平尺刻线机设计666.docx

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平尺刻线机设计666

课程设计（课程实习）

机械设计与制造主体实践

（一）

院（系、部）：

机械工程学院

姓名：

刘志宏

同组成员：

尤景泽江辉王吉仁

班级：

机132

指导教师签名：

徐林林

2015年7月10日·北京

1.1机器的功能和设计要求…………………………………………3

1.2工作原理和工艺动作……………………………………………4

1.3执行机构选型和评定………………………………………51.4拟定运动循环图…………………………………………………12

1.5机械运动方案示意图……………………………………………12

1.6执行机构的运动尺度设计………………………………………13

1.7机械传动系统设计………………………………………………18

1.8设计结果得分析…………………………………………………20

1.9参考文献…………………………………………………………20

2.0设计体会…………………………………………………………20

1.1平尺刻线机设计

一、工作原理及工艺动作过程

在很多具有定量要求的相对移动和相对转动的零件上，需要有指示相对移动或转动量的刻度线。

平尺刻线机主要用于有相对移动零件的刻线工作。

刻度线长度按十进制规律分为三种，分别指示一、五和十，并依次重复出现。

图1所示的钢板尺就是用平尺刻线机加工的。

显然在加工时，平尺每送进1mm，刻刀刻线一次，且能自动改变刻线长度。

因

图1钢板尺

此，平尺刻线机主体工作机构是刻线机构（主运动）和平尺送进机构（辅助运动）。

二、原始数据及设计要求

（1）平尺毛坯的轮廓尺寸（图6-14）为：

1040×30mm（长×宽）。

（2）要求在平尺毛坯上按一定规律刻出不同长度的线条：

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。

（3）刻线深度为0.5mm，深度要均匀，为防止刀具磨损，要求反行程有抬刀运动。

（4）刻线速度：

每秒钟刻一条线。

（5）行程速度变化系数K≥1.2。

（6）为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调（短、中、长三种长度的比例可不变）。

（7）刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数

。

刻线时的切削力

。

三、设计方案提示

（1）在刻线机构中需要考虑抬刀运动和自动改变线条长度的机构及其它一些必要的调节机构。

（2）根据原始数据进行传动计算，可初选电动机的额定转速n＝1450r/min。

通过传动比计算确定主运动和送进运动系统中各级传动比的分配。

（3）刻线机构为了保证刻线质量，应尽可能使刻刀在刻线行程内匀速运动。

抬刀机构必须与刻线机构运动协调，即在刻线完成点抬刀，在刻线起始点落刀。

为保证落刀时刀尖不碰到平尺坯上，刻刀在刻入尺坯前应有一定距离的空程，在设计时主运动的行程应考虑这段距离（可取为3～4mm）。

（4）自动改变行程长度的附加机构必须与进给运动联系起来，即每进给四次，第五次行程由短程变为中程，再进给四次短程，第五次时变为长程，完成一次循环。

显然在进给机构和行程控制机构之间，需要一个计数机构来实现循环的控制。

这一计数机构要求简单实用，灵活可靠，且必须是一种纯机械式的设计方案。

（5）根据对刻线机工作循环的载荷变化规律和各构件的估计质量以及各传动系统的估算阻力，对整个机械传动系统进行力分析，求出机械系统一个循环的等效阻力矩变化规律，并近似以其平均值计算所需电动机功率，选择合适的电动机功率。

四、设计任务

（1）根据工艺动作要求拟定并绘制运动循环图；

（2）进行刻线机构和平尺送进机构的选型；

（3）机械运动方案的评定和选择；

（4）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；

（5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；

（6）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟；

（7）画出机械运动方案简图；

（8）进行飞轮设计；

（9）编写设计计算说明书。

1.2.三运动分析

1.运动要求：

实现“抬刀—刻线－抬刀－刻线”的运动。

2.功能分析：

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；刻线机构用于刻线，刻线机构要有急回特性：

进给机构用于控制刻线间隔以及改变刻线长度。

六．机构运动方案拟定

1.刻线机构的方案选定

方案一：

此方案为六杆机构，曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构的组合。

主要优点为：

运动副为低副，磨损小，且制作简便，可以传递远距离的动作。

主要缺陷：

惯性力和惯性力矩不易平衡，设计比高副机构复杂，有时为了满足需要需要增加运动副的数目，会产生运动误差，影响传动精度。

方案二：

刀具工作台下的圆柱体实现匀速转动，在圆柱外表面开槽，通过槽位置的设定和工作台下杆和槽的配合实现可控的往复运动和其急回特性，上右图就为展开的圆柱外圆槽曲线。

优点：

结构简单且可实现可控往复运动的功能要求，且有急回特性。

缺点：

此方案需要的圆柱体较大，效率低，磨损问题较为严重，运动过程中可能会出现卡死现象，较为危险。

方案三:

