駱江永-機械設計書(1)

1、+明 德 學 院機械原理課程設計說明書 院 系： 明德學院機電系 年 級： 2013級 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機自13151 學 號： 1320031006 姓 名： 駱江永 2016年1月2日目 錄 前言3 機械原理課程設計概述4第1章 功能分析與設計6 1.1 設計要求6 1.2 設計原理圖與功能分析6 1.3 功能分解7 1.4 各種傳動裝置特點7第2章 各機構的運動方案分析與設計9 2.1 送料機構分析9 2.2 加緊機構分析10 2.3 進刀機構分析122.4 凸輪機構分析13 2.5 總方案對比及最終方案確定14 2.6 系統(tǒng)運動轉換功能圖15第3章 各機構尺

2、寸的確定18 3.1 工件尺寸的確定18 3.2 送料機構尺寸的確定18 3.3 夾緊機構尺寸的確定203.4 傳動機構尺寸的確定26第4章 總體裝配圖29 4.1 確定刀架位置29 4.2 確定夾緊機構位置29 4.3 確定推桿的長度29 4.4 整體的結構29第5章 設計總結及感謝之言31第6章 參考文獻32 前言 機床是我們日常生活中常用到的加工生活用品和機械的工具，每種機床都有它自己獨特的用處。機械系統(tǒng)是機械的重要組成部分，是機械的主體。機械系統(tǒng)的設計是機械設計中極其重要的一環(huán)，設計的正確和合理與否，對提高機械的性能和質量、降低制造成本與維護費用等影響很大，都應認真對待。 機械系統(tǒng)的方

3、案設計是一項極富創(chuàng)造性的活動，要求設計者善于運用已有的識和實踐，認真總結過去的有關工作，廣泛收集、了解有關信息（如查閱文獻.同有關人員交談等），充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維和想象能力，靈活應用各種設計方法和技巧，以設計方法和技巧，以設計出新穎、靈巧、高效的機械系統(tǒng)。 機械原理課程設計結合一種簡單機器進行機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合、機械運動方案設計等，使學生通過一臺機器的完整的運動方案設計過程，進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文字表達及設計資料查詢等諸多方面的獨立工作能力進行的訓練，培養(yǎng)理論與實際相結合、應用計算機完成機

4、構分析和設計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)的創(chuàng)新能力。因此，機械原理課程設計在機械學生的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用。 機械原理課程設計概述 鎖梁自動成型機床切削機構設計一、機構說明和加工示意圖鎖梁自動成型機床加工鎖梁（即掛鎖上用于插入門扣的鉤狀零件）的工序為：將盤圓鋼條校直、切槽、車圓頭、切斷和搬彎成型。本機構為該機床的搬彎成型切削工藝部分，由送料機構、夾緊機構和切削進給機構組合而成。切削加工原理如圖1：送料夾持器1將工件7送到切削加工工位。彈簧夾頭的錐套6移動，使夾緊爪5將工件7夾緊，送料夾持器1即返回。圓錐凸輪2移動，使與切槽刀桿和切斷刀桿相聯(lián)的擺桿3擺動，開始進刀，由于刀盤4的

5、旋轉運動，是工件被出圓槽、圓頭和最后切斷。圓錐凸輪2返回，擺動刀桿退刀，彈簧夾頭松開工件，待送料夾持器1第二次送進時，將已切削成型的工件推出工位。圖1 鎖梁自動成型機床切削機構加工示意圖 1送料夾持器 2圓錐凸輪 3擺桿 4刀盤 5夾緊爪 6錐套 7工件二、機構設計的有關數(shù)據 1、生產率： 15 件/分2、機電輸入轉速：n1= 800 轉/分4、齒輪模數(shù)：5 3、工件尺寸：L= 225 ，D1= 9 ，D2= 6 三、課程設計項目內容： 1、目標分析：根據設計任務書中規(guī)定的設計任務，進行功能分析，作出工藝動作的分解， 明確各個工藝動作的工作原理。 2、創(chuàng)新構思：對完成各工藝動作和工作性能的執(zhí)行

