锁梁自动成型机床扳弯机构设计毕业设计论文.docx

课程设计课程名称： 机械原理 学 院：机械工程学院 专 业： 车辆工程 姓 名：Y Z C 学 号： 年 级： 2014级 任课教师： 2016年12月25日贵州大学机械工程学院课程设计成绩评定表专业及班 级姓名学号课程设计题目项目项目内容权重成绩得分10090（优）89 80（良）7970（中）6960（及格）60（不及格）出勤出勤与纪律10%工作量完成设计任务的比例10%设计能力综合运用理论知识、计算机技能和外语的能力；处理工程实际问题的能力40%回答问题回答指导教师提出的问题的正确性、全面性20%设计说明书和图纸设计说明书和图纸的质量20%综合得分、等级 填表人： 年 月 日贵州大学机械原理课程设计第 I 页前言本课程设计是使现代机械设计方向的学生全面、系统地掌握和深化机械设计类课程的基本知识、基本理论与基本方法的专业性、综合性实践教学环节。其目标是：1、通过工程设计过程各主要环节的训练，使学生树立正确的设计思想，了解现代机械设计技术及其在实际工程中的应用，掌握一般机械设计的基本方法和技能，培养观察、提问、分析和解决问题的独立设计工作能力，训练设计构思和创新能力。2、培养学生综合运用机械设计类课程及其他有关先修课程的知识、理论与方法分析和解决机械设计问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展所学到的理论知识，并使理论知识与生产实践紧密结合。3、培养学生的计算机辅助设计能力、现代设计理论与方法的运用能力和标准、规范、手册、图册及网络信息等有关技术资料的查阅与运用能力，为今后成为高级机械设计工程技术人员进行基本技能和基本素质训练。贵州大学机械原理课程设计第III页目录前言I第一章 机械系统运动方案的拟订和选优21.1 原动机的选择21.2传动机构的比较与选择21.3电机向主轴传动设计与分析41.4运动方案的拟定51.4.1机械系统的功能51.4.2机械系统的功能分解图51.4.3功能原理过程分解61.4.4机械系统运动转换功能图61.4.5机械系统减速单元及功能转换图71.5送料机构的设计和分析91.6定位夹紧机构的选择与比较111.7扳弯机构的选择与比较12第二章 执行机构几何尺寸设计132.1送料机构尺寸设计132.2定位机构尺寸设计142.3板弯机构尺寸设计152.4.1运动循环列表162.4.1运动循环图172.5总体机构图18第三章 运动分析193.1用Solidworks绘制三维模型193.2用Solidworks进行运动分析20总结22参考文献23附录一：送料凸轮输入参数图24附录二：送料凸轮生成图25附录三：送料凸轮运动算例图26附录四：扳弯凸轮输入参数图27附录五：扳弯凸轮生成图28附录六：扳弯凸轮运动算例图29附录七：机构总图30 贵州大学机械工程学院机械原理课程设计任务书题号02 锁梁自动成型机床搬弯机构设计一、工作原理及工艺动作过程锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用与插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、车圆头、切断和搬弯成型。本机构为该机床的搬弯成型工艺部分，由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。搬弯成型加工原理如下图：送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回，定位销3上升至锁梁槽内，将锁梁卡住，搬弯架4转动搬弯角度，搬弯架上的滚轮6绕固定滚轮5也转过搬弯角度，将锁梁搬弯成型。然后搬弯架返回原位，定位销下降，松开工件，待送料滑块第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。