平尺刻線機(jī)設(shè)計(jì)說明書

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:平尺刻線機(jī)專業(yè)班級(jí)：車輛三班指導(dǎo)老師： 陳敏鈞設(shè)計(jì)日期： 2013年7月5日摘要機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是使學(xué)生較全面、 系統(tǒng)鞏固和加深機(jī)械原理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，以及開發(fā)創(chuàng)新的能力，以機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與擬定為結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)， 明確課程設(shè)計(jì)目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)題目對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，確定輸入、輸出件運(yùn)動(dòng)形式（及功能原理分析） 。關(guān)鍵字：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲柄滑塊 凸輪設(shè)計(jì)目錄1.....11.1....11.2.......12...........12.1...............22.2........72.3..........................73..........................93.1............................................................................................93.2.............................................................................................93.3.................................................................................................93.4................................................................................................104...124.1............................................................................................124.2....................................................................................124.3................................................................................144.4..................................................................................165165.1......................................................................................................175.2.......................................................................................175.3.......................................................................................186.......187...............181、設(shè)計(jì)功能與要求1.1設(shè)計(jì)功能平尺刻線機(jī)主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刻線，刻線要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻劃出不同長(zhǎng)度的線條：短線10mm,中線13mm,長(zhǎng)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(zhǎng)線，然后依次重復(fù) 。（如圖 1）。圖11.2設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)要求：刀具在刻線行程時(shí)作等速運(yùn)動(dòng)（或近似等速運(yùn)動(dòng)） ，反行程時(shí)快速退回；刀具反行程時(shí)要有抬刀運(yùn)動(dòng)，并且工作臺(tái)完成一定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn) “落刀—刻線－抬刀－回刀”的運(yùn)動(dòng)。功能要求刻線機(jī)主要由抬刀機(jī)構(gòu)、刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成。抬刀機(jī)構(gòu)用于刻線時(shí)將刀具壓下，刻線完成之后，通過凸輪使刀具自動(dòng)抬起，避免磨損；刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長(zhǎng)度；進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔，且要求刀具具有急回特性。原始數(shù)據(jù)及要求：1：平尺毛坯的輪廓尺寸為1040*1030。要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻劃出不同長(zhǎng)度的線條：短線10mm,中線13mm,長(zhǎng)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(zhǎng)線，然后依次重復(fù)。2：刻線深度為 0.5mm,深度均勻，為防止刀具磨損，要求返程有抬刀運(yùn)動(dòng)。3：刻線速度：每秒鐘刻一條線。4：推動(dòng)刀具進(jìn)行刻線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，其運(yùn)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。刻線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)K>=1.2.5:為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用范圍，要求線條長(zhǎng)度可調(diào)。6：要求刻線機(jī)在工作過程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)刻線是的切削力 F=1000N（即刻線 0.4kw,進(jìn)給0.2kw,

