圓盤(pán)刻線機(jī)-機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、河 北 工 業(yè) 大 學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)作 者： 劉昭 學(xué) 號(hào)： 140566 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 班 級(jí)： 機(jī)電142 題 目： 圓盤(pán)刻線機(jī) 同 組 人： 趙洪飛 指導(dǎo)教師： 張換高 2016年 6 月 25 日摘 要 題 目： 圓盤(pán)刻線機(jī)的設(shè)計(jì) 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(guò)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(kāi)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

2、功能原理分析），本次任務(wù)目標(biāo)是完成圓盤(pán)的刻線，使用凸輪機(jī)構(gòu)，不完全齒輪與齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功能。關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，凸輪機(jī)構(gòu)，不完全齒輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，復(fù)雜凸輪設(shè)計(jì)目 錄目 錄11設(shè)計(jì)任務(wù)22國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀23執(zhí)行裝置方案設(shè)計(jì)23.1功能分析33.2總功能實(shí)現(xiàn)的原理33.3執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)分解43.4機(jī)構(gòu)型綜合53.5工作循環(huán)圖設(shè)計(jì)73.6執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺度綜合74原動(dòng)機(jī)選擇84.1原動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇84.2原動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速確定85傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)85.1總傳動(dòng)比計(jì)算95.2傳動(dòng)比分配與傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)（各傳動(dòng)傳動(dòng)比）96總體設(shè)計(jì)方案106.1總體布局方案106.2總體設(shè)計(jì)方案117機(jī)

3、構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析128結(jié)論13參 考 文 獻(xiàn)14設(shè)計(jì)感言14 1設(shè)計(jì)任務(wù)1.圓盤(pán)刻線機(jī)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刻線，刻線要求為每隔秒刻一條線，平尺上相鄰兩條刻線之間的圓弧所對(duì)應(yīng)的中心角度為一度，刻線長(zhǎng)度有18毫米、13毫米、10毫米三種類(lèi)型。第一次刻線長(zhǎng)度為18毫米，后四次刻線長(zhǎng)度為10毫米，第六次刻線長(zhǎng)度為13毫米，第七至第十次刻線長(zhǎng)度為10毫米，以后依此類(lèi)推，圓盤(pán)毛坯的直徑為300mm，相鄰兩條刻線之間圓弧所對(duì)應(yīng)的中心角為一度。2.刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程要有抬刀運(yùn)動(dòng)。 3.為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用范圍，要求線條長(zhǎng)度可調(diào)（中，短長(zhǎng)三種長(zhǎng)度的比例可不變）。4. 每秒

4、鐘刻一條線。5：要求刻線機(jī)在工作過(guò)程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)<=1/40?？叹€時(shí)的切削力F=1000N。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀刻線機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線，刻線精度大為提高，國(guó)內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的BVD50系列激光刻線機(jī)?？叹€機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī)。例如OK-KX50A 激光刻線機(jī)采用光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線，刻線精度大為提高?？朔藗鹘y(tǒng)“照相-腐蝕”工藝費(fèi)時(shí)，費(fèi)力的缺點(diǎn)，高速、高效，一次完

5、成刻線、字符、商標(biāo)等內(nèi)容。全程電腦控制，精度高、速度快，最大限度的降低了產(chǎn)品不合格率。使用靈活方便，即可成批量生產(chǎn)，又可滿(mǎn)足少量加工等多種需求。絕對(duì)環(huán)保，無(wú)任何污染，是現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的主流。支持單公制、單英制、雙公制、雙英制、公英制、英公制等標(biāo)新型。支持丁字型、拐角型、圓型等各種特殊量具類(lèi)型。支持用戶(hù)自定義的其它非標(biāo)類(lèi)的平面或圓柱面的量具。速度快,刻線清晰、精度高、永不磨損。制圖方便快捷，可根據(jù)需要隨意制作各種尺寸、形狀、圖標(biāo)的量具。三維數(shù)控，除主運(yùn)動(dòng)外其它兩維運(yùn)動(dòng)也是自動(dòng)調(diào)整，可以快速準(zhǔn)備的對(duì)焦，定位。對(duì)已生產(chǎn)過(guò)的型號(hào)，電腦自動(dòng)記憶位置及其刻線參數(shù)，以后生產(chǎn)可直接調(diào)用，不必再調(diào)焦，定位。3執(zhí)

