自动链条编结机设计

DMU-1-自动链条编结机设计说明书第 2828 组学院：轮机工程学院专业：船机修造专业指导老师：毕艳丽 成员：陈罗，覃向前，曲泰霖 20152015 年 7 7 月1414 日至 7 7 月 2424 日Dalian Maritime University1MU-2-课程设计任务书.1第一部分 机构设计.21.1自动链条编结机功能及设计要求.21.2工艺动作分解及运动循环图.51.3电动机的选择与比较.51.4传动机构.51.4.1传动机构的选择与比较.51.4.2传动比的计算.51.4.3传动方案图.51.5执行机构的选择与比较.5第二部分机构尺寸计算与确定.22.1自动送料机构的尺寸与计算.22.2切断压平机构的尺寸与计算.52.3间歇转动机构的尺寸与计算.52.4机构运动简图.5第三部分 机构的运动分析.52.4运动线图.52.5运动模拟.5课程设计总结.5附录.5参考文献.5Dalian Maritime University1MU-3-自动链条编结机设计任务书一、工作原理及工艺动作过程自动链条编结机是用来制造自行车链条式车锁。链条由一串链节编结而成，每个链节又被加工成扭曲立方形，使外形美观。它的主要工艺动作：(1)自动送料。将成盘的直径为2.32.5mm的钢丝先进行较直，然后形成螺 旋形状。(2)切断并压平。每次送料停止后，剪下一圈螺旋状钢丝，并将其平整为平的 环形。(3)链条扭曲。在环形钢丝两头夹住，使一夹头旋转45,将链条扭曲成立 体环形，完成一个链节的成型。(4)自动联结。将螺旋料送进，使穿入成型链节，即既实现送料、又完成联结。 如此循环下去就形成车锁链条。二、 原始数据和设计要求(1)每分钟生产3545个链节。(2)钢丝材料为低碳钢，直径为2.32.5 mm每个链节所用的钢丝长度为35 mm扭曲角度为45。(3)链条可以承受12001800N的拉力。三、 设计方案提示(1)较直后钢丝自动间歇送料并绕成螺旋形状， 采用间歇运动机构另加绕螺旋 钢丝机构。(2)切断压平机构可以采用平面连杆机构来实现。(3)链节扭曲可以采用两头夹住，一头间歇转45的间歇转动机构。(4)自动联结可利用上述自动间歇送料机构。四、 设计任务(1)根据工艺动作要求拟定运动循环图；(2)进行间歇送料绕螺旋形状钢丝的组合机构、 切断压平机构、链节扭曲机构 的选型；(3)机械运动方案的评定和选择；(4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；(5)对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；(6)画出机械运动简图；(7)对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟；(8)编写设计计算说明书。Dalian Maritime University1MU-4-Dalian Maritime University第一部分机构设计1.1 自动链条编结机功能及设计要求1.1.1功能如图所示为链条编结机，左边校直钢丝并自动送料，将料送入中部, 经过压断环节，然后使链条扭曲成立体环形，完成一个链节的成型，最 后将螺旋料送进，使穿入成型链节，即实现送料，又完成联结。其功能 主要是用来制造自行车链条式车锁，并实现自动成型功能。链条由一串 链节编结而成，每个链节又被加工成扭曲立体形，使外形美观。1.1.2设计要求及原始数据(1)钢丝材料：低碳钢，直径2.5mm(2)链节钢丝长度：35mm每个(3)链节扭曲角：45(4)生产率：40个链节/min(5)链条承受拉力：1500 N1.2 工艺动作分解及其运动循环图1MU-5-Dalian Maritime University根据以上要求，我们可以知道自动链条编结机需要完成的工艺动作有一下四 个：1.自动间歇送料2.切断3.压平4.链条扭曲5.自动联结根据工艺动作需求拟定运动循环图如下所示on360*型号功率/kw电流/A转速/(r/mi n)、卄 +、，满载效率/%功率因数/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵转电流/实际电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩6.52.12.11.3 电动机的选择与比较进 料下 压转 向旁 冲上顶1进料梓s110n125-停止.程1彳作 聞回程进IX_夹、转停山P解夹、退 r 转3狞进細退上冲下降901MU-6-选择的电动机的额定功率必须满足负载要求，而且必须保证在启动时可以顺1MU-7-利地运行，对于电动机来说，转速选择960r/min合适，可以保证运行的稳定性。 另外转速也不可过高，这样造成功率因素过低，这也是不经济的。电动机的运动 参数为转速。