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骆江永机械设计书1

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明德学院

机械原理课程设计说明书

院系：

明德学院机电系

年级：

2013级

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机自13151

学号：

1320031006

姓名：

骆江永

2016年1月2日

前言…………………………………………………………………3

机械原理课程设计概述……………………………………………4

第1章功能分析与设计……………………………………………6

1.1设计要求………………………………………………………6

1.2设计原理图与功能分析………………………………………6

1.3功能分解………………………………………………………7

1.4各种传动装置特点……………………………………………7

第2章各机构的运动方案分析与设计……………………………9

2.1送料机构分析…………………………………………………9

2.2加紧机构分析…………………………………………………10

2.3进刀机构分析…………………………………………………12

2.4凸轮机构分析…………………………………………………13

2.5总方案对比及最终方案确定…………………………………14

2.6系统运动转换功能图…………………………………………15

第3章各机构尺寸的确定…………………………………………18

3.1工件尺寸的确定………………………………………………18

3.2送料机构尺寸的确定…………………………………………18

3.3夹紧机构尺寸的确定…………………………………………20

3.4传动机构尺寸的确定…………………………………………26

第4章总体装配图…………………………………………………29

4.1确定刀架位置…………………………………………………29

4.2确定夹紧机构位置……………………………………………29

4.3确定推杆的长度………………………………………………29

4.4整体的结构……………………………………………………29

第5章设计总结及感谢之言………………………………………31

第6章参考文献……………………………………………………32

前言

机床是我们日常生活中常用到的加工生活用品和机械的工具，每种机床都有它自己独特的用处。

机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。

机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计的正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，都应认真对待。

机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有的识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解有关信息（如查阅文献.同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。

机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机械运动方案设计等，使学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及设计资料查询等诸多方面的独立工作能力进行的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发的创新能力。

因此，机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。

机械原理课程设计概述

锁梁自动成型机床切削机构设计

一、机构说明和加工示意图

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、切断和搬弯成型。

本机构为该机床的搬弯成型切削工艺部分，由送料机构、夹紧机构和切削进给机构组合而成。

切削加工原理如图1：

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，是工件被出圆槽、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第二次送进时，将已切削成型的工件推出工位。

图1锁梁自动成型机床切削机构加工示意图

1——送料夹持器2——圆锥凸轮3——摆杆4——刀盘

5——夹紧爪6——锥套7——工件

二、机构设计的有关数据

1、生产率：

15件/分

2、机电输入转速：

n1=800转/分

4、齿轮模数：

5

3、工件尺寸：

L=225㎜，D1=9㎜，D2=6㎜

三、课程设计项目内容：

1、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。

2、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面构思。

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。

3、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。

4、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。

5、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、编写总体方案设计说明书。

四、课程设计要求：

1、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。

2、分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和进刀机构的运动循环图。

3、根据生产率和电机转速，设计传动系统。

4、用图解法对送料机构、定位机构和进刀机构进行运动设计，绘制组合机构的机构运动简图。

5、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。

6、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、执行机构设计、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。