6、行裝置方案設(shè)計(jì)3.1功能分析圓盤(pán)刻線刻刀上下左右移動(dòng)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪凸輪電動(dòng)機(jī) 3.2總功能實(shí)現(xiàn)的原理（1）功能元實(shí)現(xiàn)原理求解功能實(shí)現(xiàn)原理的形態(tài)學(xué)矩陣可用原理1可用原理2可用原理3可用原理4抬刀往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變速進(jìn)給刻刀運(yùn)動(dòng)刀具直線進(jìn)給 單向的間歇運(yùn)動(dòng)變速進(jìn)給組合機(jī)構(gòu)圓盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)間歇旋轉(zhuǎn)間歇進(jìn)給往復(fù)運(yùn)動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu) （2）系統(tǒng)總功能實(shí)現(xiàn)的原理 刻刀上下移動(dòng)我們選擇的是凸輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)橥馆喛梢蚤L(zhǎng)時(shí)間控制刀的升降高度，左右移動(dòng)我們選擇的是凸輪，因?yàn)橥馆喛梢钥刂频兜倪M(jìn)給長(zhǎng)度，凸輪推桿機(jī)構(gòu)中，能通過(guò)凸輪的輪廓曲線實(shí)現(xiàn)推程、休止、回程。推程與回程使刀具沿直線運(yùn)動(dòng)，休止能起到間接

7、性的作用，從而機(jī)構(gòu)亦能達(dá)到刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，圓盤(pán)的間歇運(yùn)動(dòng)選擇的是不完全齒輪，因?yàn)椴煌耆X輪的性能比較好，不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)的參數(shù)較多，易滿(mǎn)足。在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)凸輪的設(shè)計(jì)是比較難的，由于要控制刀的進(jìn)給長(zhǎng)度，凸輪要設(shè)計(jì)得很復(fù)雜，這對(duì)畫(huà)圖要求很高，不完全齒輪與齒輪的傳動(dòng)比也要進(jìn)行精密的計(jì)算。不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別，不僅在從齒輪的分布上，而且在嚙合傳動(dòng)中，當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合及末齒退出過(guò)程中，齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙合，因此在此過(guò)程中不能確保定傳動(dòng)比傳動(dòng)。由于從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，角速度有突變，故存在剛性沖擊。若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺(tái)相連，則會(huì)造成較大的進(jìn)給誤差

8、。凸輪與推桿的接觸為先接觸，而刻線是刀具收的力比較大，凸輪壓力大，易磨損。基于以上考慮，采用凸輪機(jī)構(gòu)組合齒輪機(jī)構(gòu)完成刻線和抬刀動(dòng)作。此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。3.3執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作設(shè)計(jì)分解1.通過(guò)齒輪帶動(dòng)凸輪，凸輪控制刀具的上下直線移動(dòng) 2.間歇性齒輪使圓盤(pán)達(dá)到間歇性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)3.刻線凸輪使刀具完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3.4機(jī)構(gòu)型綜合（1）各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)求解執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣可用原理1可用原理2可用原理3可用原理4抬刀運(yùn)動(dòng)平底凸輪機(jī)構(gòu)斜平臺(tái)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)刻刀運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 棘輪伺服電機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)圓盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)伺服/舵機(jī)（2）機(jī)構(gòu)型綜合抬刀和刻線選

