機械課程設計題目.docx

1設計題目光纖接頭保護玻璃管的結構與尺寸如圖3.1a所示。光纖接頭保護玻璃管被套在光纖接頭處，以保護光纖接頭。為不致?lián)p傷光纖，保護玻璃管內(nèi)孔兩端需倒角,如圖a所示。該玻璃管內(nèi)孔兩端倒角宜采用細粒砂輪高速磨削的工藝，以避免砂輪磨削力過大而損壞其端口。其砂輪磨削頭的形狀如圖b所示。由于其用量很大，故需設計一臺專用自動倒角磨削裝置來加工。 a) b) 圖 3.1 2設計要求1）保護玻璃管在倒角之前處于散堆狀態(tài)，磨削時需自動整理并逐個送料，故需配套設計自動送料機構。2）保護玻璃管磨削時需自動夾緊，但夾緊力不宜過大，以免造成玻璃管損壞。為了減小對其夾緊力，應采用兩套砂輪磨頭，并沿軸向相對布置，相向進給，反向旋轉，使兩磨削力得以平衡，實現(xiàn)兩端口同時磨削并自動定位。要求兩砂輪的轉速約6000r/min，并用兩套微型電動機驅動分別獨立驅動，電動機的轉速約1500r/min。3）要求保護玻璃管磨削機從自動送料、裝卸與夾緊、磨削控制等全部自動工作，并用一個電動機驅動，電動機的轉速約1500r/min。4）每班（8小時）生產(chǎn)率不低于4000件。3功能分析及功能分解要實現(xiàn)光纖接頭保護玻璃管自動磨削，需要首先對散落的玻璃管進行整理，然后將整齊的玻璃管送入磨削位置夾緊，然后通過兩套微型電機帶動砂輪對玻璃管進行磨削，磨削完之后，將其送出，如此無間斷工作。為了實現(xiàn)總功能可將總功能分解為玻璃管的送料、定位、夾緊、自動取走加工好的工件、倒角磨削等分功能。功能樹如圖3.2所示。光纖接頭保護玻璃管內(nèi)倒角自動磨削機功能自動送料功能工件定位加緊功能磨削倒角功能取走工件功能圖3.2 保護玻璃管內(nèi)孔倒角磨削機功能樹4 功能原理求解及執(zhí)行機構運動設計4.1 磨削機的整料、送料功能設計考慮到機構的簡便靈活性，散料經(jīng)過特定軌道排列整齊，進料取料機構采取圓盤式結構，實現(xiàn)原料一次性的送給以及成品的輸出。工作原理如圖3.3所示。送料盤由一槽輪機構帶動實現(xiàn)間歇式轉動。送料盤上開有與保護玻璃管直徑相配的半圓槽，在進料口，保護玻璃管依靠重力作用由存放處滾入半圓槽內(nèi)，送料盤帶有防護罩，防止轉動過程中將工件甩出隨送料盤一塊轉動至磨削加工位置，在加工位置有定位擋板定位，同時依靠彈簧壓板夾緊。夾緊定位后進行磨削加工，加工好之后，又隨送料盤轉至工件導出位置，依靠重力從半圓槽中脫出，進入成品儲放箱。圖3.34.2 定位夾緊功能 工件下方為半圓弧槽，上方為彈簧壓板，同時定位擋板起到定位的作用-可以將保護玻璃管的兩個端口對準磨削砂輪，半圓弧槽和彈簧壓板表面有防滑毛氈防止工件在加工過程中滑動，同時半圓弧槽和彈簧壓板長度足夠，不會出現(xiàn)工件振動現(xiàn)象。其工作原理如圖3.3所示。當工件進入加工位置定位加緊，兩磨削頭開始磨削，磨削完畢工件被送出進入儲放箱。4.3 磨削功能通過兩套微型電機帶動砂輪對玻璃管進行磨削。工作原理如圖3.4所示。微型電機下方的圓柱凸輪機構，由該機構控制微型電機做間歇式直線往復運動。實現(xiàn)對保護玻璃管端部倒角的磨削。圖3.44.4 根據(jù)工藝過程確定執(zhí)行機構的運動規(guī)律 1）由送料取料裝置的工作原理和結構知，送料盤做間歇式回轉運動。 2）實現(xiàn)定位夾緊功能的加持器，磨削功能的微電機具固定在滑板上，滑板間歇式直線運動。