机械原理课程设计Word下载.docx
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工作量
完成设计任务的比例
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
综合得分、等级
填表人：
年月日
一、工作要求及运动参数……………………………………………………4
二、切削机构工作原理………………………………………………………4
三、原动件及传动机构的选择………………………………………………5
四、执行机构的选择与比较…………………………………………………8
五、绘制机构系统运动转换功能……………………………………………13
六、机械系统的工作运动循环图……………………………………………13
七、机构的设计与运动分析……………………………………………………14
八、机构运动总体方案图……………………………………………………………20
九、编程序以及画运动线图………………………………………………20
主要参考文献……………………………………………………………………………29
十、设计小结………………………………………………………………30
设计题目：
锁梁自动成型机床切削机构（A3）
第一部分工作要求及运动参数
1.1功能要求:
1.自动切削出带槽的锁梁
2.连续自动生产
3.生产能力为15件/min
4.加工质量达到规定的技术要求
5.机械系统运动方案应力求简单、可靠
1.2原始数据和设计要求
1.被切工件是直径为9mm的圆形坯料；
2.工件的切削直径为3mm；
3.工件展开长度为225mm；
4.电机转速为800r/min
5.生产率为15件/分；
6.齿轮模数为5.
1.3各执行构件的运动参数为：
1.送料机构的正行程为225mm
2.切断刀杆横向进给量1.5mm
3.夹紧机构在送料机构送料时松开，在切削机构切削时夹紧。
第二部分切削系统工作原理
2.1工作原理图及其解释
如图，
锁梁自动成型机加工锁梁的工序为：
将盘状圆钢料条校直，切槽，车圆头，切断。
切削加工原理如上图：
送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。
弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。
圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，使工件被切出圆槽，圆头和最后切断。
圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次进刀时，将已切削成型的工件推出工位
第三部分原动件及传动机构的选择
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1：
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，切削机构使用齿轮传动。
齿轮传动可靠、准确。
由于生产率为15件/分，而电动机的转速为800r/min，其传动路线为转速为800/min的电动机1经皮带传至带轮2，带轮2上固连的齿轮3传至齿轮4，齿轮4上的固定齿轮5传至齿轮6，齿轮6带动齿轮Ⅰ，齿轮Ⅰ带动曲柄转动实现顶紧与送料进给运动，从而设定出以下参数：
i=n6/n电=15/800
一级减速：
i1=42/140
二级减速：
i2=20/100
三级减速：
i3=20/64
i=i1×
i2×
i3=42/140×
20/100×
20/64=15/800
图如下
第四部分执行机构的选择与比较
4.1送料
方案一：
偏置曲柄滑块机构
功能：
将旋转运动转换为往复移动
结构和工作原理：
如图4.1-1所示的曲柄滑块机构中，滑块的导路没有通过了曲柄的回转中心，称为偏置曲柄滑块机构。
当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现往复移动，即可实现送料功能。
图4.1
方案二：
六杆机构
功能：
用于将旋转运动转换成有急进慢回特性的往复移动。
结构和工作原理:
如图4.1-2所示的六杆机构是由1-2-3-6组成的曲柄导杆机构和连杆4，滑块5串联成的。
当曲柄1等速转动时，从动件3变速往复摆动，该机构可在曲柄1长度一定的情况下，使从动件5获得较大的行程。
从动件5的往复移动，可实现其送料。
图4.1-2
根据以上两种方案知，偏置曲柄滑块机构由于偏心距的限制，使得压力角过大，且送料行程较小，不能很好的满足送料的要求。