电动机的速度越高，其尺寸和质量也就越大，价格也就越高，但当 执行构件的速度较低时，若选用高速电动机，势必需要大减速比的减速装置，反 而可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。在此机械运动中执行构件要求的效率不是很大，经过多方面的考虑我们选960转/min的电动机。 型号为Y2-132S-6。1.4 传动机构1.4 . 1 传动机构的选择与比较机械系统中传动机构是由原动机输出的机械能动、传递给执行机构并实现能 量的分配，转速的改变和运动形式的改变等作用的中间装置。 传动机构常见的有 齿轮传动机构，摩擦传动机构，带传动机构，他们的特点如下：(1) 齿轮传动：齿轮传动机构是现代机械系统中应用最为广泛的一种。它可 以用来传递空间任意两轴之间的运动和力，而且传动准确，平衡，稳定，机械效 率高，使用寿命长，工作可靠。(2) 摩擦传动：摩擦传动的主要功能是通过两构件之间的摩擦来传递运动和 动力的，其主要优点是机构简单，而且实现无级变速传动，同时，当过载时，由于两轮间可发生滑动，因而不致造成机器的损坏。但是，这种传动的最大缺点是 传动不准确，同时，由传动过程中两轮必须压紧，以求产生足够大的摩擦力而达 到传动的目的，所以两轮子、容易疲劳破坏，而且传动的机械效率也比较低。(3) 带传动：这种传动机构是靠带拥护带轮之间的摩擦力来传动的，它的主 要优点是机构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸震等，可用于传递距离较远 的两轴间的运动，且与摩擦轮转动一样也有过载保安性。 但是由于不能安全避免 带与带轮之间的相对滑动，所以传动的精度比较低。此外，为了使带与带轮间产 生足够的摩擦里，必张紧在两轮上，这将增大带轮轴中的压Dalian Maritime University1MU-8-力，从而加大轴承轴 颈的磨损，并降低了机械效率。-9-Dalian Maritime University(4) 蜗杆传动：结构紧凑，单级传动能得到很大传动比，传动平稳，无噪 音；可制成自锁机构，传动比大，滑动速度低，效率低；中高速传动需要昂贵的 减磨材料；制造精度高，刀具费用贵。由以上几种主要传动装置相互比较可知，由于传动比比较大，故选择齿轮传动，齿轮传动机构具有传动可靠、结构简单、强度高、结构尺寸小等优点。第 一级传动选择带传动，带传动机构具有传动可靠、结构简单、安装方便、制造成 本低等优点。尽管带传动机构具有结构尺寸较大、传递运动精度较低等缺点，在 对尺寸要求不严格、传动精度要求不高的链条编结机中，可以选用带传动机构满 足过载保护的功能，对电动机起过载保护，带传动机构除了具有过载保护功能外 还具有减速功能。因此，选用带传动机构和齿轮传动机构 共同满足运动缩小的功 能。1.4.2 传动比的计算(1)传动比的分配由于生产率是40个链节/min,电动机的转速为960r/min,贝U总传动比为：考虑到齿轮传动机构的结构因素，采用两级齿轮减速。将传动比分配为:i总=i带*i12*i34带传动机构中，设其带传动的传动比为：i带二3.55则齿轮的传动的传动比为：取i34=1.4i齿二、1.4* 6.76 = 3.08贝U i12=6.76/3.08 =2.19i总二n电/n输出960r /min40r /min=24123424= 6.763.551MU-10-取乙=29，贝U Z2=乙*ii2=29*2.19 =63.51，取Z2= 63取Z3=23，贝U乙=Z3“34=23*3.08=70.84，取乙=71序号名称代号公式第一级传动第二级传动齿轮1齿轮2齿轮3齿轮41模数m无m=2mm2齿数Zz(= 29z2= 63Z3= 23z4= 713分度圆压力角act =204齿顶咼系数*ha*ha5顶隙系数*cc*=0.256分度圆直径dd=mzdr= 58d2=126d3= 46d4=1427基圆直径dbdb=d cosadb1= 54.5db2= 118.4db3 =43.23db4= 13348齿距Pp=nmp=6.289基圆齿距PbPb= pcosPb=5.910全齿高hh = l% +hfh=4.5(2)齿轮传动的几何尺寸Dalian Maritime University1MU-11-143 传动方案图1.5 执行机构的选择(1)自动间歇送料：方案一：棘轮机构优点：棘轮机构的结构简单、制造方便、运动可靠；而且棘轮每次转过的角 度大小都可以在较大的范围内调节缺点：棘轮机构在工作时有较大的冲击和噪声，而且运动精度较差所以，棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合方案二：槽轮机构优点：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能平稳地，间歇 地进行转位缺点：存在柔性冲击所以，槽轮机构常用于速度不太高的场合方案三：凸轮式间歇运动机构优点：只要适当设计出主动凸轮的轮廓，就可以使从动盘的动载荷小，无刚砂大 2 仪寧Dalian Maritime University1MU-12-性冲击和柔性冲击，能适应高速运转的要求缺点：加工精度要求高，对装配、调整要求严格所以常用于高速度高精度的场合方案四：不完全齿轮机构优点：不完全齿轮机构的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大的范围内变化缺点：有较大冲击所以，只宜用于低速、轻载场合综上比较，我们选择了槽轮机构。