6、機構的運動方案進行全面構思。對各可行方案進行運動規(guī)律設計、機構型式設計和協(xié)調設計。 3、方案擬定：擬定總體方案，進行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機的選擇和基本參數(shù)設計。 4、方案評價：對各行方案進行運動分析、力分析及有關計算、以進行功能、性能評價和技術、經濟評價。 5、方案決策：在方案評價的基礎上進行方案決策，在可行方案。確認其總體設計方案，繪制系統(tǒng)運動簡圖、編寫總體方案設計說明書。四、課程設計要求： 1、按工藝動作設計多個組合機構的總體方案，根據評標的運動特性、傳力特性、工作可靠性、結構緊湊性和制造經濟性等進行分析比較，最后確定一、二個較好的方案，擬定出運動方案示意圖。 2、分解工藝動作，根據生

7、產率繪制送料機構、定位機構和進刀機構的運動循環(huán)圖。 3、根據生產率和電機轉速，設計傳動系統(tǒng)。 4、用圖解法對送料機構、定位機構和進刀機構進行運動設計，繪制組合機構的機構運動簡圖。 5、用計算機輔助設計對凸輪機構進行設計，繪出凸輪輪廓和從動件位移曲線。 6、編寫課程設計說明書。內容包括：設計題目、工藝要求、設計內容、方案選擇與比較、各機構類型和運動參數(shù)的選擇、執(zhí)行機構設計、凸輪機構設計、參考資料目錄和設計小結等。第1章：功能分析與設計1.1 設計要求 設計鎖梁自動成型機床，在連續(xù)的送料過程中實現(xiàn)機床的自動送料，自動夾緊，自動切削，自動下料的功能。1.2 設計原理圖與功能分析圖1-2-11送料夾持

8、器 2圓錐凸輪 3擺桿 4刀盤5夾緊爪 6錐套 7工件 切削加工原理如上圖1-2-1：送料夾持器1將工件7送到切削加工工位。彈簧夾頭的錐套6移動，使夾緊爪5將工件7夾緊，送料夾持器1即返回。圓錐凸輪2移動，使與切槽刀桿和切斷刀桿相聯(lián)的擺桿3擺動，開始進刀，由于刀盤4的旋轉運動，使工件被切出圓槽，圓頭和最后切斷。圓錐凸輪2返回，擺動刀桿退刀，彈簧夾頭松開工件，待送料夾持器1第二次進刀時，將已切削成型的工件推出工位（1）在送料過程中要體現(xiàn)出急送慢回的現(xiàn)象，所以要采用四桿機構或六桿機構，在送料過程中送料機構要沿導軌做直線往復運動。（2）刀具有相對的進刀運動，滿足刀具的往復切削要求。 （3）夾緊機構必

9、須要配合送料機構，當送料時夾緊機構會松開，當返回時夾緊機構要加緊，要求夾緊機構必須能有一定的周期，并且要有相對的位置上的移動。（4）動力傳送。1.3 功能分解為了實現(xiàn)將工件切削加工成型的形狀，可將總功能分解為如下圖1-3-1分功能： 1.送料功能； 2.夾緊功能； 3.切削功能。圖1-3-11.4 各種傳動裝置特點各種傳動裝置的特點如下表1-1特點壽命應用齒輪傳動承載能力和速度范圍廣，傳動比恒定，外輪廓尺寸小，工作可靠，效率高，制造和安裝要求高，精度低。運轉有噪音，無過載保護取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗摩擦能力金屬切削機床，汽車，起重設備等蝸桿傳動結構緊湊，單級傳動能得到很

10、大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機床（特別是分度機構）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉胎等帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結構簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶 3500-5000h金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農業(yè)機械和紡織

11、機械表1-1第2章 各機構的運動方案分析與設計2.1 送料機構分析 目的：工件送料功能需要采用急進慢回的往復直線移動機構來實現(xiàn)。 （一）六桿機構 完成該功能我們可以采用六桿機構，六桿機構是將旋轉運動轉換為一定范圍內的往復直線移動。當曲柄轉動時，通過連桿使滑塊實現(xiàn)沿導軌的往復直線運動，即可實現(xiàn)送料功能。下圖2-1-1即為六桿機構。  圖2-1-1 1原動件 2、5滑塊 3、4、6桿 功能：用于將旋轉遠動轉換成有急進慢回特性的直線往復移動。特點：原動件1可以固定在一個齒輪圓盤，使其帶動3旋轉?；瑝K2始終在桿3上移動。缺點：摩擦很大，易造成機構磨損，使其壽命降低。自由度計算： n=5 P1