第1章：

功能分析与设计

1.1设计要求

设计锁梁自动成型机床，在连续的送料过程中实现机床的自动送料，自动夹紧，自动切削，自动下料的功能。

1.2设计原理图与功能分析

图1-2-1

1——送料夹持器2——圆锥凸轮3——摆杆4——刀盘

5——夹紧爪6——锥套7——工件

切削加工原理如上图1-2-1：

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

（1）在送料过程中要体现出急送慢回的现象，所以要采用四杆机构或六杆机构，在送料过程中送料机构要沿导轨做直线往复运动。

（2）刀具有相对的进刀运动，满足刀具的往复切削要求。

（3）夹紧机构必须要配合送料机构，当送料时夹紧机构会松开，当返回时夹紧机构要加紧，要求夹紧机构必须能有一定的周期，并且要有相对的位置上的移动。

（4）动力传送。

1.3功能分解

为了实现将工件切削加工成型的形状，可将总功能分解为如下图1-3-1分功能：

1.送料功能；

2.夹紧功能；

3.切削功能。

图1-3-1

1.4各种传动装置特点

各种传动装置的特点如下表1-1

特点

寿命

应用

齿轮传动

承载能力和速度范围广，传动比恒定，外轮廓尺寸小，工作可靠，效率高，制造和安装要求高，精度低。

运转有噪音，无过载保护

取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗摩擦能力

金属切削机床，汽车，起重设备等

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

表1-1

第2章各机构的运动方案分析与设计

2.1送料机构分析

目的：

工件送料功能需要采用急进慢回的往复直线移动机构来实现。

（一）六杆机构　　

完成该功能我们可以采用六杆机构，六杆机构是将旋转运动转换为一定范围内的往复直线移动。

当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现沿导轨的往复直线运动，即可实现送料功能。

下图2-1-1即为六杆机构。

图2-1-1

1——原动件2、5——滑块3、4、6——杆

功能：

用于将旋转远动转换成有急进慢回特性的直线往复移动。

特点：

原动件1可以固定在一个齿轮圆盘，使其带动3旋转。

滑块2始终在杆3上移动。

缺点：

摩擦很大，易造成机构磨损，使其寿命降低。

自由度计算：

n=5P1=7Pn=0F=3X5-（2X7+0）=1

（二）平面四杆机构

图2-1-2

1——机架2——凸轮3——杆4——滑块

功能：

用于将旋转远动转换成间歇特性的往复移动

工作原理：

齿轮圆盘固定在机架1上，通过杆3将远动传递滑块4，滑块4在此做间歇性往复远动。

特点：

结构简单，稳定性能好。

缺点：

急进慢退性能较差。

自由度：

n=3Pl=4Pn=0F=3*3-（2*4+0）=1

两者相比较，六杆机构较为合适，并且六杆机构可以随意的控制送料机构的急进慢回特性，更好的实现急进慢回的特性，因此送料机构应选用六杆机构。

2.2夹紧机构分析

夹紧机构所具有的功能是在送料机构送料时夹紧机构是处于松开的状态，在返回时应加紧工件进行加工，在一个周期内完成一次加紧和松开，配合送料机构完成加紧和松开。

在夹紧机构中还需要和杠杆共同使用才能保证机构顺利完成各项任务。

下面有三种方案可供选择，如下图2-2-1、2-2-2和2-2-3所示：

图2-2-1

1——锥套2、7——移动滚子3、5——杆4——凸轮

6——机架

图2-2-2

1——凸轮2——滚子3、5、6——杆4——滑块

7——机架8——锥套9——弹簧

图2-2-3

1——锥套2、5——杆3——机架4——滚子

6——弹簧7——凸轮

比较三种方案：

这三种方案从图中可以很明显的看出不同点，2图与1图相比较，2图较好一点，2图中的机架位于6杆的中间可以保证凸轮的升程和夹紧机构的位移相同，减小了凸轮的推程，可以减小凸轮的基圆半径，减小凸轮的体积，从而达到减轻重量的目的。

2图使用推杆有滚子减小了推杆和凸轮的摩擦，减小磨损，可以保证良好的传动效果。

同时使用弹簧9会使杆与滚子形成的高副接触良好，并且锥套在松开时较为方便。

但是，2图中也有些不足之处，就是滑块4在移动的过程中摩擦较大。

而3图就不同了，它不仅具有2图所具备的优点，而且也避免了2图中所出现的不足，因此3图是最优的选择。

2.3进刀机构分析

进刀机构所要求的是间歇性往复直线运动，所以用到凸轮结构，保证在送料的时候不进行进刀，当加紧机构加紧时才进行切削运动，并且在最后的加工时刀具应保证道具可以连续的加工一周。

如图2-3-1，大致图像参考加紧机构。

图2-3-1

1——圆锥凸轮2、5——杆3——机架4——滚子

6——弹簧7——凸轮

功能：

将旋转远动转换为打架间歇往复远动

结构和工作原理:

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。

综上所述，经比较可知图2-3-1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。

2.4凸轮机构分析

一般以凸轮为主动件，作连续的回转运动或平移运动，其轮廓曲线的形状取决于从动件的运动规律。

只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因而在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到了广泛运用。

但是它的从动件与凸轮间为点线接触，易磨损，只适用于传力不大的场合；再者凸轮加工比较困难；最后凸轮从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。

凸轮关系到加紧机构和进刀结构，根据要求必须要保证两者之间保持相对的时间间距，应选择合适的基圆大小选择合适的偏移位置，以保证合适的压力角增加传动性能。

具体的凸轮尺寸下文具体介绍。

2.5总方案对比及最终方案确定

方案一：

图2-4-1

方案二：

图2-4-2

方案三：

（最优方案）

图2-4-3

方案说明：

曲柄8，滑块9，导杆10，连杆11，滑块12构成送料机构；凸轮14，滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24，夹紧套26，弹簧21构成夹紧机构；凸轮13，滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23，锥套25，弹簧22构成进给机构。

