平尺刻線機設(shè)計說明書

1、機械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目:平尺刻線機 專業(yè)班級：車輛三班 設(shè)計者：樊文韜 20110402303 崔晉皓 20110402310 梅玉輝 20110402311 董永衡 20110402305 彭海生 20110402306 指導(dǎo)老師：陳敏鈞 設(shè)計日期：2013年7月5日 摘要機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)鞏固和加深機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，學(xué)習(xí)機構(gòu)運動方案的確定，培養(yǎng)分析向設(shè)計機械能力，以及開發(fā)創(chuàng)新的能力，以機械系統(tǒng)方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點，進一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，明確課程設(shè)計目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計題目對設(shè)計內(nèi)容進行分析，確定輸入、輸

2、出件運動形式（及功能原理分析）。關(guān)鍵字：機構(gòu)運動分析 機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 曲柄滑塊 凸輪設(shè)計 目錄1設(shè)計功能與要求.1 1.1設(shè)計功能.1 1.2要求.12執(zhí)行機構(gòu)的比較與選定.1 2.1刻線機構(gòu).2 2.2抬刀機構(gòu).7 2.3進給機構(gòu).73傳動方案設(shè)計.9 3.1傳動方案總括. .9 3.2傳動效率計算.9 3.3電動機選擇.9 3.4傳動比計算.104執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計.12 4.1設(shè)計總體思路.12 4.2抬刀凸輪尺寸設(shè)計.12 4.3刻線組合機構(gòu)尺寸計.14 4.4進給機構(gòu)尺寸設(shè)計. 165方案圖與機構(gòu)運動循環(huán)圖（表）16 5.1方案圖.17 5.2機構(gòu)運動循環(huán)圖.17 5.3機構(gòu)運動循環(huán)表

3、.186參考文獻.187小結(jié).18 1、設(shè)計功能與要求 1.1設(shè)計功能 平尺刻線機主要用來實現(xiàn)自動刻線，刻線要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻劃出不同長度的線條：短線10mm,中線13mm,長線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線，然后依次重復(fù) 。（如圖1）。圖11.2設(shè)計要求 運動要求： 刀具在刻線行程時作等速運動（或近似等速運動），反行程時快速退回；刀具反行程時要有抬刀運動，并且工作臺完成一定進給運動。實現(xiàn) “落刀刻線抬刀回刀”的運動。功能要求 刻線機主要由抬刀機構(gòu)、刻線機構(gòu)以及進給機構(gòu)三部分組成。抬刀機構(gòu)用于刻線時將刀具壓下，刻線完成之后，

4、通過凸輪使刀具自動抬起，避免磨損；刻線機構(gòu)用于控制刻線及刻線長度；進給機構(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)律刻劃出不同長度的線條：短線10mm,中線13mm,長線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，要求返程有抬刀運動。3：刻線速度：每秒鐘刻一條線。4：推動刀具進行刻線運動的機構(gòu)，其運動要求應(yīng)保證刻線質(zhì)量和提高刻線機的生產(chǎn)率角度提出?？叹€行程中刀具做等速運動，反行程時刀具快速退回。

5、只要求道具在反行程中有急回運動，行程速度變化系數(shù)K>=1.2.5:為擴大刻線機的應(yīng)用范圍，要求線條長度可調(diào)。6：要求刻線機在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)&<=1/40，刻線是的切削力F=1000N（即刻線0.4kw,進給0.2kw,抬刀0.1kw） 機構(gòu)選用 （表1）功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動作執(zhí)行機構(gòu)刻線刀具刻線組合機構(gòu)落、抬刀刀具落、抬刀平底凸輪進給工作臺間歇進給槽輪、絲桿表12、 執(zhí)行機構(gòu)比較與選定2.1刻線機構(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，再通過一個凸輪來控制刀具的抬刀，下刀運動，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀

6、具的急回速比K>=1.2。 方案評價 通過三個凸輪來控制刀具左右移動，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 通過三個不完全齒輪與齒條的組合，來控制刀具的進刀、退刀運動，通過凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動。 方案評價 這種機構(gòu)簡明易懂，刀具刻線的長度精確，但不容易控制三個不完全齒輪的轉(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 這種方案通過一個凸輪來控制刀具的進刀、退刀運動，另一個凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動，并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速