原始数据和设计要求: 锁梁自动成型机床搬弯机构设计题目数据 (题号B1B10)题目代号B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10生 产 率 10 12 15 18 20 24 25 28 30 32电机转速7007508008509009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D110109 9 8 8 6 6 5 5工件D2 7 7 6 6 5 5 4 4 3.5 3.5搬弯角度200196 195 192 190 189 188 187186 185齿轮模数 6 6 5 5 4 4 3 3 2.5 2.51）设计内容：1 目标分析：根据设计任务书中规定的设计任务，进行功能分析，作出工艺动作的分解，明确各个工艺动作的工作原理。2 创新构思：对完成各工艺动作和工作性能的执行机构的运动方案进行全国构思。对各可行方案进行运动规律设计、机构型式设计和协调设计。3 方案拟定：拟定总体方案，进行执行系统、传动系统、原动机的选择和基本参数设计。4 方案决策：在方案评价的基础上进行方案决策，确认其总体设计方案。二、 课程设计要求：1按工艺动作设计多个组合机构的总体方案，根据评标的运动特性、传力特性、工作可靠性、结构紧凑性和制造经济性等进行分析比较，最后确定一、二个较好的方案，拟定出运动方案示意图。2分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和搬弯机构的运动循环图。3根据生产率和电机转速，设计传动系统。4对送料机构、定位机构和搬弯机构进行运动设计，绘制组合机构的运动简图。5对送料机构进行运动分析：编制计算流程框图；根据计算流程框图编制主程序，上机计算及打印结果6用计算机辅助设计对凸轮机构进行设计，绘出凸轮轮廓和从动件位移曲线7编写课程设计说明书。内容包括：设计题目、工艺要求、设计内容、方案选择与比较、各机构类型和运动参数的选择、机构运动设计步骤、设计结构、设计结构、传动系统设计、机构运动分析计算流程框图、主程序及计算结构、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。设计题目分配：1凡学号末位第二位数（即十位数）为、的同学作锁梁自动成型机搬弯机构 (即题号B1B10)。2学号末位数（即个位数）为题号代号。例：学号03*28 的同学作锁梁自动成型机搬弯机构题号代号为B8的数据。贵州大学机械原理课程设计第 39 页 第一章 机械系统运动方案的拟订和选优1.1 原动机的选择根据设计的要求可知，锁梁一般是大批量生产；从能源方面看，工厂的电源能有效地保证并充足，且有降低生产成本，便于操作，工件可靠，维修方便，应尽量选用电力驱动。从对环境影响来看，电力驱动方式所产生的污染较小，可选择电动机。从经济方面来看，电动机应满足一定的功率，防止功率过大造成浪费，过小负荷过大，使生产率达不到要求致使浪费时间。所以为了满足上诉要求，选择电压为380V转速1250转/分的交流电动机最为合适。1.2传动机构的比较与选择机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。他们的特点如表2.2：表1.2传动机构特点比较图特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带 3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等由上述几种主要的传动装置相互比较，齿轮传动、带传动用于减速，扳弯机构使用链轮传动。齿轮传动可靠、准确，链传动距离较远并可靠。机构有关参数：生产率：32件/分，电机转速：1250转/分，工件长度；100mm工件：D1=5mm，D2=3.5mm，扳弯角度：185，齿轮模数；2.51.3电机向主轴传动设计与分析根据生产率32件/分可知，主轴的转速为32r/min。从而可以算得传动比i=1250/32,从而设计三级减速，如图2.3，一级减2/5，第二级减2/5，第三级减4/25,设计：d1=100 d2=250; z2=18 d2=mz=72;z3=45 d3=mz=180; z3=18 d3=mz=72; z4=16 d4=mz=100图1.3传动设计图1.4运动方案的拟定1.4.1机械系统的功能锁梁自动成型机床扳弯机构的功能是将已切削加工后的材料进行扳弯再加工成“锁梁”。 将切削加工的金属材料加工成钩形的零件，可采用搬弯机构来实现。用一板弯滚子将工件压在一圆弧模块上，然后绕圆弧模块转一角度，可将工件搬成与圆弧模块板将相对应得弧形。