機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-木地板連結(jié)榫舌和榫槽切削機(jī)的機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)

1、木地板連結(jié)榫舌和榫槽切削機(jī)的機(jī)構(gòu)綜合 一、題目： 木地板連結(jié)榫舌和榫槽切削機(jī)的機(jī)構(gòu)綜合2.1、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 木地板預(yù)制板及其上的榫舌室內(nèi)地面鋪設(shè)的木地板是由許多小塊預(yù)制板通過(guò)周邊的榫舌和榫槽連結(jié)而成，如圖所示。為了保證榫舌和榫槽加工精度，以減小連結(jié)處的縫隙，需設(shè)計(jì)一臺(tái)榫舌和榫槽成型半自動(dòng)切削機(jī)。該機(jī)器執(zhí)行構(gòu)件工作過(guò)程如圖所示。先由構(gòu)件2壓緊工作臺(tái)上的工件，接著端面銑刀3將工件的右端面切平，然后構(gòu)件2松開(kāi)工件，推桿4推動(dòng)工件向左直線移動(dòng)，通過(guò)固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全長(zhǎng)上切出榫舌或榫槽。 榫舌和榫槽切削機(jī)工藝動(dòng)作圖2.2、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及要求榫舌和榫槽切削機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)木地板尺寸a&#

2、215;b×c(mm)550×60×10榫舌或槽口尺寸d×e(mm)4.5×4執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)件1坐標(biāo)、60、230執(zhí)行構(gòu)件行程、20、24、90推桿4工作載荷(N)2500端面切刀3工作載荷(N)1800生產(chǎn)率（件/min）70設(shè)計(jì)要求及任務(wù)：推桿在推動(dòng)工件切削榫槽過(guò)程中，要求工件作近似等速運(yùn)動(dòng)。室內(nèi)工作，載荷有輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)為三相交流電動(dòng)機(jī)，使用期限為10年，每年工作300天，每天工作16小時(shí)，每半年作一次保養(yǎng)，大修期為3年。2.3、設(shè)計(jì)任務(wù)1、至少提出三種運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)行方案分析評(píng)比，選出一種運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合；2. 

3、0;  確定電動(dòng)機(jī)的功率與滿載轉(zhuǎn)速；3.    設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；4、用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。5、圖紙上繪出最終方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（可以是計(jì)算機(jī)圖）并編寫說(shuō)明書。 3.1 功能要求加工過(guò)程要求連續(xù)，并且效率為70件/min，即為每件產(chǎn)品所需的時(shí)間是0.857s?？紤]到推桿4的工作載荷和運(yùn)動(dòng)速度及傳動(dòng)效率等因素，選擇的電機(jī)為三相Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率為：，轉(zhuǎn)速為：配合2級(jí)減速器使用以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的70 r/

4、min （詳解見(jiàn)后面計(jì)算）減速比為：4.5 和4.413.2 機(jī)構(gòu)工作原理切削機(jī)的工作原理分解如圖3.2所示，由于要完成加工要求，3個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就必須要有相同的運(yùn)動(dòng)周期，即必須轉(zhuǎn)速相同。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器減速使其轉(zhuǎn)速符合要求后傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件。主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)通過(guò)帶輪和凸輪將工件壓緊，主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)再通過(guò)連桿傳遞給銑刀把右端面切平，最后是主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪、曲柄搖桿和連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)使工件向左通過(guò)成型刀把工件加工出來(lái)。圖3.2工作原理分解圖3.3、注意事項(xiàng) 當(dāng)端面銑刀3向下運(yùn)動(dòng)，切割地板時(shí)，構(gòu)件2（壓板）應(yīng)處于一直壓住工件的狀態(tài)，推桿4應(yīng)在端面銑刀3的右面。 因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)大批量

5、的生產(chǎn)，端面銑刀3應(yīng)該在削平工件的右端面后回到原狀態(tài)，便于推桿4向左推動(dòng)工件進(jìn)行加工。另外考慮加工的效率，端面銑刀3削平工件2后，向上移動(dòng)時(shí)，首先構(gòu)件2（壓板）向上移動(dòng)。推桿4應(yīng)同時(shí)向左移動(dòng)推動(dòng)木板進(jìn)行加工。 當(dāng)推桿4將工件全部推過(guò)固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全長(zhǎng)上切出榫舌或榫槽后，推桿4將向右移動(dòng)，退至端面銑刀3右面。 推桿4退到端面銑刀3右面后，新的工件將被放置在工作臺(tái)上，構(gòu)件2（壓板）將向下運(yùn)動(dòng)將工件壓住，端面銑刀3將向上運(yùn)動(dòng)削平工件右端面。（說(shuō)明：端面銑刀固定在一個(gè)框形構(gòu)件上，推桿4可穿過(guò)框形構(gòu)件推動(dòng)工件1運(yùn)動(dòng)。）四、機(jī)構(gòu)的選型及其組合協(xié)調(diào)4.1連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 其運(yùn)動(dòng)副元素為面接

