机械课程设计文档格式.docx
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插纸。
将插刀对折切下的绝缘纸,插入空槽内;
推纸。
将插入槽内的绝缘纸推到要求的位置;
间歇转动电机转子。
间歇转动转子使之进入下一工作循环。
3.工作原理:
机构由一个电动机提供动力,通过蜗杆蜗轮机构,带动槽轮机构转动,实现电机转子的间歇转动。
槽轮机构可以将电机的连续运动转化为间歇转动,并且具有较高的机械效率。
同时,槽轮机构的拨销始终处于连续运动状态,拨销通过传动系统带动凸轮机构运动。
凸轮机构将传动系统的转动运动转化为切纸、插纸、推纸机构的上下往复运动。
凸轮机构与切纸机构通过一个高副连接,从而达到较高的运动精度。
在此种力不大,但运动精度要求高的切纸嵌纸机构中相当合适。
切纸、插纸、推纸机构
由于切纸、插纸两个动作有先后顺序,所以设计时考虑将这两个动作在两段独立的纸上完成,先切纸,然后传送到插纸处。
这样的设计能大大简化机构,便于制造,降低产品成本。
送纸滚轮
纸卷上的纸通过送纸滚轮被送到切纸处切断,切好的一段纸再通过另一个送纸滚轮被送到插纸处,完成插纸,实现要求动作。
最后的推纸机构完成推纸动作,以确保嵌入的纸到达槽轮中的正确位置。
噪声
嵌纸
80插/分
机械能
成卷绝缘纸
控制信号
2.原动机的选择:
3.传动机构的选择与比较
传动机构是把原动机的动力和运动传送到执行机构的传动装置。
以传递动力为主的传动又称为动力传动。
以传递运动为主的运动传动。
机械传动是最常见的一种传动形式。
在机械传动系统中,原动机的动力和运动传递给执行机构,使之实现预定动作(包括运动和动力)的装置。
它由各种传动元件或装置,轴及轴系部件,离合,制动,换向和蓄能(如飞轮)等元件组成。
机械传动可用来实现:
降低或增高原动机输出的速度,以适合执行机构的需要;
采用变速传动来满足执行机构的经常变速要求;
将原动机输出的转距,变换为执行机构的所需要的转距或力;
将原动机输出的等速旋转运动转变为执行机构所要求的,其速度按某种规律变化的旋转或非旋转运动;
由一个或几个原动机驱动若干个相同或不同速度的执行机构;
由于受机体外型,尺寸的限制,或为了安全和操作方便,执行机构不宜与原动机直联时,也需要用传动装置来连接。
机器的工作性能,可靠性,重量和成本,很大程度上也取决于传动系统的好坏。
对于本次设计,我们采用带传动机构和齿轮传动机构
带传动机构概述:
带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉拽零件的传动,工作时借助零件之间的摩擦(或啮合)来传递运动或动力.根据带的截面形状不同,可分为平带才传动,V带传动,同步带传动,多楔带传动等。
带传动机构的优势和缺点:
优点:
带传动是具有中间挠性件的一种传动,所以:
1)能缓和载荷冲击;
2)运行平稳,无噪声;
3)制造和安装精度不象啮合传动那样严格;
4)过载时引起带在带轮上打滑。
因而可防止其他零件的损坏;
5)可增加带长以适应中心距较大的工作条件(可达15m)。
缺点:
1)有弹性滑动和打滑,使效率低下和不能保持准确的传动比(同步带传动是靠啮合传动的,所以可以保持传动同步);
2)传递同样大的圆周力时,轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大;
3)带的寿命较短。
应用范围:
带传动的应用范围很广。
带的工作速度一般为5m/s~25m/s,使用高速环形胶带时可达60m/s;
使用锦纶片复合平带时,可高达80m/s。
胶帆布平带传递功率小于500kW,普通V带传递功率小于700kW
在我们的设计当中,我们用带传动来做传送带,进行送纸工序
齿轮传动机构概述:
齿轮传动的适用范围很
广,传递功率可高达数万千瓦,圆周速度可达150m/s(最高300m/s),直径能做到10m以上.单级传动比可达8或更大,因此在机器中应用很广.