原因如下：第一，自动链条编结机生产速 度在35-45链节每分钟左右，属于中低速场合；第二，槽轮机构相对其他间歇机 构来说，性价比更合适，中等精度要求的同时结构简单，装配要求相对来说较低； 第三，棘轮机构精度太差，凸轮机构加工精度要求过高，而且用在高速度高精度 的场合，不完全齿轮有较大的冲击，而槽轮机构存在柔性冲击，相对其他机构来 说，缺点并不是特别突出。通过槽轮机构和摩擦轮同轴联结，间歇传动给摩擦轮， 使其实现间歇送料的功能。（2） 切断压平能够实现该运动功能系统的载体有：曲柄滑块机构、六连杆滑块机构、移动 从动件凸轮机构、不完全齿轮齿条机构、连杆组合机构等等。由于冲头需要完成 切断和压平动作，剪切钢丝时，剪切力比较大，需要执行机构传递较大的力。因 此，应选用低副机构作为执行机构。为了提高编结机的工作效率，在冲头返回时 应比切削时的平均速度快一些。这就是说，应使执行机构具有急回特性。根据以 上分析，选用六连杆滑块机构作为执行机构完成切断压平动作。（3） 链条扭曲采用曲柄滑块机构和凸轮机构配合完成。链条被平整为平的环形之后，需要 扭曲成立体环形。通过曲柄滑块机构从两侧合十之后，凸轮机构再进行推压合十， 完成一个链节的成型。（4） 自动联结Dalian Maritime University1MU-13-由于自动联结过程中，既要实现送料又要完成联结，故采用可以进给正反转 的正反转圆柱凸轮机构。如下图所示，为能实现正反转运动的圆柱凸轮机构， 其 中绕固定轴线Oi摆动的摇杆1为输入构件，其上的滚子3位于圆柱凸轮2的螺旋槽内，使该凸轮绕固定轴线往复运动。由摇杆传动凸轮的可能性在于该凸轮的 螺旋槽具有较大的升程角。在机构运动的一个周期内，凸轮在某一方向回转两圈 该机构用于运动转向。综上可知,自动间歇送料槽轮机构切断压平六连杆滑块机构链条扭曲曲柄滑块机构和凸轮机构自动联结正反转圆柱凸轮机构1MU-14-第二部分机构尺寸计算与确定2.1 自动间歇送料机构的尺寸与计算槽轮机构的尺寸确定设：比例尺为1:10，槽轮的动停比为：k=1:4则：槽轮的槽数：z=4.圆销：n=1 (*=2z/(z-2)=8/2=4)中心距：L=70mm圆销半径：r=2mm拨盘转角：2 - =90槽轮槽间角：2=90槽轮轮叶齿顶厚度：b=5mm(p圆销中心轨迹半径：R=Lsi n( )=49.5mmDalian Maritime University1MU-15-槽轮外径：s=Lcos( )=49.5mm拨盘回转轴直径：d仁12mm(d1MU-16-Dalian Maritime University槽轮轴直径：d2=12mm (d2MU-17-设：比例尺为1:10，滑块冲头从最高点冲下最低点的行程为H=25mm并假设连杆BC驱动滑块冲头的最大压力角为：1MU-18-:max乞10该六杆滑块机构的行程速比系数为:K=1.5y1 = O5BH = 2IO5BS in 曲柄摆动摇杆的极位夹角为根据已知行程速比系数，极位夹角为180 =36于是，导杆O5B的长度为25=-mm =40.45m m2sin-2*亦182Dalian Maritime University如图所示,y2 =1O.Bcos-时，连杆BC驱动滑块冲头的最大压力角最小,即:,maxrrcsin g rrcsin* dB(1 -cos?)1BC1BC由图可知,滑块冲头的行程为lO5By21MU-19-连杆BC的长度为设导杆O5B的长度与曲柄、导杆转动中心距离的比为lBC1BC-COS240-45*(cos18)mll.40immSin：maxsinlO1MU-20- Dalian Maritime University也 _8lO4O55则曲柄、导杆转动中心距离为=匹=5*40.45mm=25.28125mm458 8曲柄O4A的长度为sin 40.45* sin18 mm = 12.5mm 2六连杆滑块机构的机构简图如下=1O5A1MU-21-Dalian Maritime University2.3链条扭曲机构的尺寸与计算231 凸轮轮廓的设计1MU-22-根据需要，我们确定的凸轮为对心摆动平底推杆盘型凸轮机构。推杆的 运动规律为正弦加速度运动规律，适合中高速轻载，既无刚性冲击也无柔性 冲击。2.3.1.1基本尺寸的确定设比例尺为1:10(1)对于摆动推杆，所以L I -40(2)设从动件的行程h=30mm.