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1、机械原理课程设计 内蒙古民族大学机械工学院 机械原理课程设计设计题目 平尺刻线机 学 院： 机械工程学院专 业： 机械设计及其自动化班 级： *机械*班学 号： *学 生： 旺达搭指导老师：苏和平 2017年12月20日 摘要机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节,学生通过此次设计,学习机构运动方案的确定,培养分析向设计机械能力,以及开发创新的能力.以机械系统方案设计与拟定为结合点,进一步巩固和另深学生所学的理论知识. 明确课程设计目的、步骤，根据自己的设计题目对设计内容进行分析，确定输入，输出件运动型式（即功能原理分析）。关键字: 机构运动分析
2、机构结构设计 曲柄滑块 凸轮设计 一 机械原理课程设计任务书题号9 平尺刻线机1.1 工作原理及工艺动作过程 在很多具有定量要求移动和相对移动的零件上，需要有指示相对移动和转动的刻度。平尺刻线机主要是用于相对移动的零件的刻线工作。钢板尺就是用平尺刻线机加工的，显然在加工时，平尺每送进1毫米，刻刀刻线一次。因此平尺刻线机主体机构是刻线（主运动）和平尺送进机构（铺助运动）。1.2 原始数据及设计要求平尺毛坯轮廓尺寸为1040*30mm；（1） 要求在平尺毛坯上按一定规律刻出线条，相邻两条刻线之间的距离为1mm;（2） 刻线深度为0.5mm，深度要求均匀，为防止刀具磨损，要求返行程有抬刀动作；（3）
3、 刻线速度每6秒刻一次；（4） 行程速比系数K大于1.2；（5） 刻线在工作进程中主动轴的角度不均匀系数小于1/40，刻线的切削力F=1000N。1.3 设计任务根据工艺动作要求拟定并绘制运动循环图。(1) 刻线机构和平尺送进的造型；(2) 机构运动方案的评定和选择；(3) 根据选定的原动件和执行机构的运动参数拟定机械传动方案分配传动比；(4) 对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；(5) 对执行机构进行运动，画出运动运动线图，进行运动模拟；(6) 画出机械运动方案简图；(7) 编写设计计算说明书。二 传动机构的选择与比较2.1方案及循环图机械系统中传动机构是由原动机输出的机械能动、传递给
4、执行机构并实现能量的分配，转速的改变和运动形式的改变等作用的中间装置。传动机构常见的有齿轮传动机构，摩擦传动机构，带传动机构，他们的特点如下：（1）齿轮传动：齿轮传动机构是现代机械系统中应用最为广泛的一种。它可以用来传递空间任意两轴之间的运动和力，而且传动准确，平衡，稳定，机械效率高，使用寿命长，工作可靠。（2）摩擦传动：摩擦传动的主要功能是通过两构件之间的摩擦来传递运动和动力的，其主要优点是机构简单，而且实现无级变速传动，同时，当过载时，由于两轮间可发生滑动，因而不致造成机器的损坏。但是，这种传动的最大缺点是传动不准确，同时，由传动过程中两轮必须压紧，以求产生足够大的摩擦力而达到传动的目的，
5、所以两轮子、容易疲劳破坏，而且传动的机械效率也比较低。（3）带传动：这种传动机构是靠带拥护带轮之间的摩擦力来传动的，它的主要优点是机构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸震等，可用于传递距离较远的两轴间的运动，且与摩擦轮转动一样也有过载保安性。但是由于不能安全避免带与带轮之间的相对滑动，所以传动的精度比较低。此外，为了使带与带轮间产生足够的摩擦里，必张紧在两轮上，这将增大带轮轴中的压力，从而加大轴承轴颈的磨损，并降低了机械效率。2.2选择原因：（1）摩檫传动精确度低，且传递不稳定，故不用此传动.（2）送料定位输出盖章，各原动件存在一定的距离，用齿轮带传动，可以保证传递运动的精确性，而且可以满足各
6、原动件之间的定位要求。 （3）选择齿轮作为减速元件，理由是传动准确，平衡，稳定，机械效率高。最后选择：齿轮传动三 平尺刻线机运动方案设计3.1功能要求平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔毫米刻一条线，刻线长度有8毫米、6毫米、3毫米三种类型。第一次刻线长度为8毫米，后四次刻线长度为3毫米，第五次刻线长度为6毫米，第六至第九次刻线长度为3毫米，第十次刻线长度为8毫米，以后依此类推。3.2运动要求：实现 “抬刀刻线抬刀刻线”的运动。3.3功能分析：刻线机主要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。抬刀机构用于刻线时将刀具压下，刻线完成之后，通过弹簧使刀具自动抬起，避免磨损；刻线机构用
7、于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔。进给过程要求有急回特性。四 执行机构方案选型设计4.1传动机构：方案（1） 图1 曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去。 机构评价：优点：结构简单，传力较小，运动灵活，利用曲柄摇杆机构可实现右轮的往复转动。缺点：结构简单但不紧凑，输出无法改变，因为左轮转动副的偏心距已经确定。方案（2） 图2简单的槽轮机构就可以实现间歇的转动，带动丝杆间歇转动，来实现工作台的间歇进给机构评价：优点：同样具有结构简单，传力较小，运动灵活的优点。缺点：磨损较严重，效率较低，主动件转动一周，从动件转动角度无法改变。方案（3） 图3左轮中转动副
