木地板連結榫舌和榫槽切削機的機構綜合

1、機械原理設計說明書木地板連結樺舌和樺槽切削機的機構綜合目錄二、設計題目及任務2.1、設計題目簡介2.2、設計數(shù)據(jù)及要求2.3、設計任務三、機構的工作原理 3.1功能要求3.2機構工作原理3.3、注意事項 四、機構的選型及其組合協(xié)調 4.1連桿機構的特點 4.2齒輪機構的特點 4.3凸輪機構的特點 4.4帶傳動機構的特點 五、機構的運動方案 5.1傳動機構及執(zhí)行機構 5.2初步設計方案 5.3改進方案一5.4改進方案二5.5改進方案三5.6其他考慮分析六、機構系統(tǒng)運動循環(huán)圖 七、運動分析及尺寸設計 7.1電機的選擇7.2機構尺寸的確定。 721對銑刀執(zhí)行機構的尺寸確定： 7.2.3對于推桿4的執(zhí)

2、行機構 7.2.4對于凸輪機構：八、用Solidworks進行運動的仿真及位移、速度、加速度的分析8.1仿真截圖8.2運動分析8.2.1銑刀8.2.2 推桿 48.2.3 壓板 2九、用CAD繪制的機構運動簡圖 十、設計的總結與心得體會 十一、參考文獻 設計任務書一、題目：木地板連結榫舌和榫槽切削機的機構綜合、設計題目及任務2.1、設計題目簡介室內地面鋪設的木地板是由許多小塊預制板通過周邊的榫舌和榫槽連結而成，如圖所 示。為了保證榫舌和 榫槽加工精度，以減 小連結處的縫隙，需 設計一臺榫舌和榫 槽成型半自動切削 機。該機器執(zhí)行構件 工作過程如圖所示。先由構件2壓緊工作臺上的工件，接著端面銑刀

3、3將工件的右端面切平，然后構件 2 松開工件，推桿4推動工件向左直線移動，通過固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全 長上切出榫舌或榫槽榫舌和榫槽切削機工藝動作圖2.2、設計數(shù)據(jù)及要求榫舌和榫槽切削機設計數(shù)據(jù)木地板尺寸a x b x c(mm)550 X 60 x10榫舌或槽口尺寸d xe(mm)4.5 X 4執(zhí)行機構主動件 1坐標60、 230執(zhí)行構件行程髯、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設計要求及任務：推桿在推動工件切削榫槽過程中，要求工件作近似等速運動。室內工作，載荷有輕微沖擊，原動機為三相交流電動機，使用期限為10年

4、，每年工作300天,每天工作16小時，每半年作一次保養(yǎng)，大修期為 3年。2.3、設計任務1、至少提出三種運動方案，然后進行方案分析評比，選出一種運動方案進行機構綜合；2. 確定電動機的功率與滿載轉速；3. 設計傳動系統(tǒng)中各機構的運動尺寸，繪制機構的運動簡圖；4、用軟件(VB MATLAB ADAM或SOLIDWORKS均可)對執(zhí)行機構進行運動仿真，并畫 出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。5、圖紙上繪出最終方案的機構運動簡圖(可以是計算機圖)并編寫說明書。三、機構的工作原理3.1 功能要求加工過程要求連續(xù)，并且效率為 70件/min，即為每件產(chǎn)品所需的時間是 0.857s?？紤]到 推桿 4

5、的工作載荷和運動速度及傳動效率等因素，選擇的電機為三相 Y90L-4 型電動機， 電機功率為： P 0.75KW ，轉速為： n 1390r /min 配合 2 級減速器使用以達到設計要 求的 70r/min （詳解見后面計算） 減速比為： 4.5 和 4.413.2 機構工作原理切削機的工作原理分解如圖 3.2 所示，由于要完成加工要求， 3 個執(zhí)行機構就必須要有相 同的運動周期，即必須轉速相同。該系統(tǒng)由電動機驅動，通過減速器減速使其轉速符合要 求后傳遞給執(zhí)行機構的主動件。主動件的運動通過帶輪和凸輪將工件壓緊，主動件的運動 再通過連桿傳遞給銑刀把右端面切平，最后是主動件的運動通過齒輪、曲柄搖

6、桿和連桿機 構推動推桿的運動使工件向左通過成型刀把工件加工出來。圖 3.2 工作原理分解圖3.3 、注意事項 當端面銑刀 3 向下運動，切割地板時，構件 2（壓板）應處于一直壓住工件的狀態(tài)，推 桿 4 應在端面銑刀 3 的右面。 因為要實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，端面銑刀 3 應該在削平工件的右端面后回到原狀態(tài)，便于 推桿 4 向左推動工件進行加工。另外考慮加工的效率，端面銑刀 3 削平工件 2 后，向 上移動時，首先構件 2（壓板）向上移動。推桿 4 應同時向左移動推動木板進行加工。 當推桿 4 將工件全部推過固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全長上切出榫舌或榫 槽后，推桿 4 將向右移動，退至端面銑

