機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)平尺刻線機(jī)

1、編號：內(nèi)蒙古民族大學(xué)課程三級項(xiàng)目題目：平尺刻線機(jī)學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院班級：機(jī)制實(shí)驗(yàn)姓名：指導(dǎo)教師：迎春完成日期：2019.6.24目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)31.1設(shè)計(jì)題目31.2工作原理及工藝動(dòng)作過程31.3原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求31.4設(shè)計(jì)任務(wù)41.5功能分解與求解42.系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)52.1原動(dòng)機(jī)類型的選擇52.2 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇63 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的比較與選擇63.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的比較與確定64 系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案的比較分析確定94.1系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案的比較分析94.2方案評價(jià)95 能量流系統(tǒng)設(shè)計(jì)115.1確定能量流系統(tǒng)的配置116 擬定工作循環(huán)圖117 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算127.1傳動(dòng)功率的計(jì)算1

2、27.2 關(guān)于傳動(dòng)比的計(jì)算137.3 轉(zhuǎn)速137.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)147.5間歇機(jī)構(gòu)148 設(shè)計(jì)結(jié)果心得和體會(huì)16111設(shè)計(jì)任務(wù)機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)學(xué)生對基本機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和簡單的設(shè)計(jì)能力,為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。機(jī)械系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)鞏固和加深機(jī)械系統(tǒng)課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過此次設(shè)計(jì),學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的確定,培養(yǎng)分析向設(shè)計(jì)機(jī)械能力。我們本課程設(shè)計(jì)主要研究平尺刻線機(jī)，對平尺刻線機(jī)有了深刻的理解。1.1設(shè)計(jì)題目平尺刻線機(jī)1.2 工作原理及工藝動(dòng)作過程在很多具有定量要求的相對移動(dòng)和相對轉(zhuǎn)動(dòng)的零件上，需要有指示相對移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)量的刻度線。平尺刻線

3、機(jī)主要用于有相對移動(dòng)零件的刻線工作，如圖1.1所示。11IIF051(11S彈：；iiulmilmihml.1伯J®I.l平盡刻找機(jī)抓工M板尺鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的，顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1毫米，刻刀刻線一次。因此平尺刻線機(jī)主體機(jī)構(gòu)是刻線（主運(yùn)動(dòng)）和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（輔助運(yùn)動(dòng)）。1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求（1）平尺毛坯的輪廓尺寸為：1040x30mm（長x寬）。要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出不同長度的線條：短線10mm；中線13mm；長線18mm。相鄰兩條刻線之間的距離為1mm。從零起隔四條短線刻一條中線，隔九條刻線刻一條長線，然后依次重復(fù)。（2）推動(dòng)刀具進(jìn)行刻線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，其運(yùn)

4、動(dòng)要求應(yīng)保證刻線質(zhì)量和提高刻線機(jī)的生產(chǎn)率角度提出?？叹€行程中刀具做等速運(yùn)動(dòng),反行程時(shí)刀具快速退回。只要求道具在反行程中有急回運(yùn)動(dòng)，行程速度變化系數(shù)21.2。(3) 刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程有拍刀運(yùn)動(dòng)。(4) 刻線速度：每6秒鐘刻一條線。(5) 為擴(kuò)大對線機(jī)的應(yīng)用范圍，要求線條長度可調(diào)(短、中、長三種長度的比例可不變)。(6) 刻線機(jī)在工作過程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)6S1/40?？叹€時(shí)的切削力為F=1000N。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)工藝動(dòng)作要求擬定并繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。(1) 刻線機(jī)構(gòu)和平尺送進(jìn)的造型；(2) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評定和選擇；(3) 根據(jù)選定的原動(dòng)件和執(zhí)

5、行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案分配傳動(dòng)比；(4) 對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算；(5) 對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，畫出運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)線圖，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬；(6) 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡圖；(7) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書；1.5功能分解與求解(IO上功能一用邂給"動(dòng)力功能用劇線一山動(dòng)機(jī)、減速裝置r執(zhí)行機(jī)枸等用-控制"半尺刻線機(jī)揑制功能結(jié)構(gòu)功能進(jìn)給控制氏度挖制卜JJ控制_玄傘控制"刀熙匸作臺"汕氐進(jìn)給機(jī)構(gòu)屮規(guī)凸輪連桿扒構(gòu)+抬刀機(jī)構(gòu)"其俺2.系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1原動(dòng)機(jī)類型的選擇確定原動(dòng)機(jī)的功率Pn其中，Pw為工作機(jī)要求的功率；n為由電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