(4)凸轮的推程运动角=45(5)凸轮的远休止角为0(6)凸轮的回程运动角0= 45(7)凸轮的近休止角为270(8)摆杆长度为10mm2.3.1.2解析法设计凸轮轮廓，并进行仿真模拟用MATLA软件直接设计凸轮的轮廓，MATLA语言详见附录，凸轮的 轮廓如图所示，(3)根据诺模图，可知h/r0=0.4,从而得出基圆半径r0=12mmDMU-23-Dalian Maritime University231.3解析法与图解法的比较2.4链条联结机构的尺寸与计算第三部分机构的运动分析六连杆滑块冲头机构的运动分析1MU-24-321解析法322图解法3.2.3解析法与图解法的比较Dalian Maritime University1MU-25-Dalian Maritime University课程设计总结1MU-26-附录凸轮轮廓曲线设计的MATLAB?序%1.已知参数clear;r0=30;%基圆半径h= 12;%行程delta0=45;%推程运动角delta1=0;%远休角delta01=45;%回程运动角delta2=270;%近休角hd=pi/180;du=180/pi;w=1; %凸轮角速度%2.凸轮曲线设计n=360;for i=1: n%计算推杆运动规律if i=delta0%推程s(i)=h*(i/deltaO-(si n(2*pi*i/delta0)/(2*pi);%正弦运动ds(i)=h*w*(1-(cos(2*pi*i/delta0)/(delta0*hd);ds=ds(i);elseif (i-delta0)=delta1%远休角度-推程角 =远休角s(i)=h;ds=0;elseif (i-delta0-delta1)=delta01%回程角度-推程角-远休 =回程角s(i)=h-h*(i-delta0-delta1)/delta01-si n(2*pi*(i-delta0-delta1)/delta01)/(2*pi);%正弦运动ds(i)=-h*w*(1-cos(2*pi*(i-delta0-delta1)/delta01)/(delta01*hd);ds=ds(i);elseif (i-delta0-delta1-delta01)=delta2%近休角度-推程角-回程角 MU-27-%3.输出凸轮轮廓曲线figure(1);hold on ;grid on ;axis equal ; axis(-(r0+h+20) (r0+h+20) -(rO+h) (r0+h+20);text(r0+h+3,4,X );text(3,r0+h+15,Y);text(-4,3,O);title(对心平底直动推杆凸轮设计);xlabel(x/mm)ylabel(y/mm)hold on ;grid on;plot(-(r0+h+10) (r0+h+10),0 0,plot(0 0,-(r0+h) (r0+h),plot(x,y, b-); %绘制凸轮轮廓曲线ct=li nspace(0,2*pi);plot(r0*cos(ct),r0*sin(ct),g ); %绘制基圆%4.凸轮机构运动仿真figure(2);m=moviei n(20);j=0;for i=1:360i=10*i;j=j+1;delta(i)=i*hd;%凸轮转角xy=x,y;%凸轮实际轮廓曲线坐标Al=cos(delta(i),s in (delta(i);%凸轮曲线坐标旋转矩阵-si n( delta(i),cos(delta(i);xy=xy*Al;%旋转后凸轮实际轮廓曲线坐标clf；%绘制凸轮plot(xy(:,1),xy(:,2);%绘制凸轮holdon ;axis equal ;axis(-80 420 -70 100);plot(-(r0+h+20) (rO+h+1O),O 0,k ); %水平轴plot(0 0,-(r0+h+10) (r0+h+10),k ); %s 垂直轴plot(r0*cos(ct),r0*sin(ct),g ); %凸轮基圆Dalian Maritime Universityk); %水平轴k); %垂直轴plot(-32 32,r0 r0,r); %绘制推杆plot(0 0,r0 (r0+40),r);1MU-28-plot(-32 32,r0+s(i) (rO+s(i),r); %绘制推杆plot(0 O,rO+s(i) r0+40+s(i).r);%绘制推杆线plot(1:360+r0+h,s+r0);%绘制推杆曲线plot(rO+h) (r0+h+360),r0 rO,k) %绘制水平轴plot(rO+h) (rO+h),rO r0+h,k)%绘制垂直轴plot(i+r0+h,s(i)+r0,r.); %绘制推杆曲线坐标点动点title(对心直动平底推杆盘形凸轮设计);xlabel(x/mm)ylabel(y/mm)m(j)=getframe;endmovie(m);参考文献Dalian Maritime University