齿轮传动的优缺点:
优点:
和其他机械传动比较,齿轮传动的主要优点是:
工作可靠,使用寿命长;
瞬时传动比为常数;
传动效率高;
结构紧凑;
功率和速度适用范围很广等。
齿轮制造需要专用机床和设备,成本较高;
精度低时。
振动和噪声较大;
不宜用于轴间距离大的传动等。
基本要求:
齿轮传动应满足下列两项基本要求:
1)传动平稳——要求瞬时传动比不变,尽量减小冲击,振动和噪声;
2)承载能力高——要求在尺寸小,重量轻的前提下,轮齿的强度高耐磨性好,在预定使用期限内不出现断齿等失效现象。
在我们的设计当中,我们选择齿轮传动作为我们的动力传动机构
4.执行机构的选择与比较
(1)插纸与切纸:
我们在切纸和插纸设计中拟定了三种方案
方案一:
插刀和切纸刀同为曲柄滑块机构
方案二:
插刀和切纸刀同为凸轮机构
方案三:
插刀为曲柄滑块机构切纸刀为凸轮机构
凸轮与曲柄滑块机构的优缺点:
凸轮机构
机构简单紧凑,可以方便的获得预期的运动规律,运动精度较高。
凸轮廓线与推杆之间为点或线接触,易磨损。
曲柄滑块机构
几何形状简单,易于加工,可承受较大载荷,磨损较小。
机械效率低,误差较大,有惯性力,设计复杂
各方案的优缺点的比较
优点:
插刀和切纸刀同周期转动,所以可用同轴传动.曲柄做成偏置,插刀和切纸刀可有急回特性,可以节省空回行程,提高生产效率.
缺点:
机械效率低,误差较大,有惯性力,设计复杂.
优点:
插刀和切纸刀同样可用同轴传动,容易设计加工,精度较高.
急回运动设计比较复杂.
插刀用曲柄滑块机构可有急回特性,切纸刀用凸轮机构设计简单,运动精度较高.可以扬长避短,生产效率相对较高.
缺点:
由于插刀和切纸刀机构不同,所以轴心不在同一条直线上.传动机构设计比较困难,同时传动效率也会降低.
分析了以上机构方案,由于方案二:
插刀和切纸刀同为凸轮机构在总体性能上要优于其余机构,故我们选择插刀和切纸刀同为凸轮机构方案为最终设计方案.
(2)电机转子间隙转动机构:
在电机转子间隙转动机构中,我们考虑了3种设计方案,他们分别是:
方案一:
槽轮机构方案
方案二:
棘轮机构方案
方案三:
不完全齿轮机构方案
结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高,能平稳地、间歇地进行转位。
因槽轮运动过程中角速度有变化,不适合高速运动场合。
结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。
工作时有较大的冲击和噪音,运动精度较差。
适用于速度较低和载荷不大的场合。
机构简单,制造容易,工作可靠。
设计时运动静止时间可在较大范围内变化。
有较大冲击,只适用于低速轻载场合。
分析了以上机构方案,由于槽轮机构方案在总体性能上要优于其余机构,故我们选择槽轮机构方案为最终设计方案。
5.机械系统运动方案的拟定与比较
分析了以上机构方案,由于槽轮机构和凸轮机构的组合在总体性能上要优于其余机构,故我们选择槽轮机构和凸轮机构的组合方案为最终设计方案。
然后加以造型、运动分析。
以下是槽轮凸轮机构方案的具体分析:
槽轮机构
6.所选机构的运动动力分析与设计
一.原始数据的确定:
每分钟嵌纸80次
电机转子直径D=50mm,长度30mm
插纸深度d=20mm,转子槽数6个
每张绝缘纸长40mm,宽30mm
凸轮基圆半径R=30mm
二.执行机构尺寸设计
(1)工作台尺寸设计
工作台全长100mm,其中40mm用于切纸,40mm用于插纸,剩余20mm用于存放未切的纸
插纸
切纸
204040
(2)滚子的尺寸设计
选用滚子的周长为C=40mm,所以滚子每转一周,送纸40mm,用于插纸,则滚子半径r=6.47mm
(3)切纸,插纸推纸机构的确定
切纸,插刀和推刀均固定在同一个横梁上,其中切刀长度选30mm,插刀长度选52mm,推刀上装上弹簧,长度65mm,其中弹簧长度30mm
插刀的最低位置离工作台3mm,工作台在电机转子之上5mm,则插刀横梁的最大位移量S,S=20mm+5mm+3mm=28mm,推刀在弹簧无压缩的情况下有由初始位置向下移动7.5mm即开始接触电机转子,则弹簧压缩量为28mm-7.5mm=20.5mm。
切刀,根据其尺寸切刀切纸时,切入工作台内
(4)槽轮机构的设计
选外槽轮,槽数Z=4,圆销数m=1;
拨盘半径r=6mm,拨盘转速n=80r/min,中心距a=50mm,拨盘每转一周,槽轮转过90度
