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文檔簡介
1、木地板連結榫舌和榫槽切削機的機構綜合 一、題目: 木地板連結榫舌和榫槽切削機的機構綜合2.1、設計題目簡介 木地板預制板及其上的榫舌室內地面鋪設的木地板是由許多小塊預制板通過周邊的榫舌和榫槽連結而成,如圖所示。為了保證榫舌和榫槽加工精度,以減小連結處的縫隙,需設計一臺榫舌和榫槽成型半自動切削機。該機器執(zhí)行構件工作過程如圖所示。先由構件2壓緊工作臺上的工件,接著端面銑刀3將工件的右端面切平,然后構件2松開工件,推桿4推動工件向左直線移動,通過固定的榫舌或榫槽成型刀,在工件上的全長上切出榫舌或榫槽。 榫舌和榫槽切削機工藝動作圖2.2、設計數據及要求榫舌和榫槽切削機設計數據木地板尺寸a
2、215;b×c(mm)550×60×10榫舌或槽口尺寸d×e(mm)4.5×4執(zhí)行機構主動件1坐標、60、230執(zhí)行構件行程、20、24、90推桿4工作載荷(N)2500端面切刀3工作載荷(N)1800生產率(件/min)70設計要求及任務:推桿在推動工件切削榫槽過程中,要求工件作近似等速運動。室內工作,載荷有輕微沖擊,原動機為三相交流電動機,使用期限為10年,每年工作300天,每天工作16小時,每半年作一次保養(yǎng),大修期為3年。2.3、設計任務1、至少提出三種運動方案,然后進行方案分析評比,選出一種運動方案進行機構綜合;2.
3、0; 確定電動機的功率與滿載轉速;3. 設計傳動系統中各機構的運動尺寸,繪制機構的運動簡圖;4、用軟件(VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可)對執(zhí)行機構進行運動仿真,并畫出輸出機構的位移、速度、和加速度線圖。5、圖紙上繪出最終方案的機構運動簡圖(可以是計算機圖)并編寫說明書。 3.1 功能要求加工過程要求連續(xù),并且效率為70件/min,即為每件產品所需的時間是0.857s??紤]到推桿4的工作載荷和運動速度及傳動效率等因素,選擇的電機為三相Y90L-4型電動機,電機功率為:,轉速為:配合2級減速器使用以達到設計要求的70 r/
4、min (詳解見后面計算)減速比為:4.5 和4.413.2 機構工作原理切削機的工作原理分解如圖3.2所示,由于要完成加工要求,3個執(zhí)行機構就必須要有相同的運動周期,即必須轉速相同。該系統由電動機驅動,通過減速器減速使其轉速符合要求后傳遞給執(zhí)行機構的主動件。主動件的運動通過帶輪和凸輪將工件壓緊,主動件的運動再通過連桿傳遞給銑刀把右端面切平,最后是主動件的運動通過齒輪、曲柄搖桿和連桿機構推動推桿的運動使工件向左通過成型刀把工件加工出來。圖3.2工作原理分解圖3.3、注意事項 當端面銑刀3向下運動,切割地板時,構件2(壓板)應處于一直壓住工件的狀態(tài),推桿4應在端面銑刀3的右面。 因為要實現大批量
5、的生產,端面銑刀3應該在削平工件的右端面后回到原狀態(tài),便于推桿4向左推動工件進行加工。另外考慮加工的效率,端面銑刀3削平工件2后,向上移動時,首先構件2(壓板)向上移動。推桿4應同時向左移動推動木板進行加工。 當推桿4將工件全部推過固定的榫舌或榫槽成型刀,在工件上的全長上切出榫舌或榫槽后,推桿4將向右移動,退至端面銑刀3右面。 推桿4退到端面銑刀3右面后,新的工件將被放置在工作臺上,構件2(壓板)將向下運動將工件壓住,端面銑刀3將向上運動削平工件右端面。(說明:端面銑刀固定在一個框形構件上,推桿4可穿過框形構件推動工件1運動。)四、機構的選型及其組合協調4.1連桿機構的特點 其運動副元素為面接