抬刀

&<=1/40，0.1kw）機(jī)構(gòu)選用（表1）功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)刻線刀具刻線組合機(jī)構(gòu)落、抬刀刀具落、抬刀平底凸輪進(jìn)給工作臺(tái)間歇進(jìn)給槽輪、絲桿表1二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較與選定2.1刻線機(jī)構(gòu)方案1（圖2）圖2方案說明通過三種形狀、大小不同的凸輪來控制刀具的左右移動(dòng)，再通過一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀，下刀運(yùn)動(dòng)，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀具的急回速比K>=1.2。方案評(píng)價(jià)通過三個(gè)凸輪來控制刀具左右移動(dòng)，難以控制它們之間的轉(zhuǎn)速比，容易發(fā)生碰撞的現(xiàn)象，而且容易發(fā)生失真的現(xiàn)象，所以不建議采用。方案2（圖3）圖3方案說明通過三個(gè)不完全齒輪與齒條的組合，來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，通過凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動(dòng)。方案評(píng)價(jià)這種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)明易懂，刀具刻線的長(zhǎng)度精確，但不容易控制三個(gè)不完全齒輪的轉(zhuǎn)速關(guān)系，且容易發(fā)生撞齒的現(xiàn)象，不能控制刀具的急回速比，所以不建議采用。方案3（圖4）圖4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)，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(píng)價(jià)通過一個(gè)凸輪來控制進(jìn)刀、運(yùn)動(dòng)，此凸輪的形狀會(huì)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4（圖5）圖5方案說明這種方案是通過一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀、退刀動(dòng)作，具有急回特性，另一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動(dòng)，用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)急回速比K>=1.2。、方案評(píng)價(jià)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雖能實(shí)現(xiàn)急回速比K>=1.2，但是不能保證刻線過程中的等速運(yùn)動(dòng)，所以不建議采用。方案5（圖6）圖6方案說明這套方案是通過一套組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刻刀的進(jìn)刀、退刀動(dòng)過，同時(shí)通過凸輪槽的形狀實(shí)現(xiàn)滑塊的勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具的勻速運(yùn)動(dòng)。同時(shí)也可以滿足急回速比K>=1.2。方案評(píng)價(jià)此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)，采用轉(zhuǎn)動(dòng)副為低副，降低較低，接觸面積大，應(yīng)力集中就相對(duì)小一些，此外，安裝、加工也相對(duì)方便。所以我們決定采用這套方案。2.2抬刀機(jī)構(gòu)方案1（圖7）圖7方案說明我們采用凸輪機(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，即可以控制可線的長(zhǎng)短。方案評(píng)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(jiǎn)單，體積較小，便于安裝。所以我們采用這套方案。2.3進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案1（圖8）圖8方案說明：這套方案采用不完全齒輪實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，當(dāng)主動(dòng)輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)輪作間歇式轉(zhuǎn)動(dòng)，在從動(dòng)輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用，以防止從動(dòng)輪游動(dòng)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)絲桿間歇轉(zhuǎn)動(dòng)， 來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，控制不完全齒輪轉(zhuǎn)速與絲桿導(dǎo)程就可實(shí)現(xiàn)每秒進(jìn)給量為 1mm。方案評(píng)價(jià)：不完全齒輪沖擊較大，且加工、安裝較為不便，尺寸較大，所以不建議采用。方案2（圖9）圖9方案說明：這套方案采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，主動(dòng)撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，槽輪間歇運(yùn)動(dòng)，且我們這套方案采取普通四槽的對(duì)稱式的槽輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)較為平穩(wěn)。方案評(píng)價(jià)：槽輪機(jī)構(gòu)尺寸小，外形簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，傳動(dòng)較為平穩(wěn)，所以我們決定采用這套方案。3、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)方案總述采用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。3.2傳動(dòng)功率的計(jì)算：查閱相關(guān)資料得：凸輪效率：0.95-0.97槽輪效率：0.95-0.97滾珠軸承效率：0.98V帶傳動(dòng)效率：0.94-0.969級(jí)精度齒輪效率：0.96螺旋機(jī)構(gòu)效率：0.85-0.95刻線機(jī)構(gòu)P1=0.4/(0.95 —0.97)/0.98/0.96/=0.438-0.448KW抬刀機(jī)構(gòu)P2=0.1/(0.95 —0.97)/0.96/0.96=0.112-0.114KW進(jìn)給機(jī)構(gòu)P3=0.2/(0.85 —0.95)/(0.95 —0.97)/0.96/0.96=0.236-0.269KW總體機(jī)構(gòu)（電機(jī)）=（P1+P2+P3）/（0.94—0.96)=0.819-0.884KW3.3電動(dòng)機(jī)選擇根據(jù)總功率選擇電機(jī)，查表得，6極的三相交流發(fā)電機(jī)型號(hào)Y132S-6，額定功率為 3KW，轉(zhuǎn)速為 960r/分，效率為 83%。故P=3*83%=2.49KW，滿足功率要求，所以選擇上述機(jī)型。3.4傳動(dòng)比計(jì)算（圖 10）圖

10各傳動(dòng)比如圖所示。驅(qū)動(dòng)件采用電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為線組合機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速為 60r/min ，所以要將轉(zhuǎn)速減小至 60r/min