6、觸，壓力較小，承載能力較大，潤(rùn)滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機(jī)構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對(duì)保證機(jī)構(gòu)的可靠性有利。 在連桿機(jī)構(gòu)中，在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，可用改變各機(jī)構(gòu)的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 在連桿機(jī)構(gòu)中，在連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同的形狀的曲線，其形狀隨著各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來(lái)滿足一些特定的工作需要。 利用連桿機(jī)構(gòu)還可以很方便地改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向，擴(kuò)大行程，實(shí)現(xiàn)增力和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等目的4.2齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)齒輪機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它依靠輪齒齒廓直接接觸來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有傳遞功率范圍大，

7、傳動(dòng)功率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。4.3凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，占據(jù)空間較?。痪哂卸嘤眯院挽`活性，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。對(duì)于幾乎任意要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以毫無(wú)困難地設(shè)計(jì)出凸輪廓線來(lái)實(shí)現(xiàn)。 凸輪輪廓線與從動(dòng)件之間是點(diǎn)或線接觸的高副，易于磨損，故多用于傳力不大的場(chǎng)合。4.4 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)可傳遞運(yùn)動(dòng)的距離比較遠(yuǎn)；運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)、低噪音；自身通過(guò)帶打滑起過(guò)載保護(hù)；結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)精度要求不高；尺寸大，比較占空間；傳遞降速的效率比較低，理論降速為大輪半徑與小輪半徑比為降速比；帶的壽命不長(zhǎng)；不能準(zhǔn)確傳動(dòng)（帶會(huì)打滑）。五、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案5.1 工作原理分解圖

8、5.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，外廓尺寸小，功率高，壽命長(zhǎng)，功率及速度范圍廣，適宜于短距離。缺點(diǎn)制造精度要求高。主要用于傳動(dòng)。帶傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)中心距變化范圍廣，可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，可吸振，能起到緩沖及過(guò)載保護(hù)。缺點(diǎn)有打滑現(xiàn)象，軸上受力較大。常用于傳動(dòng)鏈的高速端。連桿傳動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)適用于寬廣的載荷范圍，可實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，可用于急回、增力，加大或縮曉行程。 缺點(diǎn)設(shè)計(jì)復(fù)雜，不宜高速度運(yùn)動(dòng)。 既可為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又可做為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)緊湊。 缺點(diǎn)易磨損，主要用于運(yùn)動(dòng)的傳遞。主要用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。5.2 初步設(shè)計(jì)方案5.2 初步設(shè)計(jì)方案由于初步設(shè)計(jì)方案考慮的太少，還不

9、能滿足設(shè)計(jì)需要，在初步達(dá)到加工的運(yùn)動(dòng)要求后，還要考慮構(gòu)件2（壓桿）在壓緊工件后，構(gòu)件2（壓板）如果繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將構(gòu)件2將可能被破壞，所以將初步設(shè)計(jì)方案做了以下幾種方案的改進(jìn)：5.3 改進(jìn)方案一5.3 改進(jìn)方案1利用杠桿原理，端面銑刀3在向上切割工件時(shí)，工價(jià)能達(dá)到壓緊的目的。缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)的彈簧機(jī)構(gòu)容易壞，而且不易加工。銑刀的運(yùn)動(dòng)還不能滿足要求。5.4改進(jìn)方案二考慮到改進(jìn)方案一的問(wèn)題，其連接距離比較遠(yuǎn)，并且?guī)л喌奶攸c(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)、低噪音；自身通過(guò)帶打滑起過(guò)載保護(hù)；結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)精度要求不高.故采用帶輪機(jī)構(gòu)是比較合適的。壓緊構(gòu)建所受的力比較小，并且滿足運(yùn)動(dòng)所需的軌跡。因此選擇凸輪機(jī)構(gòu)。減少了彈簧機(jī)