1.4.2机械系统的功能分解图电动机转动送料夹紧扳弯大轮旋转图1.7.1功能分解图1.4.3功能原理过程分解 (1)送料功能：采用曲柄摇杆的四杆机构或者六杆机构，使其有一定急回特性。(2)定位功能：采用一活动定位杆进行定位，执行机构为凸轮机构上的定位杆，它的运动是间歇往复直动。(3)扳弯功能：用一板弯滚子将工件压在一圆弧模块上，然后绕圆弧模块转一角度，即可将工件搬成与圆弧模块板半径相对应的弧形。由扳弯的工作原理可知，它的执行机构是扳弯滚子支架，它的运动时间歇往复摆动。1.4.4机械系统运动转换功能图图1.7.4运动转换功能图1.4.5机械系统减速单元及功能转换图机械系统运动转换功能图如图1.7.5功能元功能元解（匹配机构）123减速1带传动齿轮传动蜗杆传动减速2带传动齿轮传动 蜗杆传动减速3带传动齿轮传动蜗杆传动送料夹持器无间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构定位杆的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构固定机构的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构搬弯滚子支架的间歇往复回转运动凸轮机构齿轮摆杆机构凸轮机构+连杆机构+链传动机构图1.7.5运动转换功能图1.5送料机构的设计和分析用一自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。如图1.5.1方案一所示，夹持器由机构件4-5-5组成，夹持器由凸轮机构1通过摆动导杆2驱动作间歇往复直线运动，当夹持器向左运动时，由推爪5和5在卷料7上打滑，从而实现单向送料。图1.5.1方案一 图1.5.2方案二 方案一和方案二都能实现单向送料。方案一用摇杆导杆滑块机构，使用凸轮连杆机构，凸轮能够实现比较精准，但是传动机构成本高。方案二运用六杆机构，分别可以视为一个曲臂摇杆和一个摇杆滑块结合，没有间歇运动，但把极位夹角设计得大一些也能实现目的运动。应用方案二可以节约成本。1.6定位夹紧机构的选择与比较 方案一：如图所示，凸轮旋转推动连杆上下移动，从而实现定位夹紧功能。 方案二：从图可知，平底推杆4在凸轮3的旋转上下移动。5是回位弹簧。6是V型块，有定位和夹紧工能为一体。图1.6.1 方案一 图1.6.2 方案二通过方案一和方案二的比较，方案二使用平杆，相比较方案一，摩擦力小，能量损失小，经济节约。同时又能够满足需要，所以采用方案二。1.7扳弯机构的选择与比较方案一：运用的是曲臂摇杆机构，通过杆1的旋转使得杆3的摆动，从而由杆4传动到圆轮5的旋转。从而带动搬弯装置进行搬弯。使用这种曲柄摇杆机构，没有间歇运动。方案二：使用六杆机构传动，原动件1的来回移动让杆2来回摆动，从而带动机构进行搬弯。使用凸轮作为原动件，可保证搬弯过程中有间歇运动。图1.7.1方案一图1.7.2方案二方案对比：上述两个方案均能达到设计所需的要求，但方案一用的构件过多，工作过程不易控制，导致加工精度不高，方案二能有效的解决这一问题，所以设计时选择方案二。第二章 执行机构几何尺寸设计2.1送料机构尺寸设计 图2.1送料机构尺寸计算图由任务书得到EF=100mm，分别以E、F为圆心，R=160mm做圆，交于A点，A为长杆的固定机架且AE、AF为长杆的两个极位，以A为圆心，R=100mm做圆交AE、AF于 C、D，取曲柄长度为20mm，连杆长度为80mm可以得到两杆之和为100mm，两杆之差为60mm，以C为圆心R=60mm，画圆弧；以D为圆心R=100mm，画圆弧交于B点，B点及为曲柄的机架位置，并可得到极位夹角=40，K=1.57可以求的工进为140 ，回程为220 。 2.2定位机构尺寸设计 定位机构用凸轮顶杆机构，根据运动循环图使用Pro-E设计凸轮如图，根据任务书可知形成大于5-3.5=1.5mm即可满足要求，设定凸轮的基圆半径r=20mm，升程为6mm。 2.2.1凸轮位移角度图 升程0-60 ：r=20+(6sin(-90 )+6）间歇60 -240 ：r=20回程240 -360 ：r=20+(6sin(0.5(-240 )+6)2.3板弯机构尺寸设计由任务书可知板弯轮转动185，选择扳弯轮和轮O的半径比为1：5，扳弯轮r=20mm，轮O半径r=100mm，可得轮O转动37，取杆D距圆心O距离为75mm可以得到D点的两个极位如图D、D，反向延长DO，距离为250mm 得到机架A的位置，取AC=240mm，CD=200mm，通过作圆相交得到C与C的位置，并且可以求得CAC=9,取AB=50mm可得BB=7.872mm，BB即为扳弯凸轮的行程。