機(jī)械原理設(shè)計(jì)說明書

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)11級(jí)機(jī)自卓工班設(shè)計(jì)者：楊國(guó)權(quán)肖洋胡東旭指導(dǎo)老師：陳革新2013年7月19日目錄HYPERLINK一、 設(shè)計(jì)題目 2HYPERLINK1． 設(shè)計(jì)要求 2HYPERLINK二、 設(shè)計(jì)方案及對(duì)比 2HYPERLINK1． 方案對(duì)比 2HYPERLINK2．刀片往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)鑒及選擇 4HYPERLINK3．運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 6HYPERLINK三、 數(shù)據(jù)計(jì)算 7HYPERLINK1．驅(qū)動(dòng)電機(jī)及降速齒輪設(shè)計(jì) 7HYPERLINK2． 不完全齒輪設(shè)計(jì) 8HYPERLINK3．六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9HYPERLINK四、 利用SolidworksMotion進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 12HYPERLINK五、 方案特點(diǎn) 14HYPERLINK1．優(yōu)點(diǎn) 14HYPERLINK2．缺點(diǎn) 14HYPERLINK六、 收獲與體會(huì) 14HYPERLINK附圖和仿真的信息 15HYPERLINK參考文獻(xiàn) 18設(shè)計(jì)題目1.設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)糕點(diǎn)切片機(jī)。要求：1.糕點(diǎn)厚度：10~20mm。2.糕點(diǎn)切片長(zhǎng)度（亦即切片高）范圍：5~80mm。3.切刀切片時(shí)最大作用距離（亦即切片寬度方向）：300mm。4.切刀工作節(jié)拍：40次/min。5.工作阻力很小，要求選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、運(yùn)動(dòng)靈活可靠，并且必須含有六桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)方案及對(duì)比方案對(duì)比要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能，將整個(gè)切糕過程分為切糕刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)和糕點(diǎn)間歇傳送兩部分運(yùn)動(dòng)。將可以用于實(shí)現(xiàn)各功能的機(jī)構(gòu)列表見表一。表一功能求解表格功能方案一方案二方案三刀具往復(fù)凸輪四桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)糕點(diǎn)傳送不完全齒輪槽輪棘輪方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：A)糕點(diǎn)切片機(jī)切刀運(yùn)動(dòng)：在傳送帶停頓的時(shí)候進(jìn)行切糕動(dòng)作，并在傳送帶下一次運(yùn)動(dòng)之前離開糕點(diǎn)。切片的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)有如下幾種方案選擇對(duì)比:1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖1-1，利用曲柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)和固定在導(dǎo)軌上的滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)刀片切割糕點(diǎn)。圖1-12.凸輪機(jī)構(gòu)如圖1-2，利用一個(gè)型封閉或封閉的凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)件導(dǎo)桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來滿足刀片切割高點(diǎn)的要求。圖1-23.六桿機(jī)構(gòu)如圖1-3，利用曲柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一個(gè)搖桿，然后搖桿帶動(dòng)固定在導(dǎo)軌上的滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)刀片切割糕點(diǎn)。圖1-3B)切片機(jī)刀具始終移動(dòng)，當(dāng)傳送帶停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具向下移動(dòng)切糕，切糕完成后上升，當(dāng)?shù)毒唠x開糕點(diǎn)時(shí)，傳送帶繼續(xù)傳遞糕點(diǎn)，當(dāng)傳送帶下一次停止，下一個(gè)切糕周期開始。糕點(diǎn)的直線間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案：1.不完全齒輪機(jī)構(gòu)如圖2-1，通過不完全齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，再把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成放置糕點(diǎn)皮帶的間歇直線運(yùn)動(dòng)。圖2-12.槽輪機(jī)構(gòu)如圖2-2，同時(shí)通過主動(dòng)輪上的圓柱銷進(jìn)入槽輪的徑向槽，從而形成間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過皮帶轉(zhuǎn)化成間歇的直線運(yùn)動(dòng)。圖2-2刀片往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)鑒及選擇：幾種機(jī)構(gòu)特點(diǎn)比較：表.三種間歇機(jī)構(gòu)特點(diǎn)比較表棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)動(dòng)、往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)、往復(fù)移動(dòng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)位期間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)棘輪與棘爪的齒形及相對(duì)位置決定根據(jù)槽數(shù)、滾子數(shù)、轉(zhuǎn)盤半徑與中心距之比決定除過渡段及首末齒外、其余均為等速常用從動(dòng)件分度數(shù)分度數(shù)即從動(dòng)件轉(zhuǎn)一周中的停歇次數(shù)6~304~164~12制造成本低低中適用場(chǎng)合低速、中、輕載，低精度低速、中載中、低速，輕載表.