夹紧凸轮14和进给凸轮13，齿轮7，曲柄8在同一轴上，齿轮5，6在同一轴上，齿轮4，3在同一轴上，空间摆放位置一致。

①送料功能：

选用六杆机构，如图2-1-1所示。

②夹紧功能：

选用凸轮机构+连杆机构，如图2-2-3所示。

机构简单，稳定，具有间歇特性。

③进给功能：

选用凸轮+连杆机构，如图2-3-1所示，机构稳定，运动具有确定性。

运动说明：

电机1通过皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，曲柄8通过滑块9，导杆10，连杆11，将曲柄的匀速转动转化为送料器12的往复运动；夹紧凸轮14通过滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24将凸轮的匀速转动转化为夹紧套26的间歇往复运动；进给凸轮13通过滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23将凸轮的匀速转动转化为进给装置的间歇往复运动。

其中，弹簧21和弹簧22使摆杆24和摆杆23与对应的凸轮形成力封闭，使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。

推杆27和推杆28在凸轮的带动之下，从而去使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。

2.6系统运动转换功能图

（一）绘制机械系统运动转换功能图如下图2-6-1

图2-6-1

（二）形态学矩阵法创建机构运动方案

根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由下表所示的形态学矩阵可求出锁梁自动成型切削系统的运动方案数为：

N=3×3×3×3×3×3=729

功能元

功能元分解（匹配机构）

1

2

3

减速一

带传动√

齿轮传动

蜗杆传动

减速二

带传动

齿轮传动√

蜗杆传动

减速三

带传动

齿轮传动√

蜗杆传动

送料机构无间歇往复移动

导杆机构

六杆机构√

四杆机构

夹紧套的间歇往复移动

凸轮机构

连杆机构

凸轮机构

连杆机构√

进给锥套的间歇往复移动

凸轮机构

连杆机构

凸轮机构

连杆机构√

表2-1

第3章各机构尺寸的确定

3.1工件尺寸的确定

根据工件的长度为225mm,机床的生产率为15件每分钟，电机的转速为800转每分钟，可以算出每生产一件工件需要的时间为60/15=4秒。

3.2送料机构尺寸的确定

图3-2-1

如图3-2-1所示，根据工件长度L=225mm，可确定滑块行程为225mm。

为满足送料时有快进慢退特性，采用以上六杆机构，取曲柄1的极位夹角为60°，则行程速比系数K=225/105=2.4，极位夹角θ=180*（k-1）/（k+1）=69°，CD=（L/2）/sin（74/2）=133给定AC=41mm，则曲柄AB=41*sin37=24mm，为使送料最大压力角为合适值34°，取DE垂直于工件的距离为20mm,则连杆DE长为20/sin37=33mm。

计算可得出导杆3的摆动角度为69°，送料机构的最大压力角为36°

L=225mm

DE=33mm

CD=175.mm

AC=81mm

AB=46mm

进一步分析，可以得出送料，加紧，进刀的大概时间和角度分配情况如图3-2-2：

图3-2-2

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

1.017s

2.313s

105°

255°

夹紧阶段

初始

上升

夹紧

回程

0.832s

0.37s

1.665s

0.462s

50°

60°

170°

80°

切削阶段

初始

上升

远休

回程

1.48s

1.387s

0.185s

0.277s

115°

35°

70°

140°

表3-1

送料：

进程0°-105°回程105°-360°SS

夹紧：

近休0°-50°推程50°-110°

远休110°-280°回程280°-360°

进给：

近休0°-115°推程115°-150°

远休150°-220°回程220°-360°

从图3-2-2和表3-1中我们可以看出当送料还未完成时夹紧机构就开始做夹紧运动，直达下一次夹紧之前才开始松开，当夹紧机构完全加紧后才开始进刀运动。

由此图可以得出三者之间的角度大小关系。

3.3夹紧机构尺寸的确定

图3-3-1

如图3-3-1所示，夹紧机构采用的是凸轮连杆机构。

这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0，支点3位于加紧套与推杆5竖直距离的中点处，以保证推杆5的移动距离与夹紧套的移动距离相等。