而六杆机构通过导杆3和连杆4可以调整送料压力角和送料行程，从而获得较合适的压力角和送料行程，故选择如图4.1-2所示的六杆机构作为最终送料机构。
4.2夹紧
通过凸轮实现夹紧管左右移动使弹簧夹头夹紧工件。
用弹簧夹头进行夹紧，弹簧夹头的材料是焠火过的钢套，起夹爪有弹性，夹爪外部成锥体，在弹簧夹头的外面有一具有内锥的夹紧管，当夹紧管左右移动时，利用夹紧管与弹簧夹头的锥面实现夹紧与松开，夹紧管的左右移动由凸轮机构实现。
下面选用几个备选方案来实现。
本机构是把旋转运动转化为有急回运动的往复运动的机构。
如图4.2-1所示，当曲柄AB等速转动时，从动杆BCDEF往复摆动，在架上前面的弹簧夹头部分，实现夹紧。
图4.2-1
方案二：
凸轮机构+连杆机构
通过凸轮的转动，通过连杆机构使得夹持器实现间歇往复运动。
如图4.2-2所示，当凸轮7转动时，通过直动推杆5推动摆杆2带动夹持器1做间歇往复运动。
从而实现夹紧功能。
图4.2-2
根据以上2种可执行方案，经过对他们进行比较可得，虽然以上几种方案都达到了运动的要求，不过，考虑到其结构的工艺性及制造方便性，选用凸轮+连杆机构较为合适，并较为可靠，结构也较为简单，有平稳的运动特性。
4.3切削
通过刀具的绕工件旋转和刀具的横向切削进给运动实现飞刀切削。
由于采用飞刀切槽，刀具不仅要绕工件旋转，同时还要作横向切削进给运动。
为了试结构简单，当横向进给运动行程不大时，可以用弧线运动代替，弧线进给运动是间歇往复回转运动如图，回转刀架上安装有能绕回转刀架作相对转动的切槽刀杆和切断刀杆，刀杆一端与锥套组成高副联接。
锥套与回转刀架为键联接，可相对回转刀架作轴向移动。
加工时，锥套与回转刀架一起旋转，同时由凸轮机构试其作相对刀架的轴向移动，此时锥套与刀杆组成的高副使刀杆摆动，从而实现切槽和切断功能。
凸轮+连杆机构
将旋转运动转换为刀架的间歇往复移动，从而实现刀架的进给功能。
如图4.3-1所示，凸轮的旋转运动，通过推杆带动滑块的水平移动，滑块再通过连杆使得竖直杆左右摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。
此机构中，滑块处的摩擦较大，易造成机构磨损，且竖直摆杆与凸轮没有任何的封闭，使得刀架的往复移动不易实现。
图4.3-1
结构和工作原理:
如图4.3-2所示，凸轮7的旋转运动，带动推杆5的水平移动，通过滚子4推动竖直杆2摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。
其中，推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，改善了机构的传递性能，使得机构的传递效率大大的提高，弹簧6的使用使得竖直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。
使本机构具有良好的动力性能。
图4.3-2
综上所述，经比较可知，图4.3-2所示的（凸轮+连杆机构）传递性能好，磨损较小，且竖直杆与凸轮通过弹簧形成力封闭，可保证刀架的间歇往复运动。
第五部分绘制机构系统运动转换功能图
根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图所示。
第六部分机械系统的工作运动循环图
6.1根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
机械系统运动方案有4个执行构件需要进行运动协调设计，它们是送料夹持器（构件8），定位杆（构件20），弹簧夹持器（构件10和19），实现切削进给运动的锥套（构件12），在运动循环图中，分别用送料，定位，夹紧，进给来表示。
横坐标表示分配轴（构件3）的转角，送料的纵坐标表示送料夹持器的运动（由右向左为正），定位的纵坐标表示定位杆的运动（由下向上为正），夹紧的纵坐标表示弹簧夹紧管的运动（对于前夹紧由左向右为正，对于后夹紧由右向左为正，图中只画出后夹紧管的运动关系），进给的纵坐标表示进给锥套的运动（由右向左为正）。
如下图
执行阶段
运动阶段
运动时间（s）
分配转角（°
）
送料阶段
送料
回程
1
3
90°
270°
夹紧阶段
初始
上升
夹紧
5/9
17/9
50°
170°
切削阶段
远休
17/18
1/9
13/18
20/9
85°
10°
65°
200°
（图）机械运动循环图
第七部分机构的设计与运动分析
7.1送料机构设计运动分析
送料机构的工作原理是用一自锁式夹持器作无间歇往复运动来实现送料的，根据前面对送料机构的比较得知：