往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較性能指標(biāo)具體項(xiàng)目評(píng)價(jià)連桿機(jī)構(gòu)凸輪功能運(yùn)動(dòng)規(guī)律形式任意性較差，只能達(dá)到有限個(gè)精確位置基本上能任意傳動(dòng)精度較高較高工作性能可調(diào)性較好較差運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高較低動(dòng)力性能加速度峰值較大較小耐磨性較好較差經(jīng)濟(jì)性制造難易程度容易較難制造誤差敏感不敏感敏感調(diào)整方便性容易較麻煩1.六桿機(jī)構(gòu)：由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組合而成，一般情況下，運(yùn)用在曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿和滑塊作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以是勻速，也可以不勻速。具有急回特性，效率高。其優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)：=1\*GB3①其結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單的構(gòu)件和低副組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相比于凸輪易于制造，成本低廉并且抗摩擦能力強(qiáng)的特點(diǎn)。=2\*GB3②構(gòu)件只建力的傳遞是通過低副實(shí)現(xiàn)的，面接觸的低副具有較小的單位面積承載力，故其機(jī)構(gòu)的承載能力大。=3\*GB3③通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)各桿的尺寸，連桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的多樣化。=4\*GB3④當(dāng)連桿和機(jī)架較長(zhǎng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。⑤相對(duì)于四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)更合理。綜合上述，考慮糕點(diǎn)切片機(jī)的機(jī)構(gòu)，效率，制造成本及刀片的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)及滿足與糕點(diǎn)的說送配合，采用六桿機(jī)構(gòu)，能較好的完成此過程。不完全齒輪機(jī)構(gòu):在主動(dòng)齒輪只做出一個(gè)或幾個(gè)齒，根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停歇時(shí)間的要求在從動(dòng)輪上作出與主動(dòng)輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當(dāng)兩輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，與齒輪傳動(dòng)一樣，無(wú)齒部分由鎖止圓弧定位使從動(dòng)輪靜止。其優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)：=1\*GB3①不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠。=2\*GB3②從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間可在較大范圍內(nèi)變化。=3\*GB3③一般適用于低速，輕載場(chǎng)合。=4\*GB3④允許調(diào)整的幅度比槽輪機(jī)構(gòu)大得多，故設(shè)計(jì)比較靈活⑤相比于棘輪機(jī)構(gòu)工作性能更加可靠綜合上述，考慮糕點(diǎn)切片機(jī)的機(jī)構(gòu)，效率，制造成本及刀片的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)及滿足與糕點(diǎn)的說送配合，采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)，能較好的完成此過程。3．運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2-3圖2-4機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖數(shù)據(jù)計(jì)算1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)及降速齒輪設(shè)計(jì)不完全齒輪轉(zhuǎn)速40r/min，選電機(jī)轉(zhuǎn)速為1280r/min,計(jì)算可得總傳動(dòng)比:因此降速輪系的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為32，由于傳動(dòng)比較大，故采用二級(jí)降速，兩級(jí)降速的傳動(dòng)比分別為4和8。齒輪模數(shù)均為z=2mm壓力角均為α=20°第一次降速齒輪齒數(shù)（ul）分度圓直徑（mm）小齒輪2346大齒輪92184中心距115第二次降速齒輪齒數(shù)（ul）分度圓直徑（mm）小齒輪1836大齒輪114228中心距162不完全齒輪設(shè)計(jì)（考慮不同切片長(zhǎng)度中的一個(gè)，針對(duì)不同長(zhǎng)度可以通過換檔位進(jìn)行，不同檔位即可設(shè)定小齒輪的不同齒數(shù)來實(shí)現(xiàn)）：不完全齒輪齒數(shù)（ul）分度圓直徑（mm）有齒部分對(duì)于圓心角（°）小齒輪67260大齒輪72114360中心距108所以每次不完全齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)有效圓周角為60°，對(duì)應(yīng)的大齒輪的圓周角轉(zhuǎn)動(dòng)30°，而傳送帶輪半徑與傳送帶厚之和為100mm，所以可以計(jì)算得到不完全齒輪沒轉(zhuǎn)動(dòng)一周對(duì)應(yīng)的傳送帶傳遞長(zhǎng)度：L=2*100**=52.35mm另外，不完全齒輪軸與六桿機(jī)構(gòu)的曲柄以傳動(dòng)比為1的V形皮帶相連接，以此將兩部分運(yùn)動(dòng)連接起來。3.