12、=7 Pn=0 F=3X5-(2X7+0) =1（二）平面四桿機構 圖2-1-2 1機架 2凸輪 3桿 4滑塊 功能：用于將旋轉遠動轉換成間歇特性的往復移動 工作原理：齒輪圓盤固定在機架1上，通過桿3將遠動傳遞滑塊4，滑塊4在此做間歇性往復遠動。特點：結構簡單，穩(wěn)定性能好。缺點：急進慢退性能較差。自由度：n=3 Pl=4 Pn=0 F=3*3-(2*4+0)=1兩者相比較，六桿機構較為合適，并且六桿機構可以隨意的控制送料機構的急進慢回特性，更好的實現(xiàn)急進慢回的特性，因此送料機構應選用六桿機構。2.2 夾緊機構分析 夾緊機構所具有的功能是在送料機構送料時夾緊機構是處于松開的狀態(tài)，在返回時應加緊工

13、件進行加工，在一個周期內完成一次加緊和松開，配合送料機構完成加緊和松開。在夾緊機構中還需要和杠桿共同使用才能保證機構順利完成各項任務。下面有三種方案可供選擇，如下圖2-2-1、2-2-2和2-2-3所示： 圖2-2-1 1錐套 2、7移動滾子 3、5桿 4凸輪6機架 圖2-2-21凸輪 2滾子 3、5、6桿 4滑塊7機架 8錐套 9彈簧圖2-2-3 1錐套 2、5桿 3機架 4滾子 6彈簧 7凸輪比較三種方案： 這三種方案從圖中可以很明顯的看出不同點，2圖與1圖相比較，2圖較好一點，2圖中的機架位于6桿的中間可以保證凸輪的升程和夾緊機構的位移相同，減小了凸輪的推程，可以減小凸輪的基圓半徑，減小

14、凸輪的體積，從而達到減輕重量的目的。2圖使用推桿有滾子減小了推桿和凸輪的摩擦，減小磨損，可以保證良好的傳動效果。同時使用彈簧9會使桿與滾子形成的高副接觸良好，并且錐套在松開時較為方便。但是，2圖中也有些不足之處，就是滑塊4在移動的過程中摩擦較大。而3圖就不同了，它不僅具有2圖所具備的優(yōu)點，而且也避免了2圖中所出現(xiàn)的不足，因此3圖是最優(yōu)的選擇。2.3 進刀機構分析進刀機構所要求的是間歇性往復直線運動，所以用到凸輪結構，保證在送料的時候不進行進刀，當加緊機構加緊時才進行切削運動，并且在最后的加工時刀具應保證道具可以連續(xù)的加工一周。如圖2-3-1，大致圖像參考加緊機構。 圖2-3-11圓錐凸輪 2、

15、5桿 3機架 4滾子6彈簧 7凸輪功能：將旋轉遠動轉換為打架間歇往復遠動結構和工作原理:凸輪7的旋轉運動，帶動推桿5的水平移動，通過滾子。4推動豎直桿2擺動，從而使得刀架間歇往復移動，實現(xiàn)刀架的進給功能。其中，推桿5上的兩個滾子有效地減小了系統(tǒng)摩擦，改善了機構的傳遞性能，使得機構的傳遞效率大大的提高，彈簧6的使用使得豎直桿2與凸輪形成力封閉，保證了豎直桿2的往復間歇擺動。使本機構具有良好的動力性能。綜上所述，經比較可知圖2-3-1所示的（凸輪 + 連桿機構）傳遞性能好，磨損較小，且豎直桿與凸輪通過彈簧形成力封閉，可保證刀架的間歇往復運動。2.4 凸輪機構分析一般以凸輪為主動件，作連續(xù)的回轉運動

16、或平移運動，其輪廓曲線的形狀取決于從動件的運動規(guī)律。只需設計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便，因而在自動機床、輕工機械、紡織機械、印刷機械、食品機械、包裝機械和機電一體化產品中得到了廣泛運用。但是它的從動件與凸輪間為點線接觸，易磨損，只適用于傳力不大的場合；再者凸輪加工比較困難；最后凸輪從動件的行程不能過大，否則會使凸輪變得笨重。凸輪關系到加緊機構和進刀結構，根據要求必須要保證兩者之間保持相對的時間間距，應選擇合適的基圓大小選擇合適的偏移位置，以保證合適的壓力角增加傳動性能。具體的凸輪尺寸下文具體介紹。2.5 總方案對比及最終方案確定方案一：圖2-4