利用四杆机构的驱动来实现送料。
可以将生产率提高，利用四杆机构的急回特性：
快回程慢行程。
具体尺寸如下：
图7.1-1
如图7.1-1所示，根据工件长度L=252mm，可确定滑块行程为225mm。
如图所示，为满足有快进慢退特性，取曲柄的极位夹角为90°
，则导杆3长225mm，曲柄长为39.7748mm，为使送料最大压力角为合适值30°
，取DE垂直距离为67.5mm,则连杆DE长为135mm。
计算可得出导杆3的摆动角度为90°
，送料机构的最大压力角为30°
，最小传动角为60°
。
7.2凸轮机构的设计运动分析
（1）夹紧凸轮的调试结果
注：
四个阶段的运动规律均是多项式规律
（2）切削凸轮的调试结果
四个阶段的运动规律均是多项式运动规律
第八部分机构运动总体方案图
8.1机械运动简图
（图）机械系统运动简图
曲柄5的为40mm，摆杆4为159mm，连杆3是135mm，夹紧推杆1长140mm，进给推杆长320mm。
第九部分编程序以及画运动线图
（图）编程框图
9.1主程序以及子程序
PrivateSubCommand1_Click（）
Dimb（6）,c（6）,d（3）,tAsString
pai=Atn（1#）*4/180
Forfi=0To360Step10
Fi1=fi*pai
Call单杆运动分析子程序（0,0,0,0,0,0,0.04,0,Fi1,1.57,0,_
xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy）
CallRPR运动分析子程序（1,0,-0.05656,0,0,0,0,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,_
0,0.159099,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,fi3,omega3,epsilon3,sr,vsr,asr）
CallRRP运动分析子程序（1,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,0,0,vPx,vPy,aPx,aPy,_
0.135,0,0,0,xE,yE,vEx,vEy,aEx,aey,fi4,omega4,epsilon4,sr,vsr,asr）
Call单杆运动分析子程序（0,-0.05656,0,0,0,0,0.0795495,0,fi3,omega3,epsilon3,_
xS3,yS3,vS3x,vS3y,aS3x,aS3y）
Call单杆运动分析子程序（xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,0.0675,0,fi4,omega4,epsilon4,_
xS4,yS4,vS4x,vS4y,aS4x,aS4y）
t=t+"
Fi1="
+Str（fi）+vbCrLf
xE（m）="
+Str（xE）+vbCrLf
vE（m/S）="
+Str（vEx）+vbCrLf
aE（m/S2）="
+Str（aEx）+vbCrLf
omega3（rad/S）="
+Str（omega3）+vbCrLf
omega4（rad/S）="
+Str（omega4）+vbCrLf
epsilon3（rad/S）="
+Str（epsilon3）+vbCrLf
epsilon4（rad/S）="
+Str（epsilon4）+vbCrLf
t=t+vbCrLf
Mb（N.m）="
+Str（d（3））+vbCrLf
F61x（N）="
+Str（d
（1））+vbCrLf
F61y（N）="
+Str（d
（2））+vbCrLf
F12x（N）="
+Str（c
（1））+vbCrLf
F12y（N）="
+Str（c
（2））+vbCrLf
F32x（N）="
+Str（c（3））+vbCrLf
F32y（N）="
+Str（c（4））+vbCrLf
F43x（N）="
+Str（b
（1））+vbCrLf
F43y（N）="
+Str（b
（2））+vbCrLf
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+Str（b（3））+vbCrLf
F54y（N）="
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F65y（N）="
+Str（b（6））+vbCrLf
F63x（N）="