綜上，磨削機電動機D經(jīng)過減速系統(tǒng)J減速后，動力分別由傳動機構、輸出。見圖3.5。傳動系統(tǒng)實現(xiàn)送料盤的間歇式回轉運動；傳動系統(tǒng)滑板的間歇式直線運動。J傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)送料功能取走工件磨削工件D圖3.5 磨削機工藝動作分解4.5 執(zhí)行機構的選型及評價根據(jù)執(zhí)行機構的運動規(guī)律，以及工藝動作的分解，選擇機構類型，如表3-2所示。表3-2功能元減速機構間歇送料機構磨削機構所選機構帶傳送和齒輪機構結合槽輪機構和棘輪機構圓柱凸輪對表3-2所選機構類型，分別從運動性能、動力性能、經(jīng)濟性、結構緊湊性等方面進行簡單的評價。評價結果如表3-3所示。表3-3 對機構選型的簡要評價評價指標具體項目簡要評價連桿機構凸輪機構齒輪機構棘輪機構蝸桿機構運動性能運動規(guī)律、運動軌跡任意性較差基本上實現(xiàn)任意的運動過規(guī)律一般做定比傳動實現(xiàn)間歇式轉動一般做定比傳動運動精度較低較高高一般較高動力性能傳力特性一般一般較好一般較好沖擊、振動、噪聲較大較小小較大一般經(jīng)濟性能加工難易容易難一般較難較難維護方便性較方便較麻煩較方便較方便較方便結構緊湊性運動空間較大較小較小較小較小結構復雜性較復雜一般簡單較復雜一般4.6 機構的組合對該磨削機構進行定性分析，結合設計要求，可以對該磨削機的性能要求進行排隊，1.運動精度（磨削量很小，容易破碎，所以需要很小的運動精度）;2. 沖擊噪聲；3.維護方便（為大批量生產(chǎn)，而且過程中產(chǎn)生很多玻璃粉末，要經(jīng)常維護清理）；4. 結構復雜；5. 運動空間。根據(jù)磨削機對性能要求的重要程度，結合表3-2,3-3 ，可以最終確定該磨削機的機構組合為：減速機構帶傳動+齒輪傳動；傳動系統(tǒng)即送料盤的間歇式轉動槽輪機構；傳動系統(tǒng)即磨削砂輪的間歇式直線運動圓柱凸輪機構；4.7 原動機的選擇該原動機采用電動機，題目設計要求中已給出，電動機的轉速約1500r/min。5 初步方案的擬定通過以上分析，對于“送料、整料機構”、“裝卸與夾緊機構、“磨削控制機構”，我們提出了以下方案：1） 送料、整料機構（共兩種方案）方案一圖5.1方案二圖5.22） 裝卸與夾緊機構方案一圖5.3方案二；圖5.43） 磨削控制機構方案一圖5.5方案二圖5.66.方案的評價及其優(yōu)選機名構稱評價指標優(yōu)選運動性能工作性能經(jīng)濟性結構緊促性送料整料機構方案一能夠準確完成所需運動規(guī)律要求，結構簡單、可行性強漏斗左右兩邊同時篩料，工作效率高，僅需人工將工件傾倒與漏斗之中，便可完成自動篩料，整料無需能源驅動，經(jīng)濟性較高結構簡便，獨立性強，無冗雜機構，緊蹙性高方案二基本能夠完成所需運動規(guī)律要求，但篩子對振動對工件損害較大工件在料斗中由篩子振動篩料，工作效率高，篩料整料工作性能可靠需電機帶動，且結構復雜，造價較高結構需要驅動裝置，需要與電機相連，較為冗繁，緊促性差裝卸與夾緊機構方案一能夠準確實現(xiàn)自動裝卸與夾緊要求， 