17、-1方案二：圖2-4-2方案三：（最優(yōu)方案）圖2-4-3方案說明： 曲柄8，滑塊9，導桿10，連桿11，滑塊12構成送料機構；凸輪14，滾子16，推桿19，滾子20，擺桿24，夾緊套26，彈簧21構成夾緊機構；凸輪13，滾子15，推桿17，滾子18，擺桿23，錐套25，彈簧22構成進給機構。 夾緊凸輪14和進給凸輪13，齒輪7，曲柄8在同一軸上，齒輪5，6在同一軸上，齒輪4，3在同一軸上，空間擺放位置一致。送料功能：選用六桿機構，如圖2-1-1所示。 夾緊功能：選用凸輪機構+連桿機構，如圖2-2-3所示。機構簡單，穩(wěn)定，具有間歇特性。 進給功能：選用凸輪 + 連桿機構，如圖2-3-1所示，機構

18、穩(wěn)定，運動具有確定性。運動說明： 電機1通過皮帶2，傳到3，齒輪4傳到齒輪5，齒輪6傳到齒輪7，從而帶動曲柄8，夾緊凸輪14進給凸輪13以相同角速度轉動，曲柄8通過滑塊9，導桿10，連桿11，將曲柄的勻速轉動轉化為送料器12的往復運動；夾緊凸輪14通過滾子16，推桿19，滾子20，擺桿24將凸輪的勻速轉動轉化為夾緊套26的間歇往復運動；進給凸輪13通過滾子15，推桿17，滾子18，擺桿23將凸輪的勻速轉動轉化為進給裝置的間歇往復運動。其中，彈簧21和彈簧22使擺桿24和擺桿23與對應的凸輪形成力封閉，使擺桿24和擺桿23能夠進行往復間歇擺動。推桿27和推桿28在凸輪的帶動之下，從而去使擺桿24

19、和擺桿23能夠進行往復間歇擺動。2.6 系統(tǒng)運動轉換功能圖（一）繪制機械系統(tǒng)運動轉換功能圖如下圖2-6-1圖2-6-1（二）形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機構運動方案根據機械系統(tǒng)運動轉換功能圖可構成形態(tài)學矩陣，由下表所示的形態(tài)學矩陣可求出鎖梁自動成型切削系統(tǒng)的運動方案數(shù)為： N = 3×3×3×3×3×3= 729功能元功能元分解（匹配機構）123減速一帶傳動齒輪傳動蝸桿傳動減速二帶傳動齒輪傳動蝸桿傳動減速三帶傳動齒輪傳動蝸桿傳動送料機構無間歇往復移動導桿機構六桿機構四桿機構夾緊套的間歇往復移動凸輪機構連桿機構凸輪機構連桿機構進給錐套的間歇往復移動凸輪機構連

20、桿機構凸輪機構連桿機構 表2-1第3章 各機構尺寸的確定3.1 工件尺寸的確定 根據工件的長度為225mm,機床的生產率為15件每分鐘，電機的轉速為800轉每分鐘，可以算出每生產一件工件需要的時間為60/15=4秒。3.2 送料機構尺寸的確定 圖3-2-1如圖3-2-1所示，根據工件長度L=225mm，可確定滑塊行程為225mm。為滿足送料時有快進慢退特性，采用以上六桿機構，取曲柄1的極位夾角為60°，則行程速比系數(shù)K=225/105=2.4，極位夾角=180*（k-1）/（k+1）=69°，CD=(L/2)/sin(74/2)=133給定AC=41mm，則曲柄AB=41*

21、sin37=24mm，為使送料最大壓力角為合適值34°，取DE垂直于工件的距離為20mm,則連桿DE長為20/sin37=33mm。計算可得出導桿3的擺動角度為69°，送料機構的最大壓力角為36°L=225mm DE=33mm CD=175.mmAC=81mmAB=46mm 進一步分析，可以得出送料，加緊，進刀的大概時間和角度分配情況如圖3-2-2：圖3-2-2執(zhí)行階段運動階段運動時間(s)分配轉角(°) 送料階段送料回程1.017s2 .313s105°255°夾緊階段初始上升夾緊回程0.832s0.37s1.665s0.462s5

22、0°60°170°80°切削階段初始上升遠休回程1.48s1.387s0.185s0.277s115°35°70°140° 表3-1送料：進程0°- 105° 回程105°- 360°SS夾緊：近休0°- 50° 推程 50°- 110° 遠休 110°- 280° 回程280°- 360°進給：近休0°- 115° 推程115°- 150° 遠休150&#