6、總效率。工作機(jī)要求的功率PW主要為執(zhí)行構(gòu)件在單位時(shí)間里克服工作阻力所作的功。在平尺刻線機(jī)中，主要為在單位時(shí)間里刻刀刻線時(shí)克服工作阻力所作的功。則P二FvWrc其中，F(xiàn)r為刻刀刻線時(shí)的工作阻力，主要發(fā)生在刻線的整個(gè)行程中，且假定為均勻阻力，整個(gè)過程阻力為1000N。V為刻刀的的運(yùn)動(dòng)速度，可以通過得凸輪C機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析得到。由上式可以算得刻刀在不同位置時(shí)，消耗的功率，最大值為2瓦左右。參考抬刀機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及機(jī)器中運(yùn)動(dòng)副間的摩擦損失，參照電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)選擇YSK-50-4電機(jī)。輸出功率N=50W、轉(zhuǎn)速n=670r/min。2.2主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇采用V帶+齒輪傳動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小了需要的轉(zhuǎn)速

7、。傳齒輪動(dòng)裝置利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，用主、從動(dòng)輪輪齒直接、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大等特點(diǎn)。3執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的比較與選擇3.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的比較與確定方案A1圖3單凸輪連桿機(jī)構(gòu)1.凸輪2.滑道3.滑塊4.刀具5.帶彈簧推桿6.凸輪方案說明：這種方案通過一個(gè)凸輪來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動(dòng)，其中滾子使運(yùn)動(dòng)保持平穩(wěn)，增加彈簧是為了推桿能更好的與凸輪配合。最終通過凸輪的推程與回程

8、來控制刀具的急回速比K.2。方案評價(jià)通過一個(gè)凸輪來控制進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，此凸輪的形狀過于復(fù)雜，同時(shí)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回刀，所以不建議采用。方案A24圖4雙凸輪連桿機(jī)構(gòu)1.凸輪2.推件3.滑塊4.刀具方案說明:這種方案通過兩個(gè)凸輪來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動(dòng)，并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速比K>=1.2.方案評價(jià):該方案可滿足全部刻線的功能要求，同時(shí)可以使進(jìn)刀動(dòng)作平穩(wěn)，增設(shè)彈簧來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)退刀，采用兩個(gè)凸輪控制進(jìn)刀、退刀，凸輪的設(shè)計(jì)也不會(huì)過于復(fù)雜。所以我們決定采用這套方案。二抬刀機(jī)構(gòu)圖5抬刀機(jī)構(gòu)1.滑道2.滑塊3.凸輪4.連桿5.刀具方案說明：我們采用凸

9、輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的抬、落刀動(dòng)作，通過控制凸輪輪廓來實(shí)現(xiàn)刻線時(shí)間的調(diào)整，又因?yàn)橥馆嗈D(zhuǎn)速一定，即可以控制刻線的長短。方案評價(jià)：凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，可有效實(shí)現(xiàn)刀具的平穩(wěn)刻線，同時(shí)結(jié)構(gòu)較為簡單，體積較小，便于安裝。所以我們采用這套方案。三間歇機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小，機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，但是相對于不完全齒來說實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)，結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜；而且制造及裝配的精度要求高，其傳動(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊，只能用于速度不太高的場合，且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。1圖6槽輪機(jī)構(gòu)1撥盤2.槽輪4系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案的比較分析確定4.1系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案的比較分析經(jīng)過一系列分析比較，選定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終確定總體運(yùn)動(dòng)方案。此方案具有：效

10、率高、精確度高、機(jī)構(gòu)簡單、組裝簡單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。4.2方案評價(jià)（1）確定評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)尺度專家組選用三個(gè)評價(jià)指標(biāo):產(chǎn)品性能（耳）、可靠性（篤）及使用方便性（傳），同時(shí)將每個(gè)評份指標(biāo)劃分為4個(gè)等級:0.9,0.7,0.5,0.3。記評價(jià)尺度向量E為E=（0.90.70.50.3）2）確定評價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)專家組對各評價(jià)指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行討論，最后認(rèn)為,產(chǎn)品可靠性的重要度是操作方便性的5倍,而產(chǎn)品性能的重要度又是可靠性的3倍。由此不難確定，22評價(jià)指標(biāo)耳、P2、P3的相對重要度之比為5:3:2，因此根據(jù)式g=可得評i=iki價(jià)指標(biāo)P、P2、P3的加權(quán)系數(shù)依次為0.5、0.3、0.2得加權(quán)系數(shù)

