锁梁自动成型机构课程设计.docx
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锁梁自动成型机构课程设计
机械原理课程设计
课程名称：
锁梁自动成型机床扳弯机构
学院：
机械工程学院专业：
姓名：
学号：
年级：
2009级老师：
2012年1月6日
贵州大学机械工程学院
机械设计课程设计成绩评定表
专业
姓名
学号
课程设计题目及题号
锁梁自动成型机床扳弯机构（题号：
B1）
项目
项目内容
权重
％
成绩
得分
100-90
优
89-80良
79-70
中
69-60
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、计算机技能及外语能力；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：
2012年月日
目录
第一部分设计任务书
一、机构说明与加工示意图………………………………………4
二、设计任务的相关参数及设计要求………………………………5
三、课程设计项目内容………………………………………………5
四、课程设计要求……………………………………………………6
第二部分机构的设计
一、扳弯原理设计与功能分解………………………………………7
二、传动机构的比较与选择…………………………………………8
三、电机主轴减速传动设计与分析…………………………………9
四、各方案的选择及对比……………………………………………10
五、机械系统转换功能图与运动方案………………………………15
六、机械系统的工作循环图…………………………………………16
第三部分机构的尺寸计算
一、送料机构的尺寸计算……………………………………………18
二、定位夹紧机构的尺寸计算………………………………………19
三、扳弯机构的尺寸计算……………………………………………19
四、机构总体方案图及原理简要说明………………………………20
五、各凸轮参数及行程图………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………25
总结………………………………………………………………25
锁梁自动成型机床扳弯机构设计
第一部分设计任务书
一、机构说明与加工示意图
锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用于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、切断和扳弯成型。
本机构为该机床的扳弯成型工艺部分，由送料机构、定位机构和扳弯机构组合而成。
扳弯成型加工原理如下图：
送料滑块1将工件2送到扳弯工位后即返回，定位销3上升至锁梁槽内，将锁梁卡住，扳弯架4转动扳弯角度，扳弯架上的滚轮6绕固定滚轮5也转过扳弯角度，将锁梁扳弯成型。
然后扳弯架返回原位，定位销下降，松开工件，待送料滑块第二次送进时将已扳弯成型的工件推出工位。
图1
二、设计任务的相关参数及设计要求
图2
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”，如图2所示。
设计要求和参数为：
1 连续自动生产；
2 生产率为件10/min；
3 电机输入转速为700转/min；
4 扳弯角度为180°；
5 被加工工件的总长L=250mm，直径D1=10mm，D2=7mm；
6 加工质量要达到规定的技术要求；
7 机械系统运动方案要合理，应力求简单，可靠。
三、课程设计项目内容：
⒈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。
⒉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。
⒊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。
⒋方案评价：
对各行方案进行运动分析、力分析及有关计算、以进行功能、性能评价和技术、经济评价。
⒌方案决策：
在方案评价的基础上进行方案决策，在可行方案。
确认其总体设计方案，绘制系统运动简图、编写总体方案设计计算机说明书。
四、课程设计要求：
⒈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。
⒉分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和扳弯机构的运动循环图。
⒊根据生产率和电机转速，设计传动系统。
⒋用图解法对送料机构、定位机构和扳弯机构进行运动设计，绘制组合机构的运动简图。
⒌用计算机辅助设计对送料机构进行运动分析：
①编制计算流程框图。
②根据计算流程框图编制主程序，上机计算及打印结构