7、比K>=1.2。 方案評價 通過一個凸輪來控制進刀、運動，此凸輪的形狀會過于復(fù)雜，同時不能實現(xiàn)自動回刀，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曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)進刀、退刀動作，具有急回特性，另一個凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運動，用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)急回速比K>=1.2。、 方案評價 曲柄滑塊機構(gòu)雖能實現(xiàn)急回速比K>=1.2，但是不能保證刻線過程中的等速運動，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構(gòu)實現(xiàn)刻刀的進刀、退刀動過，同時通過凸輪槽的形狀實現(xiàn)滑塊的勻速運動，進而實現(xiàn)刀具的勻速運動。同時也可以滿足急回速比K>

8、=1.2。 方案評價 此方案可滿足全部刻線的功能要求，同時可以使進刀動作平穩(wěn)，采用轉(zhuǎn)動副為低副，降低較低，接觸面積大，應(yīng)力集中就相對小一些，此外，安裝、加工也相對方便。所以我們決定采用這套方案。2.2抬刀機構(gòu) 方案1（圖7） 圖7 方案說明 我們采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)刀具的抬、落刀動作，通過控制凸輪輪廓來實現(xiàn)刻線時間的調(diào)整，又因為凸輪轉(zhuǎn)速一定，即可以控制可線的長短。 方案評價 凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，可有效實現(xiàn)刀具的平穩(wěn)刻線，同時結(jié)構(gòu)較為簡單，體積較小，便于安裝。所以我們采用這套方案。 2.3進給機構(gòu) 方案1（圖8） 圖8 方案說明： 這套方案采用不完全齒輪實現(xiàn)工作臺的間歇進給，當(dāng)主動輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動

9、輪作間歇式轉(zhuǎn)動，在從動輪停歇期內(nèi)，兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用，以防止從動輪游動。不完全齒輪機構(gòu)可以帶動絲桿間歇轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)工作臺的間歇進給，控制不完全齒輪轉(zhuǎn)速與絲桿導(dǎo)程就可實現(xiàn)每秒進給量為1mm。 方案評價： 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構(gòu)實現(xiàn)工作臺的間歇進給，主動撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，槽輪間歇運動，且我們這套方案采取普通四槽的對稱式的槽輪機構(gòu)，傳動較為平穩(wěn)。 方案評價： 槽輪機構(gòu)尺寸小，外形簡單，機械效率高，傳動較為平穩(wěn)，所以我們決定采用這套方案。 3、傳動方案設(shè)計3.1傳動方案總述 采用V帶+齒輪傳動，將

10、電動機轉(zhuǎn)速減小了需要的轉(zhuǎn)速。3.2傳動功率的計算： 查閱相關(guān)資料得： 凸輪效率： 槽輪效率： 滾珠軸承效率：0.98 V帶傳動效率： 9級精度齒輪效率：0.96 螺旋機構(gòu)效率： 刻線機構(gòu) P1=0.4/ (0.95 抬刀機構(gòu) P2=0.1/(0.95 進給機構(gòu) P3=0.2/(0.850.95)/(0.95 總體機構(gòu) P（電機）=（P1+P2+P3）/（0.943.3電動機選擇 根據(jù)總功率選擇電機，查表得，6極的三相交流發(fā)電機型號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，所以選擇上述機型。3.4傳動比計算（圖10）圖10

11、各傳動比如圖所示。驅(qū)動件采用電動機，由于電動機轉(zhuǎn)速為960r/min，而刻線組合機構(gòu)工作轉(zhuǎn)速為60r/min，所以要將轉(zhuǎn)速減小至60r/min。達到傳動比i=16，故選擇V帶傳動比i1為4，齒輪i3傳動比為4，刻線組合機構(gòu)工作轉(zhuǎn)速達到60r/min。抬刀凸輪工作轉(zhuǎn)速為20r/min，故選用1對齒輪傳動，傳動比i=3，其中i4傳動比為3，抬刀凸輪達到20r/min。 槽輪主動撥盤轉(zhuǎn)速與刻線組合機構(gòu)轉(zhuǎn)速大小與方向相同，且布置于抬刀凸輪下方，故選用兩對錐齒輪將60r/min的轉(zhuǎn)速傳遞到工作臺，其傳動比為i2=1，i5=4，故此時槽輪主動撥盤轉(zhuǎn)速為60r/min，槽輪從動撥盤轉(zhuǎn)速為15r/min。 進