11、矩陣A=0.50.30.2(3) 構(gòu)造評價(jià)方案Al、A2的隸屬度矩陣專家組在進(jìn)行了充分醞釀?dòng)懻摵?就評價(jià)方案在指定的評價(jià)指標(biāo)下應(yīng)歸屬哪個(gè)等級的問題進(jìn)行了投票投票結(jié)果見表1和表2。表中評價(jià)等級欄下的數(shù)據(jù)是得票數(shù)。表1方案A1得票評價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)評價(jià)等級0.90.70.50.3產(chǎn)品性能0.53412可靠性0.35320使用方便0.20325表2方案A2得票評價(jià)指標(biāo)加權(quán)系數(shù)評價(jià)等級0.90.70.50.3產(chǎn)品性能0.51432可靠性0.35320使用方便0.24312記方案4上的隸屬度矩陣為，艮=1，2,貝咗丘是3行4列矩陣，其元素q為得票數(shù)T.=11總?cè)藬?shù)于是，由表2-5和表2-6,可得隸屬度矩陣

12、為0.30.40.10.2R=0.50.30.20100.30.20.50.10.40.30.2R2=0.50.30.2020.40.30.10.2(4) 計(jì)算評價(jià)方案的綜合模糊評價(jià)隸屬度矩陣根據(jù)式(2-2)及式(2-3)進(jìn)行計(jì)算,得B1=AR1=0.30.350.150.2,2=2=0.280.350.230.14(5) 計(jì)算評價(jià)方案的綜合得分(優(yōu)先度)并選優(yōu)要計(jì)算綜合得分,應(yīng)當(dāng)將方案歸屬于每個(gè)等級的隸屬度與該等級的分?jǐn)?shù)相乘,然后所有項(xiàng)相加zi=EBI=°&°3+°仏°35+°血°15+°&°2=

13、°65z2=EBt=0.9x0.28+0.7x0.35+0.5x0.23+0.3x0.14=0.654從計(jì)算結(jié)果看出，兩個(gè)方案非常接近，但對方案A2的評價(jià)比方案A1略高一些。5能量流系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1確定能量流系統(tǒng)的配置平尺刻線機(jī)的能量流由兩大部分組成:其一是提供各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需的能量;其二是刻刀具有勢能。由于鋼條擺放位置的不確定會(huì)給刻線帶來影響，故在必要時(shí)規(guī)定有一定范圍，應(yīng)設(shè)有輔助定位措施。另外，刻刀是整個(gè)機(jī)器中經(jīng)常在工作的部件，因此它自身的溫度較高，在連續(xù)生產(chǎn)中若未給以足夠的冷卻就會(huì)在工作定時(shí)間后，出現(xiàn)口鉗粘料現(xiàn)象，使生產(chǎn)難以連續(xù)進(jìn)行下去。所以，刻刀在其運(yùn)轉(zhuǎn)一周的過程中，必須留出一定時(shí)

14、間進(jìn)行冷卻。但是在一個(gè)工藝循環(huán)的時(shí)間內(nèi)，若冷卻的時(shí)間過長，相應(yīng)地就縮短了工作時(shí)間，因而影響生產(chǎn)率提高。為了盡量縮短這項(xiàng)非工作時(shí)間，可采用強(qiáng)制冷卻。據(jù)此確定能量流系統(tǒng)的布局形式應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系，如圖所示。6擬定工作循環(huán)圖動(dòng)機(jī)央且刀架刀具雙凸笙推桿機(jī)枸凸笙機(jī)枸該圖是平尺刻線機(jī)的擬定工作循環(huán)圖，此機(jī)器由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，從而帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將動(dòng)力傳遞給一級和二級齒輪，齒輪6帶動(dòng)槽輪螺旋機(jī)構(gòu)完成工作臺的間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；齒輪5和齒輪2'帶動(dòng)雙凸輪推桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)刀、退刀的運(yùn)動(dòng)，；凸輪機(jī)構(gòu)即為抬刀機(jī)構(gòu)，由齒輪3帶動(dòng)抬刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行抬刀、下刀的運(yùn)動(dòng)。通過各個(gè)機(jī)構(gòu)的相互配合來完成平尺刻線機(jī)均勻刻線的功能。7機(jī)構(gòu)