图2.3.1扳弯机构尺寸计算图根据已有条件利用Solidworks生成扳弯凸轮图2.3.2凸轮运动图解升程0-90：升程7.872mm，简谐运动规律；回程90-180：升程-7.872mm，简谐运动规律；近休止180-360：升程0，静止。2.4运动循环图2.4.1运动循环列表运动循环列表如表2.4.1表2.4.1运动循环图执行构件动作时间（s）分配轴转（）送料送料行程工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=1.145sT2=0sT3=0.73sT4=0s1=1402=03=2204=0定位夹紧定位夹紧工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=0.42sT2=1.25sT3=0.83sT4=0s1=602=1803=1204=0扳弯扳弯行程工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=0.468sT2=0sT3=0.468sT4=0.93s1=902=03=904=1802.4.1运动循环图运动循环图如图3.4.1图2.4.1运动循环图2.5总体机构图总体机构图如图3.5所示图2.5总体机构图第三章 运动分析3.1用Solidworks绘制三维模型模型截图如图4.1如图所示，曲柄长度20mm，摇杆长度80mm。最长杆长度160mm，滑块公共杆长100m，装配得如图所示装配图，在曲柄上加32r/min的等速马达即可。图3.1送料机构运动图截图3.2用Solidworks进行运动分析 工件的运动速度与时间的关系、速度与时间的关系、加速度与时间的关系都可见图；但是由于软件问题，虽然设置电机为等速转动，但模拟过程中仍会变成加速转动，所以得到的关系图在X轴上会有所偏移，但仍可以看出是符合要求的运动。机构有关参数：生产率：32件/分，电机转速：1250转/分，工件长度；100mm工件：D1=5mm，D2=3.5mm，扳弯角度：185，齿轮模数；2.5从而有T=1.875，s=100.图3.2送料机构运动算例图表通过对所建立模型进行运动分析，从分析结果可以看出，本次设计的机构可以满足任务书所提要求。总结 通过本次课程设计，初步掌握了一些机械设计的方法。在各机构选择时，认识了很多很实用、设计很巧妙的机构。在对机构各尺寸的计算时，利用到了机械原理所讲的很多知识点，比如作图法、反转法等。 本次课程设计所运用到的PC应用工具很多，其中CAD可以用来完成机构最基本的尺寸设计；Solidworks可以用来对设计好的零件建模、装配、运动分析及动力学分析；Excel强大的数据处理功能可以用来处理一些比较复杂的数据及数据间关系。需要特别指出的是，最初设计的零件往往是存在一些错误的，而这些错误在各个零件及机构中混淆是很难发现的，所以不能只用单一的方法去设计和验证机械系统的可靠性。一个机构在Solidworks工具里面分析正确后，还要从不同的途径去验证其可靠性。 从开始进行课程设计到完成本次课程设计，我学到了很多实用的知识，建模能力运算能力以及对于机械原理理论知识的理解更加深刻了，当然也看到自己存在的很多不足，了解的知识太少，在今后还需要更广泛的学习。 最后感谢戴老师的悉心指导，因为戴老师明确的进度安排，我们才能循序渐进，一步一步的完成这次课程设计，每一步自己在查询资料和实践过程中，对于自己的专业理论知识有了更加深刻的理解，同时也因为老师指导的课程设计，自己的建模运算技能有了更高的提升，感谢老师。 参考文献 1机械原理课程设计手册主编牛鸣歧，重庆大学出版社2机械原理课程主编申永胜，清华大学出版社3机械原理课程重庆大学出版社4机械制造基础重庆大学出版社5机械原理教案余述凡主编6机械设计手册北京机械工业出版社7贵州大学机械原理课程设计任务书8贵州大学机械原理课程设计指导书附录一：送料凸轮输入参数图 附录二：送料凸轮生成图 附录三：送料凸轮运动算例图 附录四：扳弯凸轮输入参数图 附录五：扳弯凸轮生成图6.5扳弯凸轮生成图附录六：扳弯凸轮运动算例图附录七：机构总图