12、給機構(gòu)要求進給量為1mm/s，故選取與槽輪從動撥盤同軸的絲桿導(dǎo)程為4mm，故進給量為60mm/min，即1mm/s。3.4各標準齒輪參數(shù)（表2）各標準齒輪參數(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=320mm齒數(shù)Z1=34Z1=34Z2=17Z2'=68Z3=17Z3'=51Z4=34Z4=136中徑（mm）d1=68d1=68d2=34d2'=136d3=34d3'=102d4=136d4=272表2圖114、執(zhí)行機構(gòu)的尺寸設(shè)計4.1設(shè)計總體思路 我們通過比較各種機構(gòu)與組合，決定采用組合機構(gòu)（凸輪-連桿機構(gòu)）完成刻

13、線動作，采用凸輪機構(gòu)完成抬刀、落刀動作，采用槽輪-絲桿機構(gòu)完成工作臺的間歇進給動作。其中，組合機構(gòu)只負責(zé)刀具的勻速進給，通過凸輪控制刻線的時間，從而控制刻線長度，與此同時，每秒鐘工作臺通過槽輪-絲桿機構(gòu)完成一次間歇進給（1mm）。4.2抬刀凸輪尺寸設(shè)計（圖12）圖12（凸輪實際輪廓線）取抬刀量為0.5mm，(抬刀量之所以去這么小，我們就可以認為抬刀與下刀時間很短，可以忽略不計).且抬刀凸輪轉(zhuǎn)速為20r/min，即刻線組合機構(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作。再在每份中分出相應(yīng)的度數(shù)（10°、10°

14、、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，那么刻出的線的長度即可保證10：

15、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)進行。 控制刻線深度0.5mm，可以通過調(diào)整刻線尺的放置高度來實現(xiàn)。4.3刻線組合機構(gòu)尺寸設(shè)計（圖13、圖14）為控制刀具能達到分別刻18mm、13mm、10mm的線，現(xiàn)令刀具移動距離為18mm，可以保證13mm和10mm的線長足夠。給定推桿的行程為18mm，因為要求每秒鐘刻出一條線，故凸輪轉(zhuǎn)速為1r/s,設(shè)定K=1.2:1,故進刀凸輪轉(zhuǎn)角設(shè)定為196度，進刀時間為0.55s

16、。退刀凸輪轉(zhuǎn)角設(shè)定為164度。退刀時間為0.45s。進刀速度V1=32.7mm/s。退刀速度V2=40mm/s。將進刀和退刀行程18mm等分為6段，故每段距離為3mm。進刀3mm，曲柄轉(zhuǎn)動角度為32度。退刀3mm，曲柄轉(zhuǎn)動角度為27度。選定適當(dāng)?shù)倪B桿長度30mm。故依次可以做出凸輪輪廓曲線。圖13由此可得凸輪連桿組合機構(gòu)如下圖圖144.4進給機構(gòu)尺寸設(shè)計（圖15）圖15 外嚙合槽輪n=1，z=4，運動系數(shù)k=1/2-1/z=0.25取進給絲桿導(dǎo)程為4mm，右旋，則進給量為1mm/s。進給槽輪參數(shù)：L=20cm R=14.14cm r=2.36cm s=14.14cm h>=10.64cm d1<=11.72cm d2<=7cm b=4mm5、方案圖與機構(gòu)運動循環(huán)圖（表）5.1方案圖（圖16）圖165.2機構(gòu)運動循環(huán)圖（圖17）圖175.3機構(gòu)運動循環(huán)表（表3）凸輪