+Str（c（5））+vbCrLf
F63y（N）="
+Str（c（6））+vbCrLf
Nextfi
Text1.Text=t
EndSub
Sub单杆运动分析子程序（xA,yA,vAx,vAy,aAx,aAy,S,theta,fi,omega,epsilon,_
xm,ym,vmx,vmy,amx,amy）
xm=xA+S*Cos（fi+theta）
ym=yA+S*Sin（fi+theta）
vmx=vAx-S*omega*Sin（fi+theta）
vmy=vAy+S*omega*Cos（fi+theta）
amx=aAx-S*epsilon*Sin（fi+theta）-S*omega^2*Cos（fi+theta）
amy=aAy+S*epsilon*Cos（fi+theta）-S*omega^2*Sin（fi+theta）
SubRRR运动分析子程序（m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xD,yD,vDx,vDy,aDx,aDy,_
L2,L3,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,fi3,_
omega2,omega3,epsilon2,epsilon3）
Dimpi,d,ca,sa,yDB,xDB,gam,yCD,xCD,e,F,Q,EA,FA,delta
pi=Atn（1#）*4
d=（（xD-xB）^2+（yD-yB）^2）^0.5
Ifd>
L2+L3Ord<
Abs（L2-L3）Then
MsgBox"
此位置不能装配"
GoTon1
Else
EndIf
ca=（d^2+L2^2-L3^2）/2/L2/d
sa=（1-ca^2）^0.5
yDB=yD-yB
xDB=xD-xB
Callatn1（xB,yB,xD,yD,delta）
Ifca>
0Then
gam=Atn（sa/ca）
Else:
gam=Atn（sa/ca）+pi
Ifm=1Then
fi2=delta+gam
fi2=delta-gam
xC=xB+L2*Cos（fi2）
yC=yB+L2*Sin（fi2）
yCD=yC-yD
xCD=xC-xD
IfxCD>
fi3=Atn（yCD/xCD）
ElseIfyCD>
=0Then
fi3=Atn（yCD/xCD）+pi
fi3=Atn（yCD/xCD）-pi
e=（vDx-vBx）*xCD+（vDy-vBy）*yCD
F=（vDx-vBx）*（xC-xB）+（vDy-vBy）*（yC-yB）
Q=yCD*（xC-xB）-（yC-yB）*xCD
omega2=e/Q
omega3=F/Q
vCx=vBx-omega2*（yC-yB）
vCy=vBy+omega2*（xC-xB）
EA=aDx-aBx+omega2^2*（xC-xB）-omega3^2*xCD
FA=aDy-aBy+omega2^2*（yC-yB）-omega3^2*yCD
epsilon2=（EA*xCD+FA*yCD）/Q
epsilon3=（EA*（xC-xB）+FA*（yC-yB））/Q
aCx=aBx-omega2^2*（xC-xB）-epsilon2*（yC-yB）
aCy=aBy-omega2^2*（yC-yB）+epsilon2*（xC-xB）
n1:
EndSub
Subatn1（x1,y1,x2,y2,fi）
Dimpi,y21,x21
pi=Atn（1#）*4
y21=y2-y1
x21=x2-x1
Ifx21=0Then'
判断BD线段与x轴的夹角
Ify21>
fi=pi/2
ElseIfy21=0Then
MsgBox"
B、D两点重合，不能确定"
Else:
fi=3*pi/2
EndIf
Ifx21<
fi=Atn（y21/x21）+pi
ElseIfy21>
fi=Atn（y21/x21）
fi=Atn（y21/x21）+2*pi
SubRRP运动分析子程序（m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xP,yP,vPx,vPy,aPx,aPy,_
L2,fi3,omega3,epsilon3,xC,yC,vCx,vCy,_
aCx,aCy,fi2,omega2,epsilon2,sr,vsr,asr）
Dimpi,d2,e,F,yCB,xCB,E1,F1,Q,E2,F2
d2=（
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