六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)桿長(zhǎng)計(jì)算：根據(jù)題設(shè)要求以及下部齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸想?yún)f(xié)調(diào)我們首先確定了一部分尺寸： AD的水平和豎直距離分別為：X1＝70mm，Y＝310mm，D點(diǎn)到直線導(dǎo)桿的水平距離：X2＝200mm，＝60°，＝120°H＝210mm，CE/CD=1/2,EF/DE=1/2利用上述確定的已知條件進(jìn)行計(jì)算桿長(zhǎng)：由簡(jiǎn)單幾何關(guān)系可知：EE’=FF’=H∵△DE'E是等邊三角形∴DE=EF=H=210mm∵EF/DE=1/2,CE/CD=1/2∴EF=DE/4=180/4=52.5mmCD=2*DE/3=2*180/3=140mm∵AD=mm∴在三角形△ADC和△ADC’中，由余弦定理得：AC=383.44mmAC’=245.41mm∴AB=(AC-AC’)/2=69.015mmBC=(AC+AC’)/2=314.425mm由上可得：ABBCCDDEEF69.015mm314.425mm140mm210mm52.5mm圖解分析BC處于豎直時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀況項(xiàng)目數(shù)值0.2890.2690.4040.3854.1880.1831.9241.847單位m/sRad/s項(xiàng)目數(shù)值1.2110.9061.3600.6201.3943.17318.032單位m/srad/s機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案圖繪制根據(jù)機(jī)構(gòu)的整體尺寸，繪制運(yùn)動(dòng)方案圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖利用SolidworksMotion進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真仿真分析時(shí)，給曲柄AB加一轉(zhuǎn)速40RPM。如下圖：=1\*GB3①通過建立實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，其刀片的位移運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分析位移曲線：曲線具有明顯的周期性，周期T=1.5s，刀具行程為210mm，滿足要求，從圖中可以看出該六桿機(jī)構(gòu)急回特性不明顯。=2\*GB3②通過建立實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，其刀片速度運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分析速度曲線：曲線具有明顯的周期性，周期T=1.5s，與位移曲線周期相同。=3\*GB3③通過建立實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，其刀片與輸送帶的加速度運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下圖分析加速度曲線：曲線具有明顯的周期性，周期T=1.5s，與位移曲線和速度曲線周期相同。并且在速度曲線上有加速度為零的點(diǎn)，因而可以選取這樣的點(diǎn)作為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始點(diǎn)，這時(shí)由于接近于正線加速度類型（因而很接近于無(wú)沖擊，也就是沖擊很?。?，此處啟動(dòng)對(duì)機(jī)構(gòu)的損失較小。=4\*GB3④通過建立實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，C 點(diǎn)速度運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下圖：=5\*GB3⑤通過建立實(shí)體模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，B點(diǎn)速度運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下圖：利用此方法可以得到機(jī)構(gòu)任意一點(diǎn)的速度加速度曲線，在此不一一列舉。方案特點(diǎn)簡(jiǎn)介1.優(yōu)點(diǎn)=1\*GB3①操作簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)占空間小，完成實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)好。=2\*GB3②機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。=3\*GB3③機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案的復(fù)雜程度低，大致符合經(jīng)濟(jì)性和綠色性。=4\*GB3④主要使用齒輪傳動(dòng),傳動(dòng)會(huì)比較準(zhǔn)確。=5\*GB3⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)效率高。2.缺點(diǎn)=1\*GB3①由于應(yīng)用的切刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)是低副，機(jī)器的精度不高，存在的誤差可能比較大。設(shè)計(jì)感想從第一次典型機(jī)械產(chǎn)品實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)到現(xiàn)在的第機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)我們總結(jié)了一些做課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，那就是從一開始我們必須養(yǎng)成一個(gè)循序漸進(jìn)的習(xí)慣，從最開始題目我們必須要認(rèn)真分析設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式，大體外形，基本零件，應(yīng)用場(chǎng)合，以及此產(chǎn)品使用壽命綜合給于考慮。從設(shè)計(jì)過程自己感覺到在理論與實(shí)踐上相配套十分必要。機(jī)械原理這門課就是一門與產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)制造聯(lián)系十分緊密的一門課程，要想學(xué)好學(xué)扎實(shí)這門課做這樣的課程設(shè)計(jì)是相當(dāng)必要的。而且做這樣設(shè)計(jì)練習(xí)，對(duì)于自己今后生產(chǎn)工作會(huì)有很大的幫助。從一開始直到設(shè)計(jì)完成，這又是一次我們比較獨(dú)立的在自己的努力下做一個(gè)與機(jī)械設(shè)計(jì)課相關(guān)的設(shè)計(jì)。在這里首先要多謝老師給我們的這樣一個(gè)機(jī)會(huì)去鍛煉自己的設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，還要感謝諸多同學(xué)的幫助。