6、觸,壓力較小,承載能力較大,潤滑好,磨損小,加工制造容易,且連桿機構中的低副一般是幾何封閉,對保證機構的可靠性有利。 在連桿機構中,在原動件的運動規(guī)律不變的條件下,可用改變各機構的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律。 在連桿機構中,在連桿上各點的軌跡是各種不同的形狀的曲線,其形狀隨著各構件的相對長度的改變而改變,故連桿曲線的形式多樣,可用來滿足一些特定的工作需要。 利用連桿機構還可以很方便地改變運動的傳遞方向,擴大行程,實現增力和遠距離傳動等目的4.2齒輪機構的特點齒輪機構是在各種機構中應用最為廣泛的一種傳動機構。它依靠輪齒齒廓直接接觸來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力,并具有傳遞功率范圍大,
7、傳動功率高,傳動比準確,使用壽命長,工作可靠等優(yōu)點。4.3凸輪機構的特點結構簡單、緊湊,占據空間較??;具有多用性和靈活性,從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。對于幾乎任意要求的從動件的運動規(guī)律,都可以毫無困難地設計出凸輪廓線來實現。 凸輪輪廓線與從動件之間是點或線接觸的高副,易于磨損,故多用于傳力不大的場合。4.4 帶傳動機構的特點可傳遞運動的距離比較遠;運轉穩(wěn)、低噪音;自身通過帶打滑起過載保護;結構比較簡單,設計精度要求不高;尺寸大,比較占空間;傳遞降速的效率比較低,理論降速為大輪半徑與小輪半徑比為降速比;帶的壽命不長;不能準確傳動(帶會打滑)。五、機構的運動方案5.1 工作原理分解圖
8、5.1傳動機構及執(zhí)行機構齒輪傳動:優(yōu)點傳動比準確,外廓尺寸小,功率高,壽命長,功率及速度范圍廣,適宜于短距離。缺點制造精度要求高。主要用于傳動。帶傳動:優(yōu)點中心距變化范圍廣,可用于長距離傳動,可吸振,能起到緩沖及過載保護。缺點有打滑現象,軸上受力較大。常用于傳動鏈的高速端。連桿傳動:優(yōu)點適用于寬廣的載荷范圍,可實現不同的運動軌跡,可用于急回、增力,加大或縮曉行程。 缺點設計復雜,不宜高速度運動。 既可為傳動機構又可做為執(zhí)行機構。凸輪機構:優(yōu)點能實現各種運動規(guī)律,機構緊湊。 缺點易磨損,主要用于運動的傳遞。主要用于執(zhí)行機構。5.2 初步設計方案5.2 初步設計方案由于初步設計方案考慮的太少,還不
9、能滿足設計需要,在初步達到加工的運動要求后,還要考慮構件2(壓桿)在壓緊工件后,構件2(壓板)如果繼續(xù)向下運動,將構件2將可能被破壞,所以將初步設計方案做了以下幾種方案的改進:5.3 改進方案一5.3 改進方案1利用杠桿原理,端面銑刀3在向上切割工件時,工價能達到壓緊的目的。缺點是:設計的彈簧機構容易壞,而且不易加工。銑刀的運動還不能滿足要求。5.4改進方案二考慮到改進方案一的問題,其連接距離比較遠,并且?guī)л喌奶攸c是運轉穩(wěn)、低噪音;自身通過帶打滑起過載保護;結構比較簡單,設計精度要求不高.故采用帶輪機構是比較合適的。壓緊構建所受的力比較小,并且滿足運動所需的軌跡。因此選擇凸輪機構。減少了彈簧機