960r/min。達(dá)到傳動(dòng)比

，而刻i=16，故選擇

V帶傳動(dòng)比

i1

為 4，齒輪

i3

傳動(dòng)比為

4，刻線組合機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速達(dá)到60r/min

。抬刀凸輪工作轉(zhuǎn)速為 20r/min ，故選用 1對(duì)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比 i=3，其中 i4傳動(dòng)比為3，抬刀凸輪達(dá)到 20r/min。槽輪主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)速與刻線組合機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速大小與方向相同， 且布置于抬刀凸輪下方，故選用兩對(duì)錐齒輪將 60r/min 的轉(zhuǎn)速傳遞到工作臺(tái)，其傳動(dòng)比為 i2=1，i5=4，故此時(shí)槽輪主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)速為 60r/min，槽輪從動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)速為 15r/min。進(jìn)給機(jī)構(gòu)要求進(jìn)給量為 1mm/s，故選取與槽輪從動(dòng)撥盤同軸的絲桿導(dǎo)程為 4mm，故進(jìn)給量為 60mm/min，即1mm/s。3.4各標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)（表 2）各標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)模數(shù)m=2 壓力角a=20度 ha*=1 c*=0.25皮帶輪半徑 d=80mm D=320mmZ1’=3Z4’=13齒數(shù)Z1=34Z2=17Z2'=68Z3=17Z3'=51Z4=3446中徑d1’=6d2'=13d3'=10d4’=27d1=68d2=34d3=34d4=136（mm）8622表2圖114、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)總體思路我們通過比較各種機(jī)構(gòu)與組合，決定采用組合機(jī)構(gòu)（凸輪 -連桿機(jī)構(gòu)）完成刻線動(dòng)作，采用凸輪機(jī)構(gòu)完成抬刀、落刀動(dòng)作，采用槽輪 -絲桿機(jī)構(gòu)完成工作臺(tái)的間歇進(jìn)給動(dòng)作。其中，組合機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)刀具的勻速進(jìn)給，通過凸輪控制刻線的時(shí)間，從而控制刻線長(zhǎng)度，與此同時(shí)，每秒鐘工作臺(tái)通過槽輪 -絲桿機(jī)構(gòu)完成一次間歇進(jìn)給（ 1mm）。4.2抬刀凸輪尺寸設(shè)計(jì)（圖 12）圖12（凸輪實(shí)際輪廓線）取抬刀量為0.5mm，(抬刀量之所以去這么小，我們就可以認(rèn)為抬刀與下刀時(shí)間很短，可以忽略不計(jì) ).且抬刀凸輪轉(zhuǎn)速為 20r/min，即刻線組合機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過一圈，抬刀凸輪轉(zhuǎn)過三分之一，那么我們將抬刀凸輪均分為 10份每份36°，每一份即可完成一次刻線動(dòng)作。再在每份中分出相應(yīng)的度數(shù)（ 10°、10°、10°、10°、13°、10°、10°、10°、10°、18°），使其比例為 10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，作為刻線度數(shù)，余下度數(shù)（ 26°，26°，26°，26°，23°，26°，26°，26°，26°，18°），作為抬刀、回刀、下刀的度數(shù)，這樣就可以保證 10次刻刀的時(shí)間為 10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，如果保證勻速的速度的話，那么刻出的線的長(zhǎng)度即可保證10：10：10：10：13：10：10：10：10：18。此外，我們將 10段的小圓內(nèi)徑定為 150mm,每段小圓中的 26°，23°，18°部分內(nèi)徑為 154，之所以設(shè)定為這樣的數(shù)據(jù)，是為了抬刀過程平穩(wěn)進(jìn)行?？刂瓶叹€深度 0.5mm，可以通過調(diào)整刻線尺的放置高度來實(shí)現(xiàn)。4.3刻線組合機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)（圖13、圖14）為控制刀具能達(dá)到分別刻 18mm、13mm、10mm的線，現(xiàn)令刀具移動(dòng)距離為18mm，可以保證 13mm和10mm的線長(zhǎng)足夠。給定推桿的行程為 18mm，因?yàn)橐竺棵腌娍坛鲆粭l線，故凸輪轉(zhuǎn)速為1r/s, 設(shè)定K=1.2:1, 故進(jìn)刀凸輪轉(zhuǎn)角設(shè)定為 196度，進(jìn)刀時(shí)間為 0.55s。退刀凸輪轉(zhuǎn)角設(shè)定為 164度。退刀時(shí)間為 0.45s。進(jìn)刀速度 V1=32.7mm/s。退刀速度V2=40mm/s。將進(jìn)刀和退刀行程 18mm等分為 6段，故每段距離