10、構(gòu)的沖擊等因素的影響。對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)方案二。5.4 改進(jìn)方案2由于推桿4的運(yùn)動(dòng)傳力效果不好，而且推桿4的工作荷載較大，不能滿足推桿4工作載荷2500 (N) 的要求，因此做一下的改進(jìn)。采用齒輪傳動(dòng)和擺桿機(jī)構(gòu)綜合，傳力效果較好，更符合設(shè)計(jì)的需要。改進(jìn)后得到改進(jìn)方案3。5.5改進(jìn)方案三5.5 改進(jìn)方案3該機(jī)構(gòu)滿足運(yùn)動(dòng)所需的軌跡，并且能夠承受較大的力，故最終選擇該方案，加入電動(dòng)機(jī)的3級(jí)減速裝置，如圖。5.6 其他考慮分析在考慮機(jī)構(gòu)的方案時(shí)，最初想到過(guò)用凸輪機(jī)構(gòu)控制推桿4的運(yùn)動(dòng)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)推桿4所要求工作載荷較大，傳動(dòng)力較大，比較推桿4的運(yùn)動(dòng)要求的接近勻速，雖然采用擺桿機(jī)構(gòu)，沒(méi)有凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)效果好，但

11、是齒輪和擺桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力較大，并且推程運(yùn)動(dòng)接近勻速，有急回特性，更符合設(shè)計(jì)要求。所以最終推桿4采用齒輪傳動(dòng)及擺桿機(jī)構(gòu)的綜合。六、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖以主動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)的角度為參考。直角坐標(biāo)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下：6.1 推桿、銑刀，壓桿的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖七、運(yùn)動(dòng)分析及尺寸設(shè)計(jì)7.1 電機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求知，要完成設(shè)計(jì)生產(chǎn)要求：70 件/min，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)為n=70 r/min ,每加工完成一個(gè)工件所用的時(shí)間t=0.857s 根據(jù)要求，假設(shè)推桿4 的形成速度變化系數(shù)K=1.4，則：完成推程運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間為： s由于要求的推桿4的行程為推桿4在推程運(yùn)動(dòng)的平均速度 m/s需要的功率 W根據(jù)齒輪傳遞的效率得，由電

12、機(jī)輸出，傳遞到擺桿的效率為取最小傳動(dòng)角，由擺桿傳遞到推桿4的傳遞效率為：所以 選擇電機(jī)的功率應(yīng)大于或等于：根據(jù)Y系列電動(dòng)機(jī)型號(hào)大全查表知：型 號(hào)額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動(dòng)速度 重量額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級(jí)2級(jí)kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817應(yīng)選擇：三相Y90L-4型電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率為： ，轉(zhuǎn)速為：滿足條件。而加工的速度為70件/min，因此其減速比為1400/70=20，介于8到40之間，需要用二級(jí)齒輪減速器，以達(dá)到所需要的輸出要求。減速比

13、為：4.5 和4.417.2 機(jī)構(gòu)尺寸的確定。由運(yùn)動(dòng)行程圖可以看出：各個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，算出各個(gè)構(gòu)件的尺寸。7.2.1 對(duì)銑刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸確定：圖7.2 銑刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖考慮到機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角： 這里取列出構(gòu)件桿長(zhǎng)的方程為： 得到兩桿桿長(zhǎng)考慮銑刀3的切割位置，當(dāng)銑刀3在B點(diǎn)位于最低點(diǎn)時(shí)，其上端面應(yīng)至少在推桿4的上面，當(dāng)銑刀3在B點(diǎn)位于最高點(diǎn)時(shí)，其上端面應(yīng)在工作臺(tái)之下一些，設(shè)銑刀3的長(zhǎng)度為，推桿4寬度為：5則，且所以，取因此： 7.2.3 對(duì)于推桿4的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1357-87）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)選擇的齒輪 圖7.2 推桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖根據(jù)運(yùn)動(dòng)行程圖可知：行程速比系數(shù).因此極位夾角；根據(jù)幾何位置關(guān)系有：所以：由幾何關(guān)系有：在中，有，由幾何關(guān)系有：所以：點(diǎn)坐標(biāo)：（105，-64）設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)為（擺桿的傳動(dòng)角：取左極限位置時(shí)所以，點(diǎn)坐標(biāo)為（對(duì)于推桿4，推頭應(yīng)該滿足在當(dāng)搖桿當(dāng)處于最左邊時(shí)位置時(shí)左端面應(yīng)至少到達(dá)成型刀的刀口完位置，當(dāng)搖桿當(dāng)處于最右邊時(shí)位置時(shí)左端面應(yīng)至少在銑刀的右面。所以，設(shè)推桿4的長(zhǎng)度為，成型刀寬度為：5 ，銑刀3的框架寬度為：10，且得：所以，?。?.2.4 對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)： 選擇基圓,根據(jù)規(guī)律，選擇滾子半徑動(dòng)件行程,推程運(yùn)動(dòng)角為,遠(yuǎn)休止角,回程運(yùn)動(dòng)角,