且自動化、工作連續(xù)性較強能夠準確完成取料、裝料、加緊、卸料的自動化工作效率不高，且皮帶輪凹槽處理后，力學性能較差，容易損壞，需經(jīng)常更換皮帶長度與單位磨削時間、單位工作行程時間有關，導致皮帶較長，所占空間較大，緊促性較差方案二方案一的進一步優(yōu)化，工作連續(xù)性進一步提高能夠準確完成取料、裝料、加緊、卸料的自動化，且取料、裝夾、卸料同步進行工作效率高，結構簡便，制造簡單，經(jīng)濟性較高將磨削與裝料、加緊、卸料整合在同一個圓周上，緊促性較好磨削控制機構方案一采用雙凸輪，單電機帶動，兩凸輪同步運動，使磨削輪對稱進刀、退刀，能夠完成所需運動性能要求采用雙凸輪機構，能夠提供足夠的磨削推力，可靠性較高，但對凸輪制造、安裝精度要求較高結構對兩磨削輪進刀、退刀的同步要求較高，導致兩凸輪制造精度、安裝精度要求較高，經(jīng)濟性較差結構對稱分布，緊促性好方案二采用滾子推桿凸輪帶動兩滑塊同時運動，同步性較好，能夠完成所需運動性能要求采用滾子推桿凸輪帶動雙滑塊運動，運動行程較大，導致凸輪較大，制造、安裝不便結構較為簡便，仍可提供較高的同步性，經(jīng)濟性較好凸輪較大，所占空間大，緊促性差7 機構工作原理由圖（a）為玻璃管的整料和送料機構，當一批玻璃管放入進料口，玻璃管堆壓在活動擋板兩側，當一側的玻璃管較多時，則將擋板壓向另一側，則這一側的玻璃管則可以沿斜坡滾到導軌中，由于重力和擠壓玻璃管在導軌內(nèi)調(diào)整自己的滾動方向，使玻璃管沿著合適的方向滾動，最后到達送料機構。輸送盤在槽輪機構的帶動下做停歇運動，當輸送盤的送料口運動到玻璃管處時，玻璃管由于擠壓進入送料口，輸送盤繼續(xù)轉動，玻璃管在定位擋板的作用下運動到固定位置，完成定位功能，然后在彈簧擋板的夾緊力下進行加緊固定。此時，輸送盤停止轉動。如圖（b）為傳動機構及執(zhí)行機構總圖，動力由控制電機1輸出，經(jīng)帶輪7傳到星系齒輪軸進行減速，然后再傳到主軸9上控制各執(zhí)行構件的運動。主軸9每轉動一圈，圓柱凸輪2轉動一周，通過連桿控制磨削電機4在導軌6上來回運動一個周期，從而完成一個工件5的磨削加工。工件5的輸送與卸料則是通過輸送盤3的間歇運動來實現(xiàn)。主軸9每轉動一圈的同時，槽輪機構11完成一次間歇運動，從而帶動輸送盤轉動1/6圈，完成一次送料、加緊定位、磨削和卸料的工作。輸送盤的間歇式轉動功能。其工藝流程如圖3.9所示。定位夾緊倒角磨削卸料送料 圖7.1 倒角磨削機的工藝流程圖圖7.3在主軸9的轉動控制下，主軸9每轉動一圈，則完成一個工件的磨削加工。如此不斷循環(huán)，不斷地進行玻璃管的磨削。圖7.48 相關數(shù)據(jù)的計算圖8.1（1）減速機構參數(shù)設計 加工一個玻璃管所用時間為t，設計要求為8小時生產(chǎn)量不低于4000件，及生產(chǎn)率N4000/(860)=8.3件/min； 為了方便計算和提高生產(chǎn)率，取N=10件/min；則可以確定主軸的轉速為no=10r/min；已知原電機的轉速： ni=1500r/min ； 則通過帶輪和齒輪減速的減速比為i=ni/no=150；1) 確定帶輪的傳動比i1帶輪選用的基本原則：選用普通V帶傳動時，最大允許轉速12000r/min，減速比=8。普通V帶有Y、Z、A、B、C、D、E 7種帶型，查閱相關資料，選用A型帶即可，然后確定小帶輪的基準直徑，查閱帶輪設計手冊，選用小帶輪的基準直徑d1=90mm，滿足設計要求。