7、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上，構件 2（壓板）將向下 運動將工件壓住，端面銑刀 3 將向上運動削平工件右端面。（說明：端面銑刀固定在一個框形構件上，推桿 4 可穿過框形構件推動工件 1 運動。）四、機構的選型及其組合協(xié)調4.1 連桿機構的特點 其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易， 且連桿機構中的低副一般是幾何封閉，對保證機構的可靠性有利。 在連桿機構中，在原動件的運動規(guī)律不變的條件下，可用改變各機構的相對長度來使 從動件得到不同的運動規(guī)律。 在連桿機構中，在連桿上各點的軌跡是各種不同的形狀的曲線，其形狀隨

8、著各構件的 相對長度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用來滿足一些特定的工作需要。 利用連桿機構還可以很方便地改變運動的傳遞方向，擴大行程，實現(xiàn)增力和遠距離傳 動等目的圖 4.1 連桿機構4.2 齒輪機構的特點齒輪機構是在各種機構中應用最為廣泛的一種傳動機構。它依靠輪齒齒廓直接接觸來傳遞 空間任意兩軸間的運動和動力，并具有傳遞功率范圍大，傳動功率高，傳動比準確，使用 壽命長，工作可靠等優(yōu)點。圖 4.2 齒輪機構4.3 凸輪機構的特點結構簡單、緊湊，占據(jù)空間較??；具有多用性和靈活性，從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪 廓曲線的形狀。對于幾乎任意要求的從動件的運動規(guī)律，都可以毫無困難地設計出凸輪廓

9、線來實現(xiàn)。凸輪輪廓線與從動件之間是點或線接觸的高副，易于磨損，故多用于傳力不大 的場合。圖 4.3 凸輪機構4.4 帶傳動機構的特點可傳遞運動的距離比較遠； 運轉穩(wěn)、低噪音； 自身通過帶打滑起過載保護； 結構比較簡單， 設計精度要求不高；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；不能準確傳動（帶會打滑） 。圖 4.4 帶傳動機構五、機構的運動方案5.1 工作原理分解圖5.1 傳動機構及執(zhí)行機構齒輪傳動 ：優(yōu)點傳動比準確，外廓尺寸小，功率高，壽命長，功率及速度范圍廣，適宜于 短距離。缺點制造精度要求高。主要用于傳動。帶傳動：優(yōu)點中心距變化范

10、圍廣，可用于長距離傳動，可吸振，能起到緩沖及過載保護。 缺點有打滑現(xiàn)象，軸上受力較大。常用于傳動鏈的高速端。連桿傳動 ：優(yōu)點適用于寬廣的載荷范圍，可實現(xiàn)不同的運動軌跡，可用于急回、增力，加 大或縮曉行程。缺點設計復雜，不宜高速度運動。既可為傳動機構又可做為執(zhí)行機構。 凸輪機構 ：優(yōu)點能實現(xiàn)各種運動規(guī)律，機構緊湊。缺點易磨損，主要用于運動的傳遞。主 要用于執(zhí)行機構。5.2 初步設計方案5.2 初步設計方案 由于初步設計方案考慮的太少，還不能滿足設計需要，在初步達到加工的運動要求后，還 要考慮構件 2（壓桿）在壓緊工件后，構件 2（壓板）如果繼續(xù)向下運動，將構件 2 將可 能被破壞，所以將初步設計

11、方案做了以下幾種方案的改進：5.3 改進方案一5.3 改進方案 1利用杠桿原理，端面銑刀 3 在向上切割工件時，工價能達到壓緊的目的。缺點是：設計的彈簧機構容易壞，而且不易加工。銑刀的運動還不能滿足要求5.4 改進方案二考慮到改進方案一的問題，其連接距離比較遠，并且?guī)л喌奶攸c是運轉穩(wěn)、低噪音； 自身通過帶打滑起過載保護；結構比較簡單，設計精度要求不高 . 故采用帶輪機構是 比較合適的。壓緊構建所受的力比較小，并且滿足運動所需的軌跡。因此選擇凸輪 機構。減少了彈簧機構的沖擊等因素的影響。對其進行了改進方案二。5.4 改進方案 2由于推桿 4 的運動傳力效果不好，而且推桿 4 的工作荷載較大，不能

12、滿足推桿 4 工作載荷2500(N)的要求，因此做一下的改進。采用齒輪傳動和擺桿機構綜合，傳力效果較好，更 符合設計的需要。改進后得到改進方案 3。5.5 改進方案三5.5 改進方案 3該機構滿足運動所需的軌跡，并且能夠承受較大的力，故最終選擇該方案，加入電動機的3 級減速裝置，如圖。5.6 其他考慮分析在考慮機構的方案時，最初想到過用凸輪機構控制推桿 4的運動，后來發(fā)現(xiàn)推桿 4 所 要求工作載荷較大， 傳動力較大， 比較推桿 4 的運動要求的接近勻速， 雖然采用擺桿機構， 沒有凸輪機構的運動效果好，但是齒輪和擺桿機構傳動力較大，并且推程運動接近勻速， 有急回特性，更符合設計要求。所以最終推桿