23、176;- 220° 回程220°-360°從圖3-2-2和表3-1中我們可以看出當送料還未完成時夾緊機構就開始做夾緊運動，直達下一次夾緊之前才開始松開，當夾緊機構完全加緊后才開始進刀運動。由此圖可以得出三者之間的角度大小關系。3.3 夾緊機構尺寸的確定 圖3-3-1如圖3-3-1所示，夾緊機構采用的是凸輪連桿機構。這里的推桿5與凸輪中心相對，偏心距為0，支點3位于加緊套與推桿5豎直距離的中點處，以保證推桿5的移動距離與夾緊套的移動距離相等。而推桿5和擺桿2的長度根據實際裝配要求確定，只要滿足其推程確定就可以了。此時凸輪的升程就可以確定了為20mm，基圓半徑定為5

24、0mm，滾子半徑5mm，選取對心凸輪則偏心距為0.根據凸輪的仿真設計。所以應選用這一項作為計算凸輪的尺寸，升程最大壓力角如下圖3-3所示：圖3-3回程最大壓力角如下圖3-4所示： 圖3-4最大曲率半徑和運動規(guī)律圖如下圖3-5，3-6所示：圖3-5圖3-6如下圖所示的動態(tài)仿真圖3-7所示：圖3-7基本數(shù)據基圓半徑：r0 =60mm滾子半徑：rb =5mm偏距：e =0mm升程：h=20 mm推程運動角：35遠休止角：70回程角：140近休止運動角：115最小曲率半徑：min=41.4607mm升程最大壓力角max = 27.30383.4 傳動機構尺寸的確定圖3-4-1根據表1-1可得從電機出來

25、后一定要先經過皮帶傳動，可以增大主動輪到從動輪的距離，其次有利于緩和沖擊，且安裝和整體的結構較簡單。轉速為850r/min的電動機經皮帶2，傳到3，齒輪4傳到齒輪5，齒輪6傳到齒輪7，從而帶動曲柄8，夾緊凸輪14進給凸輪13以相同角速度轉動，進給凸輪，送料曲柄同步轉動。進而實現(xiàn)送料，夾緊，進給的功能。由于生產率為15件/分,而電動機的轉速為800r/min，則i = n4/ n電= 15/800=3/160一級減速（皮帶減速） i1 = n2/n1 =3/19二級減速（齒輪減速） i2= n3/ n2=2/5三級減速（齒輪減速） i3= n4/ n3=2/5i = i1×i2 

26、15;i3 =1/45如圖2-4-3所示，輪一和輪二用皮帶相連，其余為齒輪傳動，模數(shù)m=5, D1=48mm, D2=304mm, Z3=Z5=20 , Z4=Z6=50, D3=D5=80mm, D4=D6=200mm電機n1=800r/min圖3-4-2 第4章 總體裝配圖4.1 確定刀架位置 刀架的位置首先應參考送料機構的位置和運動情況，送料機構的位置和運動如下： 從圖中我們可以看出物塊是在機架的水平左右200mm內移動，所以刀架與機架的水平位移必須要大于200mm，且刀架還要有相對的滑動，所以間歇要留的足夠大，所以可以選取刀架與機架的水平位移為150mm，此時就可以把刀架的位置定下來了

27、。4.2 確定夾緊機構位置 同理，夾緊機構與刀架也必須要保證一定的間隔，又因為夾緊機構的左右滑動位移為10mm，所以可以選取夾緊機構與刀架的水平位移為100mm，即如下圖4-2-1所示圖4-2-14.3 確定推桿的長度 由表3-1可知凸輪進刀的具體參數(shù)，可知道近休止為110mm，遠休止為60mm，且當送料時即凸輪在近休止時夾緊機構處于松開的狀態(tài)，當送料機構返回時在處于遠休止時夾緊機構處于加緊狀態(tài)加工工件，所以可以得出當凸輪處于遠休止時L推桿+R滾子+60=225mm,滾子半徑為5mm，所以可以得出推桿長度為160mm。4.4 整體的結構在安裝整體尺寸圖時必須要保證在送料機構返回時在處于遠休止時夾緊機構處于加緊狀態(tài)加工工件。 圖4-4-1 L=225mm ， 凸輪尺寸計算過程由數(shù)學關系計算得出總裝尺寸 ，由實際安裝得夾緊推28桿的長度為200mm，進給推桿27的長度為200mm，