通过凸轮控制载刀台的水平方向的前后刻线运动从而完成刻线。

主要优点：

只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现任意预期的运动规律，完全可以实现刀具在刻线时匀速运动。

并且结构简单，紧凑，工作可靠。

缺点：

凸轮为高副接触，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。

综合上面的分析，由于刻线机构大部分为低速机构，又要求精度较高，且结构紧凑，工作可靠，同时要求刻线时匀速运动。

（2）与（3）比较,圆柱凸轮机构的凸轮径向尺寸比盘型凸轮机构的凸轮径向尺寸要小得多，所需凸轮活动空间也小。

但是它的轴向尺寸却增大了，因此在实际设计中，还应根据允许的空间大小，最后决定选择方案（3）

2抬刀机构设计

方案一

此方案存在明显不足：

由于是靠弹簧来实现抬刀落刀的，所以刻线深度容易存在较大误差。

方案二

用此连杆机构会增大机构所占空间，且比较复杂。

方案三

仍采用凸轮机构完成抬刀落刀运动，且能完全控制刀具运动规律，结构紧凑。

综上，选取方案3为抬刀机构。

3工作台进给机构方案的选用

方案一

曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去。

优点：

结构简单，传力较小，运动灵活，利用曲柄摇杆机构可实现右轮的往复转动。

缺点：

结构简单但不紧凑。

方案二

差动螺旋可实现尺坯的先后运动，但在改变尺坯左右方向上局限性很大，因为要改变刻度的长度，所以这种方法不适用。

方案三

曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去。

优点：

结构简单，传力较小，运动灵活，，利用曲柄摇杆机构可实现右轮的往复转动。

缺点：

结构简单但不紧凑。

综上，这里选择方案三。

同时工作台上安放塔轮来实现改变刻线长度

塔轮造型如下图

工作时刀具从内向外刻线，刻短线时水平杆抵在内圆上，每刻四个短线，水平杆抵在中圆上，钢尺平台向刀具（图中是向右）移动刻出中线；同理刻出长线。

这里，用一个棘轮控制塔轮的间歇转动（具体说明在总体设计方案后面）。

四整体方案设计1

整体方案设计2

整体方案3

备注（右侧工作台工作原理）

具体说明如下图

电动机带着曲柄摇杆机构运动，同时曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去，传递给塔轮，使它配合工作台间歇运动。

塔轮的具体构造

方案论证，对于1方案，有用到弹簧机构，所以不差比较大，不适合，对于2方案主要研究的是机构走刀的左右形成问题，但考虑到刻度机在刻线时有一个匀速前行的过程，很显然塔轮上面的凸起沟槽不能够是刻线机在工作时按照既定方案匀速刻线，所以排除第2方案，最终确定第3方案。

1.3机构的运动循环图为

1.4刻线机构两凸轮轮廓参数的确定

刀具的运动轨迹如下：

说明：

（1）刀具分为水平方向和竖直方向的两个分运动。

（2）刀具水平运动抬刀后要有急回运动。

（3）刀具水平匀速运动的距离为最长刻线的长度18mm，这样保证了刻线的均匀。

这里靠载钢尺的工作台的左右移动完成刻线长度的改变，靠钢尺进给运动完成刻线。

（4）黑线为刀具黄线为刀具运动轨迹蓝线为刻线。

（5）我们考虑了刻刀在刻入尺坯前应有的空程距离，这段距离大概3到4mm

1.5控制水平运动的凸轮

1.控制刀具水平运动凸轮轮廓（对心尖顶从动件盘型凸轮机构）的设计

这里采用解析法

第一步：

设计从动件的运动规律：

运动参数的设定：

凸轮转角为ø角速度ω为（4*л/3）rad/s=240度/s

Vmax=V刻线=24mm/s行程速比系数K=2.6t工作=1.083s

t回程=5/12sHmax=22mmH刻线=18mm

速度v解析式如下：

0≤Ø≤2л

v1=12-12cos（9ø/2）0≤ø≤2л/9

v2=242л/9≤ø≤11л/9

V3=12-12cos（9ø/2-9л/2）11л/9≤ø≤13л/9

V4=

cos（

ø-

л）-

13л/9≤ø≤2л

位移s的解析式如下：

S1=9ø/л-2sin（9ø/2）/л0≤ø≤2л/9

S2=18ø/л-22л/9≤ø≤11л/9

S3=9ø/л+9-2sin（9ø/2）11л/9≤ø≤13л/9

S4=22+11sin（18ø/5-26л/5）/л-198（ø-13л/9）/5/л）13л/9≤ø≤2л

加速度a的解析式如下：

a1=72лsin（9ø/2）0≤ø≤2л/9

a2=02л/9≤ø≤11л/9

a3=-72лsin（9ø/2-11л/2）11л/9≤ø≤13л/9

a4=-72лsin（18ø/5-26л）13л/9≤ø≤2л

第二步：

设计凸轮曲线轮廓

凸轮基圆半径的选择方法：

1.采用理论计算.

