平尺刻线机.设计说明书.doc

机械原理课程设计说明书机械原理课程设计说明书 设计题目设计题目:平尺刻线机平尺刻线机 专业班级：车辆三班 设计者：樊文韬 20110402303 崔晋皓 20110402310 梅玉辉 20110402311 董永衡 20110402305 彭海生 20110402306 指导老师：陈敏钧 设计日期：2013 年 7 月 5 日 摘要摘要 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）。关键字关键字：机构运动分析机构运动分析 机构结构设计机构结构设计 曲柄滑块曲柄滑块 凸轮设计凸轮设计 目录目录 1 设计功能与要求设计功能与要求.1 1.1 设计功能.1 1.2 要求.1 2 执行机构的比较与选定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.7 3 传动方案设计传动方案设计.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.10 4 执行机构的尺寸设计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.16 5 方案图与机构运动循环图（表）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.18 6 参考文献参考文献.18 7 小结小结.18 1 1、设计功能与要求、设计功能与要求 1.11.1 设计功能设计功能 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 1 1.21.2 设计要求设计要求 运动要求：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。方案方案 2 2（图（图 3 3）图图 3 3 方案说明方案说明 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。方案方案 3 3（图（图 4 4）图图 4 4 方案说明方案说明 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。方案方案 4 4（图（图 5 5）图图 5 5 方案说明方案说明 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。方案方案 5 5（图（图 6 6）图图 6 6 方案说明方案说明 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。2.22.2 抬刀机构抬刀机构 方案方案 1 1（图（图 7 7）图图 7 7 方案说明方案说明 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。2.32.3 进给机构进给机构 方案方案 1 1（图（图 8 8）图图 8 8 方案说明：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：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。方案方案 2 2（图（图 9 9）图图 9 9 方案说明：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：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 3、传动方案设计、传动方案设计 3.13.1 传动方案总述传动方案总述 采用 V 带+齿轮传动，将电动机转速减小了需要的转速。3.23.2 传动功率的计算：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)=0.819-0.884KW 3.33.3 电动机选择电动机选择 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。3.43.4 传动比计算（图传动比计算（图 1010）图图 1010 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。3.43.4 各标准齿轮参数（表各标准齿轮参数（表 2 2）表表 2 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=34 Z1=34 Z2=17 Z2=68 Z3=17 Z3=51 Z4=34 Z4=136 中径（mm）d1=68 d1=68 d2=34 d2=136 d3=34 d3=102 d4=136 d4=272 图图 1111 4 4、执行机构的尺寸设计、执行机构的尺寸设计 4.14.1 设计总体思路设计总体思路 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）。4.24.2 抬刀凸轮尺寸设计（图抬刀凸轮尺寸设计（图 1212）图图 1212（凸轮实际轮廓线）（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。4.34.3 刻线组合机构尺寸设计（图刻线组合机构尺寸设计（图 1313、图、图 1414）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。图图 1313 由此可得凸轮连杆组合机构如下图 图图 1414 4.44.4 进给机构尺寸设计（图进给机构尺寸设计（图 1515）图图 1515 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=4mm 5 5、方案图与方案图与机构运动循环图（表）机构运动循环图（表）5.15.1 方案图（图方案图（图 1616）图图 1616 5.25.2 机构运动循环图（图机构运动循环图（图 1717）图图 1717 5.35.3 机构运动循环表（表机构运动循环表（表 3 3）凸轮转角 0 10 26 36 46 56 72 82 92 凸轮行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸轮转角 108 118 128 144 157 170 180 190 200 凸轮行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸轮转角 216 226 236 252 262 272 288 298 308 凸轮行程 0 0 4 0 0 4 0 0 4 凸轮转角 344 362 371 380 凸轮行程 0 0 4 0 表表 3 3 6 6、参考文献参考文献 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.