13、 4 采用齒輪傳動及擺桿機構的綜合。六、機構系統(tǒng)運動循環(huán)圖以主動輪 O1 順時針轉過的角度 0為參考。直角坐標式運動循環(huán)圖如下：6.1 推桿、銑刀，壓桿的運動循環(huán)圖七、運動分析及尺寸設計7.1電機的選擇根據(jù)設計要求知，要完成設計生產(chǎn)要求：70件/min，主動輪01的轉速應為n=70r/min,每加工完成一個工件所用的時間 t=0.857s根據(jù)要求，假設推桿4的形成速度變化系數(shù)K=1.4, 則：完成推程運動所用時間為：罟4 0-50s由于要求的推桿4的行程為S490推桿4在推程運動的平均速度S4tl90*100.18 m/s0.50需要的功率p推Fvi2500* 0.18450 W根據(jù)齒輪傳遞的

14、效率得，由電機輸出，傳遞到擺桿O3D的效率為取最小傳動角rmin 45，由擺桿O3D傳遞到推桿4的傳遞效率為:所以選擇電機的功率應大于或等于:W 656W0.97* 0.707根據(jù)丫系列電動機型號大全 查表知:型號額定功率kW額定電流A轉速r/min效率%功率因數(shù)COS堵轉轉矩額定轉矩倍堵轉電流額定電流倍最大轉矩額定轉矩倍噪1級dB:聲2級(A)振動速度mm/s重量kgY80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817應選擇：三相丫90L-4型電動機，電機功率為:P 0.75KW ，轉速為：n 1390r/min滿足條件。而加工的速度為70件/min，因此其減

15、速比為1400/70=20，介于8到40之間，需要用二級齒輪減速器，以達到所需要的輸出要求。減速比為： 4.5和4.417.2機構尺寸的確定由運動行程圖可以看出：各個執(zhí)行構件的運動規(guī)律，算出各個構件的尺寸7.2.1對銃刀執(zhí)行機構的尺寸確定:考慮到機構的傳動角:minarctan一y6024 230arctan yB6010630這里取ye50列出構件桿長的方程為:Lab2L0AL 2Loa230250605024 22002Lab23060得到兩桿桿長 考慮銑刀3的切割位置，當銑刀3在B點位于最低點時，其上端面應至少在推桿4的上面, 當銑刀3在B點位于最高點時，其上端面應在工作臺之下一些， 設

16、銑刀3的長度為L3，推桿4寬度為：5所以，55L374，取 L360因此：A:(60 11cos , 230 11sin )B:(0,j782 x； yA)7.2.3對于推桿4的執(zhí)行機構根據(jù)國家標準（GB1357-87規(guī)定的標準模數(shù)選擇m 3, z 30的齒輪圖7.2推桿執(zhí)行機構運動示意圖根據(jù)運動行程圖可知：行程速比系數(shù) K 1.4 .K 114 1因此極位夾角；180 180 - 30K 11.4 1根據(jù)幾何位置關系有：O4Csin2O3O4所以：O4C °3。4 %90 0.258823.3由幾何關系有:DD EE 90, KD452在O3KD中,有sin2 ODD，由幾何關系有

17、：DD EE 90, KD耳45所以：O3D173.88D/點坐標：（105, -64）設E/點坐標為（xE/ ,0）擺桿的傳動角：取左極限位置時 min 45所以，e/點坐標為（41,0）對于推桿4,推頭應該滿足在當搖桿O3D當處于最左邊時位置時左端面應至少到達成型刀 的刀口完位置，當搖桿O3D當處于最右邊時位置時左端面應至少在銑刀的右面。所以，設推桿4的長度為L4，成型刀寬度為：5,銑刀3的框架寬度為：1041 L460 5，且 41 90 L410得：106 L4141所以，?。篖41207.2.4對于凸輪機構：選擇基圓r0 80mm,根據(jù)規(guī)律，選擇滾子半徑r 10mm動件行程s2 20

18、mm ,推程運動角為0 60 ,遠休止角s 90 ,回程運動角0 60 ,近休 止角為s 150 .，設壓桿長L280，Py為滾子中心的縱坐標。1. 從動件近休程運動方程在近休程s段,即05/6時，Py 200,v 0,a02. 從動件推程運動方程推程段采用等速運動規(guī)律3. 從動件遠休程運動方程7在遠休程s段,即63時，py 180,v 0,a 04. 從動件回程運動方程推程段采用等速運動規(guī)律所以，凸輪理論廓線的曲率半徑m454成型刀edS4=90w1 ?x=60021工件尺寸：y=230a*b*c=550*60*10mm綜上所述：各桿件長度分別為:齒輪：m 3, z 30凸輪理論廓線的曲率半徑min80max100壓桿長L280八、用 Solidworks 進行運動的仿真及位移、速度、加速度的分析8.1 仿真截圖8.2 運動分析8.2.1 銑刀位移時間圖： 速度時間 圖： 加速度時間圖：8.2.2 推桿 4位移時間圖： 速度時間 圖： 加速度時間圖：8.2.3 壓板 2位移時間圖： 速度 時間 圖：加速度 時間 圖：九、用 CAD 繪制的機構運動簡圖十、設計的總結與心得體會通過本次的機械原理設計，加強了我的設計能力，使我對知識的掌握提高到的一