9、擇的是凸輪機(jī)構(gòu)，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)選擇的是不完全齒輪機(jī)構(gòu)刻線凸輪設(shè)計(jì)方法：先設(shè)置凸輪基圓半徑，注意不能太大也不能太小導(dǎo)致凸輪不好設(shè)計(jì)，這里凸輪半徑取80mm，利用反轉(zhuǎn)法由刀具的進(jìn)給量反求凸輪外輪廓。反轉(zhuǎn)法求凸輪廓線設(shè)計(jì)好的凸輪相同的，抬刀凸輪使用一個(gè)凸起的設(shè)計(jì)，要求推程和行程占一個(gè)工作周期的一半，很容易就可以得到。3.5工作循環(huán)圖設(shè)計(jì)抬刀凸輪不抬刀抬刀刻線凸輪進(jìn)刀退刀工作臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)曲柄轉(zhuǎn)角 0° 180° 360°3.6執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺度綜合1刻線凸輪傳動(dòng)齒輪Z=50 W=/5 m=2 d=1002抬刀凸輪W=2 m=2 3不完全齒輪z=36 W=2 3齒 m=1 d=364圓盤(pán)

10、齒輪z=180 W=/15 m=1 d=1805主斜齒Z=24 W=2 m=1 d=246副斜齒Z=24 W=2 m=1 d=247 刻線凸輪基圓90mm8 抬刀凸輪基圓20mm4原動(dòng)機(jī)選擇4.1原動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇可選電動(dòng)機(jī)（有電的條件下）（交流、直流、控制電機(jī)）、柴油機(jī)和汽油機(jī)（野外作業(yè)）、液壓馬達(dá)和液壓缸（大功率、大載荷，需附帶液壓系統(tǒng)）、氣動(dòng)馬達(dá)和汽缸（需壓力氣源）。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電源種類(lèi)，工作條件，工作時(shí)間的長(zhǎng)短，載荷條件以及過(guò)載情況等條件來(lái)選擇Y型三相異步電動(dòng)機(jī)Y132M-4.直流電機(jī)n=1440r/min4.2原動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速確定每秒刻一條線，刻線圓盤(pán)轉(zhuǎn)一圈刻十條線，w=/5，抬刀凸輪w

11、=2 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n=60w/2=60r/min=1r/s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2=24*n=1440r/minP=F*V切削力F=1000N 抬刀阻力F=200N刻線刀刻線速度：36mm/s圓盤(pán)刻線刀抬刀速度：60mm/s刻線機(jī)圓盤(pán)轉(zhuǎn)位速度：19mm/s根據(jù)已知條件可以計(jì)算出工作機(jī)的各部分輸出功率：刻線刀移動(dòng)的功率：P1=F1*V1=1000*36/1000=36W抬刀桿抬刀的功率：P2=F2*V2=200*60/1000=12W圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率：W=J*w2/2 W=Pt P=912w P3=912*1/12+91.2*11/12=159.6w電動(dòng)機(jī)輸出功率：P總=P1+P2+P3=36+12+159.

12、6=207.6W為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需功率P，先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。查表可知傳動(dòng)裝置中每對(duì)運(yùn)動(dòng)副的效率選擇如下：類(lèi)型 數(shù)量效率凸輪滾子2個(gè)1=0.98滾動(dòng)軸承7個(gè)2=0.98圓柱齒輪12個(gè)3=0.98斜齒輪2個(gè)4=0.9摩擦傳動(dòng)2個(gè)5=0.9則傳動(dòng)裝置的總效率為：=0.429電動(dòng)機(jī)所需的功率為：P=P總/=207.6/0.429=484W5傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1總傳動(dòng)比計(jì)算1刻線凸輪Z=50 W=/5 2抬刀凸輪W=2 3不完全齒輪Z=36 W=24圓盤(pán)齒輪Z=180 W=/155主斜齒Z=24 W=26副斜齒Z=24 W=2 I21 =10 I34=Z4/Z3=305.2傳動(dòng)比分配

