=16，故选择V带传动比i1为4，齿轮i3传动比为4，刻线组合机构工作转速达到60r/min。抬刀凸轮工作转速为20r/min，故选用1对齿轮传动，传动比i=3，其中i4传动比为3，抬刀凸轮达到20r/min。 槽轮主动拨盘转速与刻线组合机构转速大小与方向相同，且布置于抬刀凸轮下方，故选用两对锥齿轮将60r/min的转速传递到工作台，其传动比为i2=1，i5=4，故此时槽轮主动拨盘转速为60r/min，槽轮从动拨盘转速为15r/min。 进给机构要求进给量为1mm/s，故选取与槽轮从动拨盘同轴的丝杆导程为4mm，故进给量为60mm/min，即1mm/s。3.4各标准齿轮参数（表2）各标准齿轮参数模数m=2 压力角a=20度 ha*=1 c*=0.25 皮带轮半径d=80mm D=320mm齿数Z1=34Z1=34Z2=17Z2=68Z3=17Z3=51Z4=34Z4=136中径（mm）d1=68d1=68d2=34d2=136d3=34d3=102d4=136d4=272表2图114、执行机构的尺寸设计4.1设计总体思路 我们通过比较各种机构与组合，决定采用组合机构（凸轮-连杆机构）完成刻线动作，采用凸轮机构完成抬刀、落刀动作，采用槽轮-丝杆机构完成工作台的间歇进给动作。其中，组合机构只负责刀具的匀速进给，通过凸轮控制刻线的时间，从而控制刻线长度，与此同时，每秒钟工作台通过槽轮-丝杆机构完成一次间歇进给（1mm）。4.2抬刀凸轮尺寸设计（图12）图12（凸轮实际轮廓线）取抬刀量为0.5mm，(抬刀量之所以去这么小，我们就可以认为抬刀与下刀时间很短，可以忽略不计).且抬刀凸轮转速为20r/min，即刻线组合机构转过一圈，抬刀凸轮转过三分之一，那么我们将抬刀凸轮均分为10份每份36，每一份即可完成一次刻线动作。再在每份中分出相应的度数（10、10、10、10、13、10、10、10、10、18），使其比例为10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，作为刻线度数，余下度数（26，26，26，26，23，26，26，26，26，18），作为抬刀、回刀、下刀的度数，这样就可以保证10次刻刀的时间为10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，如果保证匀速的速度的话，那么刻出的线的长度即可保证10：10：10：10：13：10：10：10：10：18。此外，我们将10段的小圆内径定为150mm,每段小圆中的26，23，18部分内径为154，之所以设定为这样的数据，是为了抬刀过程平稳进行。 控制刻线深度0.5mm，可以通过调整刻线尺的放置高度来实现。4.3刻线组合机构尺寸设计（图13、图14）为控制刀具能达到分别刻18mm、13mm、10mm的线，现令刀具移动距离为18mm，可以保证13mm和10mm的线长足够。给定推杆的行程为18mm，因为要求每秒钟刻出一条线，故凸轮转速为1r/s,设定K=1.2:1,故进刀凸轮转角设定为196度，进刀时间为0.55s。退刀凸轮转角设定为164度。退刀时间为0.45s。进刀速度V1=32.7mm/s。退刀速度V2=40mm/s。将进刀和退刀行程18mm等分为6段，故每段距离为3mm。进刀3mm，曲柄转动角度为32度。退刀3mm，曲柄转动角度为27度。选定适当的连杆长度30mm。故依次可以做出凸轮轮廓曲线。图13由此可得凸轮连杆组合机构如下图图144.4进给机构尺寸设计（图15）图15 外啮合槽轮n=1，z=4，运动系数k=1/2-1/z=0.25取进给丝杆导程为4mm，右旋，则进给量为1mm/s。进给槽轮参数：L=20cm R=14.14cm r=2.36cm s=14.14cm h=10.64cm d1=11.72cm d2=7cm b=4mm5、方案图与机构运动循环图（表）5.1方案图（图16）图165.2机构运动循环图（图17）图175.3机构运动循环表（表3）凸轮转角01026364656728292凸轮行程004004004凸轮转角108118128144157170180190200凸轮行程004004004凸轮转角216226236252262272288298308凸轮行程004004004凸轮转角344362371380凸轮行程0040表36、 参考文献 1孙桓.机械原理.高等教育出版社.2006. 2濮良贵.机械设计.西北工业大学出版社.2006年. 3闻邦椿.机械设计（第5版）.机械工业出版社.2006年. 4胡虔生.电机学.中国电力出版社.2006年.