平尺刻线机设计说明书.docx
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平尺刻线机设计说明书
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
指导老师:
陈敏钧
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
1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……………………………………………………………...........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………………………………………………………………..........................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………………………………………………………………………...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)…………………………………………………………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……………………………………………………………………………….......18
7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1
1.2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&<=1/40,刻线是的切削力F=1000N(即刻线0.4kw,进给0.2kw,抬刀0.1kw)
机构选用(表1)
功能
执行构件
工艺动作
执行机构
刻线
刀具
刻线
组合机构
落、抬刀
刀具
落、抬刀
平底凸轮
进给
工作台
间歇进给
槽轮、丝杆
表1
2、执行机构比较与选定
2.1刻线机构
方案1(图2)
图2
方案说明
通过三种形状、大小不同的凸轮来控制刀具的左右移动,再通过一个凸轮来控制刀具的抬刀,下刀运动,推过控制凸轮的推程与回程,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:
0.98V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/(0.95—0.97)/0.98/0.96/=0.438-0.448KW
抬刀机构
P2=0.1/(0.95—0.97)/0.96/0.96=0.112-0.114KW
进给机构
P3=0.2/(0.85—0.95)/(0.95—0.97)/0.96/0.96=0.236-0.269KW
总体机构
P(电机)=(P1+P2+P3)/(0.94—0.96)=0.819-0.884KW
3.3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*=1c*=0.25
皮带轮半径d=80mmD=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
表2
图11
4、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14
4.4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=20cmR=14.14cmr=2.36cms=14.14cmh>=10.64cmd1<=11.72cmd2<=7cmb=4mm
5、方案图与机构运动循环图(表)
5.1方案图(图16)
图16
5.2机构运动循环图(图17)
图17
5.3机构运动循环表(表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3
6、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.