Rmin=√（（ds/dø

e/tgα-s）2+

）

α=[α]=30度代入数据计算得Rmin>=30mm

这里选取基圆半径Ro=50mm

2.控制抬刀的凸轮（对心尖顶盘型凸轮机构）曲线轮廓的设计（使用图解法）

这里基圆半径r=20mm（经由前面计算得到）

H=3.5mm

位移s的解析式如下：

S1=

ø-

лsin（

лø）0≤ø≤

S2=

≤ø≤11л/9

S3=

лsin（9ø-11л）-

лø+

11л/9≤ø≤13л/9

S4=013л/9≤ø≤2л

速度v的解析式如下：

V1=

л-

лcos（

ø）0≤ø≤

V2=0

≤ø≤11л/9

V3=21cos（9ø-11л）-2111л/9≤ø≤13л/9

V4=013л/9≤ø≤2л

加速度a的解析式如下：

a1=

sin（

ø）0≤ø≤

a2=0

≤ø≤11л/9

a3=-252лsin（9ø-11л）11л/9≤ø≤13л/9

a4=013л/9≤ø≤2л

将各段分5份使用’反转法’画出轮廓曲线

曲线轮廓见下图

1.6塔轮机构的简单设计

塔轮中的最外有效直径差值（绿色的外圆与黄圆）为（18-10）x2，即差值为10，塔轮黄色和红色的圆有效直径差值为（13-10）x2,即差值为6,最内部的红色圆的直径可以适当选择，只需使刻线长短满足差值一半。

CAD成图

1.7传动机构方案的设计

刻线机构主轴转速n1=40r/min进给间歇机构主轴转速n2=80r/min

首先选择电动机，常用的电动机型号如下表：

电动机转速确定

取带传动的传动比ib=2～4，齿轮传动的传动比ig=3～5，则传动装置的总传动比为：

i=ibig=（2～4）×（3～5）=6～20

故得电动机的转速范围为：

n=80x（6~20）=480-1600r/min

查表，选择选用Y90L-4的电动机转速为1500r/m

取带传动的传动比为4.两个传动比分别为刻线机构i1=37.5,进给机构i2=18.75传动图如

各个齿轮的齿数见上图。

1.8设计结果的分析

机器的应用可以充分利用，节省了成本，大大提高了生产效率。

平尺刻线机代替了以往的人工作业，提高了机械化程度及生产效率，节省了人力及时间，改善了人们的作业环境。

本设计采用一般思路应用凸轮机构控制刻线和抬刀，用塔轮机构和棘轮机构配合完成定时、定量的进料动作，结构简单不复杂，理论上达到了刻线要求及其它相应工作条件。

理论上本机使用价值高，经济效益高，由于本设计没有做试验，对其实际的可行性程度还不能确定。

1.9参考文献

[1]材料力学（第五版）.高等教育出版社.

[2]江帆主编.机械原理.北京：

机械工业出版社,2012:

12

[3]北京理工大学工程图学教研室编.机械制图.6版.北京：

高等教育出版社，2007.7

[4]简明机械设计手册.同济大学出版社，2002.5

2.0设计体会

在机械设计中，需要一步一步循序渐进地去做。

首先要了解要做什么机器要完成什么工作，接着去分析欲完成其工作的运动动作，然后去想做该运动动作的机构能有哪些，在之前的课程设计中我们没有很深刻的理解这一点，加之上学期有电子实习，没有按时请教老师，导致了方案迟迟没有确定和完成，我们仍坚持最初方案，并不断改正，这期间有很多问题，但得到了徐老师和窦老师的理解和帮助，在此感谢各位老师的宽容。

在设计机构的尺寸时，我们去分析运动规律是否符合工作的过程。

再去检验机构，能否正常工作，满足一些要求。

每个步骤都记录，因为在设计中会有很多的错误和未知因素（未想到的因素）的干扰，出现这些问题时要经常翻回去重新计算、分析，甚至是重新设计方案。

这次课设是对我们的一次深刻历练，我们一定汲取教训，争取在日后的机械其他课程中逐渐弥补不足和缺陷，再次感谢窦老师和徐老师的认真批阅和指正！