13、與傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)（各傳動(dòng)傳動(dòng)比）把總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)，畫(huà)出傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，并標(biāo)明傳動(dòng)比。各種傳動(dòng)的性能、傳動(dòng)比范圍和效率如圖。 不完全齒輪傳動(dòng)裝置I=30 電機(jī)皮帶輪減速裝置I=24凸輪傳動(dòng)裝置I=106總體設(shè)計(jì)方案6.1總體布局方案6.2總體設(shè)計(jì)方案占用空間大小約為55×55×55cm7機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析抬刀凸輪：進(jìn)刀凸輪： 圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)： 刀具退刀上抬動(dòng)作 刀具退刀下落動(dòng)作 進(jìn)刀速度 抬刀凸輪速度曲線：8結(jié)論本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)應(yīng)用兩個(gè)凸輪實(shí)現(xiàn)刻線機(jī)的刀具按特定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方面應(yīng)用傳動(dòng)性能優(yōu)良的齒輪組，經(jīng)過(guò)變速，使各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照需要的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，分別帶動(dòng)抬刀凸輪、刻線凸輪和不完全

14、齒輪運(yùn)動(dòng)，完美的實(shí)現(xiàn)了刀具的進(jìn)刀，退刀和抬刀運(yùn)動(dòng)。通過(guò)增加齒輪組，在傳動(dòng)比不變的情況下，減小了齒輪的直徑，縮小了軸與軸之間的距離，節(jié)省了機(jī)構(gòu)的空間。使用帶輪傳動(dòng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到使用轉(zhuǎn)速，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。使用軟件畫(huà)三維立體圖使結(jié)構(gòu)變得一目了然，對(duì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更加全面，尺寸的設(shè)計(jì)更加合理，使機(jī)器效率達(dá)到最大。 機(jī)器的空間可以充分利用，節(jié)省了成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 圓盤(pán)刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè)， 提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率， 節(jié)省了人力及時(shí)間， 改善了人們的作業(yè)環(huán)境。 本設(shè)計(jì)采用巧妙的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀， 用摩擦輪配

15、合不完全齒輪機(jī)構(gòu)完成定時(shí)、定量的進(jìn)料動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不復(fù)雜，理論上達(dá)到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件。理論上本機(jī)使用價(jià)值高，經(jīng)濟(jì)效益高。個(gè)人在組中分工：刻線凸輪設(shè)計(jì)，抬刀凸輪設(shè)計(jì)，cad三視圖作圖，solidworks三維圖設(shè)計(jì)參 考 文 獻(xiàn)1 孫桓等. 機(jī)械原理（第八版）. 高等教育出版社，2015年 2 機(jī)械工程手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，19973 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)（第二版）電子工業(yè)出版社 2013設(shè)計(jì)感言 此次的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是我上大學(xué)以來(lái)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，工作量最大的課程實(shí)踐機(jī)會(huì)。剛拿到課設(shè)題目我的心情是復(fù)雜的，一方面緊張生怕自己不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做好課設(shè)。另一方面又有些激動(dòng)，聽(tīng)說(shuō)這次課設(shè)要求與

16、往年不同，更加接近畢業(yè)設(shè)計(jì)，激起了我認(rèn)真完成課設(shè)的欲望。課程設(shè)計(jì)的要求很復(fù)雜，需要逐條分析，并且綜合考量，經(jīng)過(guò)小組分工，我們逐個(gè)確定了各個(gè)機(jī)構(gòu)的初步方案，并畫(huà)了三視圖進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)好幾次修改之后終于定型。雖然仍存在問(wèn)題，但老師肯定了我們的整體方案。又經(jīng)過(guò)了幾次修正后，我們四個(gè)人分為兩組，兩個(gè)人畫(huà)圖，另外兩個(gè)人做方案分析和機(jī)構(gòu)計(jì)算。我使用的是cad和solidworks兩款軟件畫(huà)圖，先用cad畫(huà)出機(jī)構(gòu)的三視圖以供參考，又在solidworks中設(shè)計(jì)出各機(jī)構(gòu)的三維零件圖，最終裝配完成，并生成軸測(cè)圖，這樣我們的圓盤(pán)刻線機(jī)的畫(huà)圖部分就完成了。雖然畫(huà)圖的步驟很簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作起來(lái)還是與想象中有很大的不同