⒍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
⒎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。
（20页以上）
第二部分机构的设计
一、扳弯原理设计与功能分解
图3
要将切削加工的金属材料加工成图2所示的锁梁，可采用如图3所示的扳弯机构来实现：
用一扳弯滚子与圆弧模块连接，将工件压在圆弧模块上，然后绕圆弧模块转动滚子，可将工件搬成与圆弧模块相对应的弧形。
为了实现将已切削加工好的工件加工成锁梁，可将总功能分解为如下几部分子功能：
（1）对已切削成型工件的送料的功能；
（2）对工件定位的功能；
（3）使工件扳弯的功能；
（4）使工件自动退出的功能
逻辑功能图：
二、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。
常用的传动机构有齿轮传动、带传动、链传动、螺旋传动、蜗杆传动等。
他们的特点如表：
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。
三、电机主轴减速传动设计与分析
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。
因此减速装置优先选择齿轮传动，它要求的传动功率不大，在满足工作性能的情况下，选用这种结构简单的传动装置，可以降低成本，节约能源。
电动机额定功率选择11KW，转速700转/分，型号YZR180L-8，根据生产率为10件/分，可知主轴的转速为10r/min。
可以算得电动机与主轴的传动比i=700/10=70，从而可设计三级减速，如图3所示，分为三级减速，第一级减1/2，第二级减1/5，第三级减1/7；从1到2是皮带传动。
齿轮模数m=3，电动机减速装置数据设置：
一级减速：
皮带传动，i=2；
二级减速：
齿轮传动,i=5；
三级减速：
齿轮传动,i=7；最终转速n=10r/min
各级齿轮齿数半径及传动图设计：
d1=100d2=200;
图4
z2’=18d2’=mz=54;
z3=,90d3=mz=270;
z3’=18d3’=mz=54;
z4=126,d4=mz=378
四、各方案选择及对比
根据工艺过程确定执行构件的运动形式：
（1）送料功能；
（2）定位功能；（3）扳弯功能
具体方案设计如下：
1、送料机构的设计与分析
方案一：
图5
如图5所示，自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。
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，从而实现单向送料。
方案二：
图6
方案二的送料方式和方案与方案一样，夹持器是由原动件1的转动，带动摆杆2左右摆动。
从而实现了机构4将料5送到位后即返回。
方案对比:
方案一和方案二都实现了单向送料。
可方案一与方案二相比，方案一在送完料后有间歇运动，而方案二没有间歇运动；方案一直接由主轴带动凸轮从而送料，不需要再增加动力机驱动连杆，相比之下选择方案一更为合理。
2、定位夹紧机构的选择
方案：
滚子推杆盘行凸轮机构，如图7所示。
功能：
在该机构中，凸轮的回转运动变为滚子推杆的上下移动，此机构具有良好的动力性能和良好的加工性能，而且此机构较为简单。
图中滚子的作用是为了减小摩擦，在其上还安装有保持平底和凸轮始终接触的弹簧，还可使直杆与凸轮形成力的封闭，这样提高工作效率和系统的可靠性。
推程，远休，回程，近休一次循环，推杆将完成一直动的行程，直动推杆的轴线通过凸轮的回转中心，此为对心直动滚子推杆机构。
图7
3、扳弯机构的选择与比较
方案一：
凸轮+摆动滑块机构，如下图8所示
功能：
凸轮将旋转运动转换为滑块的移动，进而转换为杆的往复摆动，杆的往复摆动转换为齿轮的旋转运动。
结构和工作原理：
设定带连接的两轮的半径比例为5：
1（小：
大）通过摆动滑块机构的往复摆动使大齿轮摆动36°，上面的小轮转动180°，将凸轮的直动通过摆杆转换为轮的旋转，实现扳弯功能。
图8
方案二：
功能：
凸轮将旋转运动转换为杆1的摆动，进而转换为杆2的往复摆动，杆的往复摆动转换为轮3的来回旋转运动。
结构和工作原理：
如图9所示，其工作过程为当凸轮转动时，随着杆1摆动一定的角度，构件2也转一定的角度，从而使大轮3绕转动中心转动一定的角度，这时4与3通过皮带传动，带动5也转过一定的角度，从而实现扳弯功能。
图9
方案对比：
方案一凸轮+摆动滑块机构推杆倒置，必须用弹簧加以控制，但弹簧传力较弱不易实现轮的旋转运动。
方案二通过凸轮的旋转转换为推杆的直动带动轮的旋转，机构较简单也易实现，而且传动稳定、方便可靠，故采用方案二。
五、机械系统转换功能图与运动方案
1、机械系统转换功能图
根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图。
图10