在本次設(shè)計(jì)中暴露出我的許多薄弱環(huán)節(jié)，很多學(xué)過的知識(shí)不能靈活應(yīng)用，以前學(xué)過的東西自己并不是都掌握了，很多知識(shí)都已很模糊。而這次課程設(shè)計(jì)再一次把我們所學(xué)的知識(shí)都貫穿起來，融合為一體達(dá)到學(xué)以置用的目的，同時(shí)也是我們查漏補(bǔ)缺的好時(shí)機(jī)，它基本上將我們的課程緊密聯(lián)系起來，達(dá)到跨學(xué)科的效果，增強(qiáng)了我們對(duì)知識(shí)之間的融合能力。這不僅可以提高我們對(duì)這門課的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還可以在專業(yè)上用實(shí)踐鍛煉一下自己，培養(yǎng)大家的積極性，通過這次課程設(shè)計(jì)初步展現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)能力和團(tuán)結(jié)精神。充分發(fā)揮了我們的專業(yè)設(shè)計(jì)水平，基本達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的目的和要求。本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深了和培養(yǎng)了我們的實(shí)際動(dòng)手能力，掌握部機(jī)器的設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，初步具備了綜合設(shè)計(jì)能力。通過Autodesk-Inventor的輔助設(shè)計(jì)和Soliworks-Motion運(yùn)動(dòng)分析，準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，更加形象的闡述了機(jī)構(gòu)配合要求及實(shí)現(xiàn)功能，也同時(shí)為其他課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，此次課程設(shè)計(jì)我認(rèn)為達(dá)到最大效果是讓我們進(jìn)一步加深理解了機(jī)器設(shè)計(jì)的基本步驟和原理。本次課程設(shè)計(jì)最大的收獲就是鍛煉了我們獨(dú)立思考和判斷的能力，同時(shí)增強(qiáng)了自己分析問題和解決問題的能力。通過本次課程設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的問題及解決問題的方法提高了我們對(duì)已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)知識(shí)起到一個(gè)溫習(xí)和加強(qiáng)的作用，同時(shí)提醒自己對(duì)專業(yè)知識(shí)沒有深刻的理解而是僅僅停留在表層的學(xué)習(xí)中，在今后學(xué)習(xí)中因該重視理論實(shí)踐的深層次理解和掌握。為完成此次課程設(shè)計(jì)，指導(dǎo)老師及其他任課老師給與我特別大的幫助，在選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案過程中出現(xiàn)最多的問題就是選擇機(jī)構(gòu)時(shí)的時(shí)候沒有考慮到現(xiàn)代制造工業(yè)以及現(xiàn)代先進(jìn)的加工工藝和制造工藝，為制造產(chǎn)品節(jié)省了大量成本，在這一點(diǎn)上我們采用傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和加工工藝就加大了制造成本，為此老師幫助我們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造，銷售等幾個(gè)方面給我們講解和分析，為我們完成課程設(shè)計(jì)給于最有力的幫助，在次向各位老師表示感謝。順利完成這次課程設(shè)計(jì)，我深刻體會(huì)到像這樣的實(shí)踐是相當(dāng)必要的，一方面能夠提高自對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握，另一方面可以促進(jìn)我們的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)對(duì)新事物了解和認(rèn)識(shí)，在一定程度上開闊了我們?cè)诮窈髮W(xué)習(xí)以及在工作視野，鍛煉了自己設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作方面的能力。附圖糕點(diǎn)切片機(jī)整體機(jī)構(gòu)三維圖。附仿真運(yùn)動(dòng)的位置信息:|ModelTitle||=============================================================================||||SolidWorksMotionMechanism|||TimeT=0.000000000E+00.Degree-of-freedomanalysisidentifiedredundantconstraintsinthemodel:-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_4_3-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_5_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_5_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_3_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_3_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_1-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_1-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_4_2-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_2_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_2_2-deactivatingconstraintequationZi.XjinMotionModel_2.a_5-deactivatingconstraintequationZi.YjinMotionModel_2.a_7******PerformingKinematicSimulation******BeginSimulationSimulationStepFunctionCumulativeCPUTimeSizeEvaluationsStepsTakentime____________________________________________________0.00000E+000.00000E+00500.304.80000E-011.00000E-02104482.209.60000E-011.00000E-022009