10、構的沖擊等因素的影響。對其進行了改進方案二。5.4 改進方案2由于推桿4的運動傳力效果不好,而且推桿4的工作荷載較大,不能滿足推桿4工作載荷2500 (N) 的要求,因此做一下的改進。采用齒輪傳動和擺桿機構綜合,傳力效果較好,更符合設計的需要。改進后得到改進方案3。5.5改進方案三5.5 改進方案3該機構滿足運動所需的軌跡,并且能夠承受較大的力,故最終選擇該方案,加入電動機的3級減速裝置,如圖。5.6 其他考慮分析在考慮機構的方案時,最初想到過用凸輪機構控制推桿4的運動,后來發(fā)現推桿4所要求工作載荷較大,傳動力較大,比較推桿4的運動要求的接近勻速,雖然采用擺桿機構,沒有凸輪機構的運動效果好,但
11、是齒輪和擺桿機構傳動力較大,并且推程運動接近勻速,有急回特性,更符合設計要求。所以最終推桿4采用齒輪傳動及擺桿機構的綜合。六、機構系統運動循環(huán)圖以主動輪順時針轉過的角度為參考。直角坐標式運動循環(huán)圖如下:6.1 推桿、銑刀,壓桿的運動循環(huán)圖七、運動分析及尺寸設計7.1 電機的選擇根據設計要求知,要完成設計生產要求:70 件/min,主動輪的轉速應為n=70 r/min ,每加工完成一個工件所用的時間t=0.857s 根據要求,假設推桿4 的形成速度變化系數K=1.4,則:完成推程運動所用時間為: s由于要求的推桿4的行程為推桿4在推程運動的平均速度 m/s需要的功率 W根據齒輪傳遞的效率得,由電
12、機輸出,傳遞到擺桿的效率為取最小傳動角,由擺桿傳遞到推桿4的傳遞效率為:所以 選擇電機的功率應大于或等于:根據Y系列電動機型號大全查表知:型 號額定功率 額定電流 轉速 效率 功率因數 堵轉轉矩堵轉電流最大轉矩噪聲振動速度 重量額定轉矩額定電流額定轉矩1級2級kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817應選擇:三相Y90L-4型電動機,電機功率為: ,轉速為:滿足條件。而加工的速度為70件/min,因此其減速比為1400/70=20,介于8到40之間,需要用二級齒輪減速器,以達到所需要的輸出要求。減速比
13、為:4.5 和4.417.2 機構尺寸的確定。由運動行程圖可以看出:各個執(zhí)行構件的運動規(guī)律,算出各個構件的尺寸。7.2.1 對銑刀執(zhí)行機構的尺寸確定:圖7.2 銑刀運動機構示意圖考慮到機構的傳動角: 這里取列出構件桿長的方程為: 得到兩桿桿長考慮銑刀3的切割位置,當銑刀3在B點位于最低點時,其上端面應至少在推桿4的上面,當銑刀3在B點位于最高點時,其上端面應在工作臺之下一些,設銑刀3的長度為,推桿4寬度為:5則,且所以,取因此: 7.2.3 對于推桿4的執(zhí)行機構根據國家標準(GB1357-87)規(guī)定的標準模數選擇的齒輪 圖7.2 推桿執(zhí)行機構運動示意圖根據運動行程圖可知:行程速比系數.因此極位夾角;根據幾何位置關系有:所以:由幾何關系有:在中,有,由幾何關系有:所以:點坐標:(105,-64)設點坐標為(擺桿的傳動角:取左極限位置時所以,點坐標為(對于推桿4,推頭應該滿足在當搖桿當處于最左邊時位置時左端面應至少到達成型刀的刀口完位置,當搖桿當處于最右邊時位置時左端面應至少在銑刀的右面。所以,設推桿4的長度為,成型刀寬度為:5 ,銑刀3的框架寬度為:10,且得:所以,?。?.2.4 對于凸輪機構: 選擇基圓,根據規(guī)律,選擇滾子半徑動件行程,推程運動角為,遠休止角,回程運動角,
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