在保證有足夠減速比的情況下選擇大帶輪的基準直徑，查閱帶輪設計手冊,選擇大帶輪的基準直徑為d2=450mm，則 帶輪的傳動比i1=450/50=52) 確定行星輪的傳動比i2如圖為行星輪機構：齒輪1、齒輪2、齒輪3及行星架H的轉數(shù)分別為n1、n2、n3、nH；此行星輪為具有固定輪的行星輪系，則有：i2=1-i13=1+z3/z1;為了保證一定的減速比，可以依據(jù)齒輪選用的基本原則：1齒輪轉速較高時，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊震動，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)一般可選為20402為了使齒輪免于發(fā)生根切，對于標準直齒圓柱齒輪來說，一般取齒數(shù)為1720綜上以及考慮整體大小，選取最小齒數(shù)為20；選取 z1=20；z2=40；z3=100；m=3mm則行星輪的傳動比 i2=1+100/20=63) 確定第二級齒輪傳動的傳動比i3 齒輪傳動需要實現(xiàn)的傳動比 i3=150/i1/i2=5 ； i3=z5/z4=5；根據(jù)齒輪選用的基本原則：綜上考慮整體大小，選取最小齒數(shù)為20；選取 z4=20, z5=100, m=3； 綜上所述，經(jīng)三級減速傳動，最終使主軸轉速為10r/min，滿足設計要求。（2）圓柱凸輪機構主軸每轉動一圈，圓柱凸輪轉動一周，帶動磨削頭往返一個行程，經(jīng)上面分析計算，主軸轉動一周的時間為T=60/10=6s；磨削頭往返一個行程的時間為T=6為了保證足夠磨削時間，以及往返過程的運動平穩(wěn)性，可以按如下圖設計磨削頭的運動規(guī)律：圖8.2由圖可知，磨削頭的設計最大行程s=15mm；平均往返速度v=10mm/s；磨削時間t=2s；由于磨削輪的運動由圓柱凸輪通過連桿放大控制,其中放大倍數(shù)n=l2/l1=3;則可以得到圓柱凸輪展開后的形狀如圖所示，滾子包絡線為圖中黑實線。圖8.3 9 運動循環(huán)圖根據(jù)工藝動作順序可知該系統(tǒng)運動方案有兩個主要構件需要進行運動協(xié)調(diào)設計，即輸送盤、磨削砂輪。以主軸的轉角作為參考基準得出機構運動循環(huán)圖如圖所示。 系統(tǒng)運動循環(huán)圖圖9.110 心得體會經(jīng)過十幾周的努力，我們小組終于完成了此次的機械原理課程設計作業(yè)。在這幾個月的時間里，通過對這次的光纖接頭保護玻璃管內(nèi)孔倒角自動磨削機的設計，我們查閱了很多書籍，也上網(wǎng)查閱了很多的機構，通過學習與討論，我們相互交流自己的想法與意見，不但地提出新的構思，我們都學到了很多東西，也對機械機構的設計有了初步的認識，我認為這次的作業(yè)對我們大學的學習有很重要的意義，不僅讓我們記憶不得對課本知識加以更深學習，而且將課本知識進一步的運用到實踐中去。在此次機械課程設計的過程中，我們不僅學習了相關理論知識，更進行了生動活潑的課堂討論，則課堂討論中各組成員相互展示自己的PPT作品，通過交流，大家相互分享各自的成果，聆聽老師和同學們的建議，從而有了更多的認識和啟發(fā)。此外通過這次課程設計，我們獲得了以下經(jīng)驗：1、要充分發(fā)揮團隊精神，充分利用好每個人的優(yōu)勢，要分工明確，這樣就會事半功倍，也要注意足夠適時的交流2、課程設計也是創(chuàng)新的過程，其中