而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了。

此时凸轮的升程就可以确定了为20mm，基圆半径定为50mm，滚子半径5mm，选取对心凸轮则偏心距为0.根据凸轮的仿真设计。

所以应选用这一项作为计算凸轮的尺寸，升程最大压力角如下图3-3所示：

图3-3

回程最大压力角如下图3-4所示：

图3-4

最大曲率半径和运动规律图如下图3-5，3-6所示：

图3-5

图3-6

如下图所示的动态仿真图3-7所示：

图3-7

基本数据

基圆半径：

r0=60mm

滚子半径：

rb=5mm

偏距：

e=0mm

升程：

h=20mm

推程运动角：

35ο

远休止角：

70ο

回程角：

140ο

近休止运动角：

115ο

最小曲率半径：

ρmin=41.4607mm

升程最大压力角αmax=27.3038ο

3.4传动机构尺寸的确定

图3-4-1

根据表1-1可得从电机出来后一定要先经过皮带传动，可以增大主动轮到从动轮的距离，其次有利于缓和冲击，且安装和整体的结构较简单。

转速为850r/min的电动机经皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，进给凸轮，送料曲柄同步转动。

进而实现送料，夹紧，进给的功能。

由于生产率为15件/分,而电动机的转速为800r/min，则i=n4/n电=15/800=3/160

一级减速（皮带减速）i1=n2/n1=3/19

二级减速（齿轮减速）i2=n3/n2=2/5

三级减速（齿轮减速）i3=n4/n3=2/5

i=i1×i2×i3=1/45

如图2-4-3所示，轮一和轮二用皮带相连，其余为齿轮传动，模数m=5,D1=48mm,D2=304mm,Z3=Z5=20,Z4=Z6=50,D3=D5=80mm,D4=D6=200mm

电机

n1=800r/min

图3-4-2

第4章总体装配图

4.1确定刀架位置

刀架的位置首先应参考送料机构的位置和运动情况，送料机构的位置和运动如下：

从图中我们可以看出物块是在机架的水平左右200mm内移动，所以刀架与机架的水平位移必须要大于200mm，且刀架还要有相对的滑动，所以间歇要留的足够大，所以可以选取刀架与机架的水平位移为150mm，此时就可以把刀架的位置定下来了。

4.2确定夹紧机构位置

同理，夹紧机构与刀架也必须要保证一定的间隔，又因为夹紧机构的左右滑动位移为10mm，所以可以选取夹紧机构与刀架的水平位移为100mm，即如下图4-2-1所示

图4-2-1

4.3确定推杆的长度

由表3-1可知凸轮进刀的具体参数，可知道近休止为110mm，远休止为60mm，且当送料时即凸轮在近休止时夹紧机构处于松开的状态，当送料机构返回时在处于远休止时夹紧机构处于加紧状态加工工件，所以可以得出当凸轮处于远休止时L推杆+R滚子+60=225mm,滚子半径为5mm，所以可以得出推杆长度为160mm。

4.4整体的结构

在安装整体尺寸图时必须要保证在送料机构返回时在处于远休止时夹紧机构处于加紧状态加工工件。

图4-4-1

L=225mm，凸轮尺寸计算过程由数学关系计算得出总装尺寸，由实际安装得夹紧推28杆的长度为200mm，进给推杆27的长度为200mm，24支点的尺寸为1/2总长为91.31mm，23支点的尺寸为1/3总长为60.31mm。

第5章设计总结及感谢之言

通过了两个星期的机械原理课程设计，学到了很多的东西，当我们接到到设计的任务书时，简直无法下手，我们在老师的精心指导之下，我和我们组的其他同学每天都找一个地方集中去讨论，查阅了相关的资料，根据设计性能的要求去提出自己的方案，最后得出自己的最优方案决策，这项工作里需要更多同事的合作参与，在很多的时候我们需要达成共识，这次课程设计，让我们明白在社会这样一个大群体里面,沟通是为人处世的基本,让我体会到了团队的力量，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。

当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题。

在这种相互协调合作的过程中,虽然说出现过彼此意见不一致的时候，但是，这样更让我们的课程设计得以圆满的结束。

这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,互补互助…也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态。

我的最深有体会的就是，虽然这只是一次简单的课程设计，但是，它让我体会到了，不管做什么事情，都不能半途而废，更不能草草了事，虽然说我的设计并不太严谨，完美，但是我了解了要想完成一件事情，真么很不容易。

同