2、形态学矩阵法创建机械运动的运动方案
根据机械系统运动转换功能图（图10）可构成形态学矩阵（图11）。
由图11所示的形态学矩阵可求出锁梁自动扳弯系统运动方案数为：
N=3×3×3×3×3×3×3=2187
可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计等，从中选出较为实际可行的方案。
图11中用线连的是选择的最优方案。
功能元
功能元解（匹配机构）
1
2
3
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
扳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11
六、机械系统的工作循环图
1、系统的工作循环图
送料机构作间歇往复直线运动实现送料，有间歇运动且有急退。
定位机构是将凸轮的旋转运动转化为推杆的间歇往复移动。
扳弯机构是将凸轮的旋转运动转换为推杆的往复直动，通过连杆转为轮的往复摆动。
如图12所示
图12
2、根据运动循环图以及生产率分配时间如下表所示：
执行阶段
运动阶段
运动时间（s）
分配角度（°）
送料阶段
送料
回程
间歇
1.333
1.667
3.000
80
100
180
定位阶段
近休
放销
远休
拔销
1.333
0.833
3.000
0.833
80
50
180
50
扳弯阶段
近休
扳弯
远休
退回
2.167
2.000
0.667
0.333
130
120
40
20
第三部分机构的尺寸计算
一、送料机构的尺寸计算
图13
送料机构的送料过程是由圆柱凸轮1的旋转带动杆2左右摆动来实现送料。
弦长AB就是凸轮1的摆线长。
由于送料DE的长为250mm，取比利为1：
10则AB的长为25mm，取CD长为380mm，则有AC长为38mm。
两极限位置时摆动的角度θ和高度H的算法如下，由余弦定理可得：
cosθ=（38²+38²-25²）/（2×38×38）=0.78，
则θ=38.5°
根据几何关系可得：
AB到DE距离为395mm，推程为25mm基圆半径设计为40mm。
则主轴到送料工作台的垂直高度为H=435mm。
二、定位夹紧机构的尺寸计算
图14
定位夹紧为一体的机构如图14所示，从侧示图可看出，当凸轮1旋转，通过连杆带动V型块上下移动。
从而实现定位和夹紧功能。
由图12已知，总高H=35mm
由工件的D1=10mm,D2=7mm可知，定位销需要拉回（10-7）/2=1.5mm，因此定位销只要能退回1.5mm以上就可以松开工件，假设退回3mm即可以保证定位销能松开工件，如图，设计基圆半径为92mm，凸轮升程为3mm，则杆长L=H-R-3=435-92-3=340mm
三、扳弯机构的尺寸计算
如图15，由于扳弯需要转过180°，选择大轮和小轮的半径比为3.6/1可得大轮需要转过50°，就可以完成小轮转过180°，由于任务中已经设计固定小轮直径为50mm，假设其同心轮直径为40mm，则要求大轮的直径为144mm，取8的固定铰链中心离大轮转动中心的长度为200mm，选取大轮上连架杆长为40mm，先设定一个起始位置，根据转角可以由四杆机构的原理确定杆8和杆9的长度，图形如下图：
图15
四、机构总体方案图及原理简要说明
图16为锁梁自动成型扳弯机构的总体运动简图，由减速装置、送料装置、定位夹紧装置、扳弯装置四部分组成。
电机输出转速为700转/min，经过皮带传动与齿轮传动减速之后，将主轴转速减为10转/min，主轴带动凸轮转动实现送料、定位、夹紧、扳弯的功能。
图16
五、凸轮参数
1.送料机构圆柱凸轮行程图：
2.扳弯机构圆柱凸轮行程图：
3.定位夹紧机构盘型凸轮行程图：
参考文献：
1.王三民主编《机械原理与设计课程设计》
2.呤岐王保民王振甫主编《械原理课程设计手册》
3.贵州大学机械工程学院《机械原理课程设计指导书》
4.陈作模葛文杰孙恒主编《机械原理》第七版
5.吕仲文主编《机械创新设计》机械工业出版社
总结
通过本次的课程设计，我升华了对机械原理课本上知识的理解，加深了理论联系实际的经验，增强了运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力，提高了团队协作的意识。
在课题设计期间，我认识到要完整完美地做好一个课题，需要考虑很多因素，不只是教材、手册上面的知识，还需要在诸如通网络，图书馆等地方进行查阅和咨询别人的实际经验教训等。
在组合对平面四、六杆组机构，凸轮机构以及轮系机构的组合的过程中，在AutoCAD制图，Office文档排版编辑及凸轮设计软件和截图工具的使用的过程中，不仅增强了自己独立思考的能力，也对团队协作对于解决多方面问题的巨大作用所折服，我确信，这些在设计实习中所学到的宝贵经验，必将伴随我剩余的人生。
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