15、設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算查閱相關(guān)資料得：凸輪效率:0.950.97滾珠軸承效率：0.989級精度齒輪效率:0.96刻線機(jī)構(gòu)槽輪效率:0.950.97V帶傳動(dòng)效率:0.940.96螺旋機(jī)構(gòu)效率:0.850.957.1傳動(dòng)功率的計(jì)算P=0.15/(0.950.97)/0.96/0.96=0.1680.171KW1抬刀機(jī)構(gòu)：P=0.05/(O.970.99)/(0.95T.97)=0.0520.054KW2進(jìn)給機(jī)構(gòu)：P=0.1/(0.850.95)/(0.950.97)/0.96/0.96=0.1180.134KWP(電機(jī))=(P+P+P)/O.96/(0.940.96)=0.3670.398KW1237.2

16、關(guān)于傳動(dòng)比的計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為670r/min，刻線機(jī)構(gòu)刻線的最小轉(zhuǎn)速為6r/min，則機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為：6706=111.6717采用一級皮帶傳動(dòng)、一級和二級齒輪傳動(dòng)，他們的傳動(dòng)比為：皮帶傳動(dòng)：傳動(dòng)比為3.72圓柱齒輪傳動(dòng)：齒輪1與齒輪6的傳動(dòng)比i為3,取Z1=22，Z6=22x3=66。1616齒輪1與齒輪2的傳動(dòng)比i為3,取Z1'=20,Z6=20x3=60。1'21'6齒輪2'與齒輪3的傳動(dòng)比i為1,取Z2,=20,Z6=20x1=20。2'32'6齒輪2'與齒輪4的傳動(dòng)比i為2,取Z2,=20,Z6=20x2=40。2

17、'42'6齒輪4'與齒輪5的傳動(dòng)比i為5,取Z4,=20,Z6=20x5=100。4'54'67.3 轉(zhuǎn)速皮帶轉(zhuǎn)速：n皮'=180rad/mini3.72皮=皮=圓柱齒輪轉(zhuǎn)速：齒輪6轉(zhuǎn)速為：n180n=-=60rad/min6i316齒輪2轉(zhuǎn)速為：n180n=t=60rad/mm2i31'2齒輪3轉(zhuǎn)速為：n3二畔二60rad/mini2'3齒輪4轉(zhuǎn)速為：n4二r罟二30rad/mini2'4齒輪5轉(zhuǎn)速為：i4'5二6rad/min57.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)在凸輪的設(shè)計(jì)中，欲滿足行程速度變化系數(shù)K2,即一個(gè)運(yùn)動(dòng)

18、周期內(nèi)工作時(shí)轉(zhuǎn)過的角度大于等于非工作時(shí)的1.2倍，以下的凸輪設(shè)計(jì)采取K=1.5滿足設(shè)計(jì)要求。三個(gè)凸輪的設(shè)計(jì)中均采用余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律在推程中:1一cos5-J0丿一兀he.sm2I50兀2h32252cos少5I500在遠(yuǎn)休中：s=hv=0a=0在回程中：s=-h+cosIs-（5+5）2I5'ooiI0v=-hesinb-（5+5）25'5'o0100兀2he2Q（）1a=-cos5-5+丿2'2'oo1oo在近休中：s=ov=oa=o7.5間歇機(jī)構(gòu)刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用單圓槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)周期性間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。已知主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)速60r/min，中心距a=144mm,按工位要求槽數(shù)z=6。槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算：圖11槽輪機(jī)構(gòu)1.撥盤2.槽輪槽間角2，叮甞=甞=60（2）槽輪運(yùn)動(dòng)角1,13）圓銷回轉(zhuǎn)半徑R，12Q二180。一2Q二180。一60。二120。12R二asinQ二144xsin30°«72mm12(4)槽輪半徑R,R=acosQ=144xsin30°沁125mm222(5)鎖止弧張角Y，Y=360°-2Q二360°-120°二240°11(6)圓銷半徑r,r=R=12mm61(7) 槽輪齒頂厚e，e=5mm(8) 鎖止弧半徑R,R=R-r-e=