8、的偏心距可以改变，使工作台每次间歇进给的距离实现可控，这样工作台每次进给一毫米成为可能，并且下轮中采用内槽轮机构，使机器机构紧凑，安全，寿命长。机构评价：优点：采用内槽轮机构，使机器机构紧凑，安全，寿命长；工作台每次间歇进给的距离实现可控。缺点：机构略显复杂。对机构进行比较： 只有第三个方案能较好的实现对传动系统的功能要求，且结构紧凑，复杂度也可以接受，所以选第三个方案。4.2 执行机构方案（1）： 图4刀具工作台下的圆柱体实现匀速转动，在圆柱外表面开槽，通过槽位置的设定和工作台下杆和槽的配合实现可控的往复运动和其急回特性，上图就为展开的圆柱外圆槽曲线。 机构评价：优点：结构简单且可实现可控往
9、复运动的功能要求，且有急回特性。缺点：此方案需要的圆柱体较大，效率低，磨损问题较为严重，运动过程中可能会出现卡死现象，较为危险。方案（2） 图5优点：结构紧凑，可精确实现有急回特性的可控往复直线运动。缺点：略为复杂，需要设计凸轮。运动方案比较：（1）结构简单，运动灵活，可实现行程较大的有急回特性的可控往复直线运动，但从动件间压力较大，易磨损 ，误差大，且较危险。（2）结构更加紧凑，传力小，运动灵活的优点，可完美实现工作要求，凸轮机构也可精确实现其急回特性。4.3抬刀机构由于抬刀运动较为复杂，需要用凸轮机构保证刀具的精确运动。 图6 五 机构的设计与运动分析及各机构具体尺寸5.1 机构选用：功能
10、执行机构工艺动作执行机构进给刀具抬刀急回进给摆杆凸轮顶尖凸轮滑台 杠杆塔轮刻线刀具低头刻线回程摆杆凸轮顶尖凸轮滑台杠杆塔轮5.2.实现往复运动的凸轮设计 要求刀具工作台往复运动具有急回特性。凸轮基圆半径20mm，工作行程10mm，要求进给与刻线2/3的急回特性，则在144度时达到最大行程，利用第三个样条曲线得到不同位置的凸轮半径值。并设计凸轮 图7凸轮轮廓线直角坐标x=(Rb+s)cos-(ds/d)siny=(Rb+s)sin+(ds/d)cos极坐标r=(x2+y2)=arctan(y/x)1、 参变量中的增量根据精度要求而定，通常取1度或2度 左右2、 为推程运动角， Rb为基圆半径。六
11、传动系统方案设计关于传动比例的计算：驱动件采用电动机，由于电动机频率为1440r/min，而推头工作循环为6秒每次，相对说速率差别较大，需要在电动机与执行装置之间添加减速器。电动机处于下方，可保持重心在下，运转平稳，在于齿轮减速器之间安放皮带轮，可使运转平稳，起到缓冲作用，缺点在于皮带易磨损，寿命不长。由于工作循环为6s/次，所以主轴的转速为10r/min，而电动机为1440r/min。若以大小带轮直径比为1：2，则齿轮传动器的传动比为i=72。传动时，另涡轮与凸轮共轴线且相对固定即可。具体如下图 图8 传动系统机构简图电动机转速为1440r/min ，齿轮z=20，z=40，i=z/z=2,
12、 皮带轮d/d=2 .，所以当传到齿轮1的时候n=1440/2=720r/min.又有蜗杆齿数z=1,蜗轮齿数z=36再由i=n/n=zz/zz=40*36/20=72所以n=10r/min ,即生产率达到10r/min ,满足要求。齿轮机构的计算（=20,z=40,m=3,=20,h*=1,c*=0.25）d=m*z=60mm d=m*z=120mmd=dcos20=24.48mmd=dcos20=48.97mmd=m(z+2ha*)=66mmd=m(z+2ha*)=126mmd=m(z-2ha*-2c*)=52.5mmd=m(z-2ha*-2c*)=112.5mm 将传动系统加上得到完整的
13、机构简图如图9所示（如果齿轮再采用高度变位齿轮传动方案（x=x+x=0）,这样既可以减少机构尺寸，还可以提高承能力，改善磨损情况。此方案的传动系统采用三级减速机构，第一级为带传动，第二级为齿轮传动，第三级为涡轮蜗杆传动。按此种传动比分配可以获得较小的尺寸，而且结构紧凑。）七.运动循环图 时间0-0.1s0.1-0.4s0.4-0.50.5-0.9s0.9-1.0s刀具工作台上行上行下行下行下行工件工作台进给进给静止静止进给刀具抬刀水平运动（可能在末点停留一段时间）下刀刻线（可能在起点停留一段时间）水平运动 八.结果分析总结课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，在这段时间，我们在做课程设计的过程中都受益匪浅，收获很多。我们通过这次机械原理课程设计，学会了应用CAD，MATLAB等软件绘出了平尺刻线机构的平面图和动画，使把平时学到的机械原理理论知识有效地应用到了实际设计中，并通过平时的经验和分析计算，不断地完善我们的课程设计。对于具体尺寸未完全给定的机构，我们无法明确的给出各构件的合理尺寸，有时需要边仿真变计算边设计，运动线图的生成也产生了很多困难，M