机构尺寸的计算:
圆销回转半径:
R1=asinθ2=50sin45=35.4
槽轮半径:
R2=35.85mm
槽深:
h=30.25mm
运动系数:
τ=0.25
槽轮停动比:
k=1/3
三.传动机构的设计
(1)选原动机:
132M-4,功率P=7.5KW,转速a=1440r/min。
(2)传动机构尺寸设定
1.带轮4,5半径已由前面滚子尺寸设计时选定,r4=r5=6.37mm
带轮1的转速等于槽轮的转速,则拨盘每转一周,带轮1转90度,带轮1转90度时,需让轮4,5转一周(40mm)
所以i14=4/1;
取d1=20mm,d2=10mm,d3=2d4=27.48mm,d4=d5=12.74vmm
7.制定机械系统的运动循环图
对于我们设计的电机转子嵌绝缘纸机,由于送纸动作和间歇转动转子的动作是由同一间隙机构执行,所以二者的步调一致;
而切插推动作也是同一机构执行,所以三者的动作一致。
所以运动循环图主要是确定这两种步调的先后顺序。
以转动电机转子的机构为主机构,以其零件为横坐标的起点,纵坐标表示执行构件的起始位置。
如图,转动电机转子的机构和送纸机构在(0~θ)内分别转动相应为度,送够规定的纸长度,此时切插推机构仍在原位不动,到θ角以后,前者停歇不动,后者开始在进程内完成其工作,在回程内退回原位。
则一次工作循环结束,下次工作循环又开始。
转动电机转子机构和
送纸机构
360
8.画出运动方案布置图及机械运动简图
机构方案运动简图
9.完成设计所用方法及其原理的简要说明
10.列出必要的计算公式及所调用的子程序名
槽轮机构中的设计及计算
1、确定槽轮的类型及基本尺寸:
外槽轮:
槽数z=4;
圆销数m=1;
拨盘圆销半径RT=6;
拨盘转速n1=80r/min;
中心距c=50
2、机构尺寸的计算
计算项目及公式
结果
已知参数:
z=4m=1C=50RT=6n1=80r/min
槽轮运动角:
2ß
=2π/z=2π/4
=90°
拨盘运动角:
2α=π-2ß
2α=90°
圆销中心轨迹半径:
R1=Csinß
R1=35.4
槽轮外径:
R2=[(Ccosß
)2+RT2]1/2
R2=35.85
轮槽深度:
h=R1+R2-C+RT+δ
h=30.25
拨盘回转轴直径:
d1<
2(C-R2)
d1=10
槽轮轴直径:
d2<
2(C-R2-RT-δ)
d2=10
拨盘上锁止弧所对中心角:
γ=2(π/m-a)
γ=180°
锁止弧半径
R0=R1-b-RT
R0=29.4
槽轮机构的动停比k
k=m(z-2)/[2z-m(z-2)]
k=1:
3
凸轮机构的设计及运算
1.凸轮机构类型与基本尺寸的确定
凸轮类型:
对心平底推杆盘行凸轮机构
推杆运动规律:
s=0(0<
δ<
90);
s=14-14sin[4/3(δ-157.5)]
基圆半径:
30
2、凸轮曲线的计算
凸轮曲线参数方程:
x=(r0+s)sinδ+(ds/dδ)cosδ
y=(r0+s)cosδ-(ds/dδ)sinδ
齿轮机构的设计与计算
1、机构类型与基本参数的确定
机构类型:
直圆柱齿轮
传动比:
i=3:
2
中心距:
35
模数:
1
2、齿轮机构尺寸的计算
齿数计算:
z1:
z2=2:
30.5m(z1+z2)=35z1=28z2=42
大齿轮:
分度圆直径d2=mz2=42
小齿轮:
分度圆直径d1=mz1=28
11.主程序,子程序,编程框图
凸轮机构程序
#include<
iostream.h>
math.h>
#definepiacos(-1)
doublechange1(doubletheta)
{
theta=theta*pi/180;
if(theta>
=(2*pi))
theta-=(2*pi);
elseif(theta<
0)
theta+=(2*pi);
returntheta;
}
doublechange2(doubletheta)
theta=theta*180/pi;
=360)
theta-=360;
theta+=360;
voidmain()
doublerb,thetat,thetah,h,w,thetas1;
doublefi,s,v,a,k1,rf,x,y;
cout<
<
"
基圆:
;
cin>
>
rb;
推程角:
thetat;
回程角:
thetah;
停歇角:
thetas1;
从动杆高度:
h;
角速度:
w;
doublet;
for(fi=0;
fi<
fi=fi+10)
{
s=h*(fi/thetat-sin(2*pi*fi/thetat)/2*pi);
v=h*w*(1-cos(2*pi*fi/thetat))/thetat;
a=2*pi*h*w*w*sin(2*pi*fi/thetat)/(thetat*thetat);
k1=-h*cos(2*pi*fi/thetat)/thetat;
rf=atan(fabs(k1)/(s+rb));
rf=change2(rf);
t=change1(fi);
x=(rb+s)*sin(t)+k1*cos(t);
y=(rb+s)*cos(t)-k1*sin(t);
cout<
s="
s<
'
\t'
v="
v<
endl;
a="
a<
rf="
rf<
x="
x<
y="
y<
}
for(fi=thetat;
thetat+thetas1;
h<
v=0"
a=0"
rf=0"
t=change1(fi);
12.计算结果及曲线图
槽轮运动图线:
实线:
槽轮的角速度曲线
虚线:
槽轮的角加速度曲线
理论上,当槽轮处于不转动状态时,其速度和角加速度均为零。
当其转动时,其角加速度应随时间变化。
在实际情况下,当转盘开始转动时,会对槽轮产生摩擦力,引起其角加速度的突变,再该图中体现为左端蓝色曲线的突变。
而且由于摩擦力的存在,使角速度和角加速度图线都有一定的抖动。
当槽轮开始转动时,其受到一定的柔性冲击,使角加速度曲线出现突变。
当槽轮转动时,其角加速度先达到一最大值,然后随槽轮转动减小,达到零后再反方向增大,直至增大到一反向最大值时,槽轮停止转动。
插刀运动曲线
实线:
插刀位移曲线
插刀速度曲线
点划线:
插刀加速度曲线
插刀的运动曲线决定于凸轮的转动。
凸轮转动时,插刀先向下运动,速度先增大后减小,加速度受柔性冲击影响有一定的突变。
凸轮转动到最远端后,插刀向上运动,速度先减小后增大。
然后,凸轮近休,位移、速度和加速度均为零。
推纸头运动图线
推纸头位移曲线
推纸头速度曲线
推纸头加速度曲线
推纸头的运动受凸轮和推知机构内的弹簧的影响。
当推纸机构向下运动时,推纸头随着向下运动,速度增大。
当推纸头碰到电机转子时,其间发生冲击,使加速度突变,速度瞬间变为零,位移不再随着凸轮的转动而变化。
当凸轮转过一定角度后,推纸机构随着凸轮的转动向上运动,推纸机构内的弹簧拉动推纸头使之向上运动。
在这一瞬间,加速度和速度产生突变。
然后,速度和位移慢慢减小。
当凸轮转动到近休时,三者为零。
13.对结果的分析讨论
经小组成员讨论,设计方案的优缺点如下:
优点:
1、结构较为紧凑、简单,生产成本低;
2、采用槽轮与凸轮控制各个执行机构运动的先后次序,不仅易于设计,而且有较高的可靠性;
3、避免了连杆机构的使用,机械效率较高;
4、扩充性好,如加装气动和可编程控制器后,将槽轮机构中的槽轮盘固定在一摆动气缸上,通过合理的程序,可以使嵌纸机能够的自动更换转子,从而实现连续生产,进一步提高效率。
1、由于采用槽轮机构,改变每转的分度值较为困难,需要更换齿轮副;
2、推纸杆在接处电机转子时速度在很短时间内变为0,有一定的冲击;
3、槽轮在静止时可能会有较小幅度的摆动(见槽轮运动线图),对机构运动的精度和稳定性有一定的影响。
基于上述优缺点,小组成员认为:
该设计方案能够较准确的完成预定的动作,且运动的准确性、可靠性均能满足要求,虽然存在着一定的不足,但是总体上还是达到了设计要求。
14.主要参考资料及编号:
《机械运动方案设计手册》
邹慧君主编上海交通大学出版社
《机械设计》(第四版)
邱宣怀主编高等教育出版社
《机械原理》(第六版)
孙桓陈作模主编高等教育出版社
《连杆机构的分析与综合》(第二版)
曹惟庆主编科学出版社
15.心得体会:
经过这次机械原理课程设计,从根本上提高了我们对其的认识忽然理解.也培养了我们对于机械设计的兴趣.也掌握了对于一般机构运动结构解决实际问题的能力.
经过了十几天的紧张的课程设计,我们终于完成了我们的设计,也许它不怎么优秀,完美.但是,这是我们小组共同努力的成果,把学到的知识运用的了实际生活中,也使我们倍感骄傲.尽管遇到了很多困难,最后我们还是克服了.
这次课程设计也促进了同学之间的合作,交流.这种团队合作经验,也是不可多得的.