机械课程设计.docx
《机械课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械课程设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械课程设计
说明书
设计题目：
电机转子嵌绝缘纸机
机械工程及自动化专业**********
设 计 者：
***
学 号：
********
指 导 老 师：
*****
*****年**月***日
目 录
一、功能及原理……………………………………………………2
二、工艺动作过程…………………………………………………2
三、优点……………………………………………………………2
四、原始数据及设计要求…………………………………………3
五、功能分解………………………………………………………4
六、运动转换框图…………………………………………………５
七、执行机构的选择与比较………………………………………5
八、原动件的选择…………………………………………………6
九、机械运动方案的拟定与比较…………………………………7
一十、传动机构的执行与比较………………………………………8
十一、运动示意图……………………………………………………9
十二、运动循环图……………………………………………………10
十三、执行机构的计算………………………………………………11
参考文献………………………………………………………………12
心得体会………………………………………………………………13
凸轮机构程序…………………………………………………………14
电机转子嵌绝缘纸机的
功能设计与说明
1．电机转子嵌绝缘纸机原始数据及设计要求：
每分钟嵌纸80次。
电机转子尺寸：
直径D=35-50mm，长度L=30-50mm。
工作台面离地面距离约1100～1200mm。
要求机构的结构尽量简单紧凑，工作可靠，噪声较小。
该机构最好有急回运动特性
2．工艺过程：
送纸。
将一定宽度、卷成一卷的绝缘纸送一定量到位；
切纸。
按需要切下一段绝缘纸；
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
电机转子嵌绝缘纸机
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。
缺点：
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
优点：
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。
缺点：
凸轮廓线与推杆之间为点或线接触，易磨损。
曲柄滑块机构
优点：
几何形状简单，易于加工，可承受较大载荷，磨损较小。
缺点：
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
方案一：
插刀和切纸刀同为曲柄滑块机构
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.
方案二：
插刀和切纸刀同为凸轮机构
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.
缺点：
凸轮廓线与推杆之间为点或线接触，易磨损。
急回运动设计比较复杂.
方案三：
插刀为曲柄滑块机构切纸刀为凸轮机构
优点:
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
方案一:
槽轮机构方案
优点:
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。
缺点:
因槽轮运动过程中角速度有变化，不适合高速运动场合。
方案二:
棘轮机构方案
优点:
结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。
缺点:
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。
方案三:
不完全齿轮机构方案
优点：
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。
缺点：
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
2ß=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
#include
#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;
if（theta>=360）
theta-=360;
elseif（theta<0）
theta+=360;
returntheta;
}
voidmain（）
{
doublerb,thetat,thetah,h,w,thetas1;
doublefi,s,v,a,k1,rf,x,y;
cout<<"基圆:
";cin>>rb;
cout<<"推程角:
";cin>>thetat;
cout<<"回程角:
";cin>>thetah;
cout<<"停歇角:
";cin>>thetas1;
cout<<"从动杆高度:
";cin>>h;
cout<<"角速度:
";cin>>w;
doublet;
for（fi=0;fi{
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="<cout<<"v="<cout<<"a="<cout<<"rf="<cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
for（fi=thetat;fi{
cout<<"s="<cout<<"v=0"<cout<<"a=0"<<'\t';
cout<<"rf=0"<t=change1（fi）;
x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;
y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;
cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
}
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
虚线：
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
实线：
推纸头位移曲线
点划线：
推纸头速度曲线
虚线：
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。
缺点：
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．
升级会员 