平尺刻線機(jī)-課程設(shè)計(jì)說明書-終極版

1、-課程設(shè)計(jì)課程實(shí)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造主體實(shí)踐(一)院系、部：機(jī)械工程學(xué)院XX：周天宇同組成員：沈戊坤梁磊李東金明旭班級(jí)：機(jī)電132指導(dǎo)教師簽名：徐林林2021 年7月10日·-1-1 / 34-目錄1.1機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求31.2工作原理和工藝動(dòng)作41.3擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖51.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評(píng)定61.5機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖101.6執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)111.7機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)241.8運(yùn)動(dòng)仿真261.9飛輪設(shè)計(jì)272.0設(shè)計(jì)結(jié)果得分析292.1參考文獻(xiàn)292.2設(shè)計(jì)體會(huì)29-2-1.1機(jī)器的功能和設(shè)計(jì)要求在很多具有定量要求的相對(duì)移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件上，于是需要有指示相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)量的

2、刻度線。平尺刻線機(jī)主要用于有相對(duì)移動(dòng)零件的刻線工作。本課題設(shè)計(jì)通過機(jī)械化刻線，可以到達(dá)準(zhǔn)確度高、準(zhǔn)確度高。減少了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，降低本錢，并且在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題，通過認(rèn)真分析以解決，在今后的設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)歷可循。1機(jī)器的功能：平尺刻線機(jī)刻出的刻度線長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)如圖1.1所示。顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1mm，刻刀刻線一次，且能自動(dòng)改變刻線長度。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，平尺刻線機(jī)整體工作應(yīng)分為三種：(1)刀具刻線工作主工作(2)刀架升降工作輔助工作(3)平尺送進(jìn)工作輔助工作2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：(1)平尺毛坯的輪廓尺寸為：104

3、0×30mm(長×寬)。(2)要求在平尺毛坯上按一定規(guī)律刻出不同長度的線條：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)。(3)刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程有抬刀運(yùn)動(dòng)。(4)刻線速度：每秒鐘刻一條線。(5)行程速度變化系數(shù)K1.2。(6)為擴(kuò)大刻線機(jī)的應(yīng)用X圍，要求線條長度可調(diào)(短、中、長三種長度的比例可不變)。(7)刻線機(jī)在工作過程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)140?？叹€時(shí)的切削力為F1000N-3-1.2工作原理和工藝動(dòng)作1工作原理：平尺刻線機(jī)主要用

4、于有相對(duì)移動(dòng)零件的刻線工作?？潭染€長度按十進(jìn)制規(guī)律分為三種，分別指示一、五和十，并依次重復(fù)出現(xiàn)。圖1所示的鋼板尺就是用平尺刻線機(jī)加工的。顯然在加工時(shí)，平尺每送進(jìn)1mm，刻刀刻線一次，且能自動(dòng)改變刻線長度。因此，平尺刻線機(jī)主體工作機(jī)構(gòu)是刻線機(jī)構(gòu)主運(yùn)動(dòng)和平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)輔助運(yùn)動(dòng)。2工藝動(dòng)作：為了完成在上述三種整體工作，平尺刻線機(jī)應(yīng)該完成以下五個(gè)工藝動(dòng)作：(1)落刀準(zhǔn)備進(jìn)入工作水平面(2)進(jìn)刀第一次刻線(3)抬刀退回準(zhǔn)備水平面(4)退刀第二次刻線保證刻線均勻，并回到第二步開場位置(5)進(jìn)刻度尺上述五個(gè)動(dòng)作中：進(jìn)刀、退刀為刀具刻線工作；落刀、抬刀為刀架升降工作；進(jìn)刻度尺為平尺送進(jìn)工作。因此，平尺刻線機(jī)重點(diǎn)

5、考慮三個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：刀具刻線機(jī)構(gòu)，刀架升降機(jī)構(gòu)和刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。平尺刻線機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞路線如圖1.2所示：-4-1.3擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖主要是確定刀具、刀架、刻度尺三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的先后順序、相位，以便進(jìn)展設(shè)計(jì)、裝配和調(diào)試。將刀具、刻度尺、刀架三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件按照空間運(yùn)動(dòng)可分為X、Y、Z三個(gè)方向如圖1.3所示：刀架升降運(yùn)動(dòng)在Z軸方向正向抬刀，負(fù)向落刀；刀具刻線運(yùn)動(dòng)在X軸方向正向進(jìn)刀，負(fù)向退刀；平尺送進(jìn)運(yùn)動(dòng)在Y軸方向正向送進(jìn)。分析五個(gè)工藝動(dòng)作，刀具刻線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是最主要的運(yùn)動(dòng)。因此，平尺刻線機(jī)的刀具刻線機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)，并設(shè)定刀具在最高位置時(shí)為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)位置，也是一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的終點(diǎn)位置。此

6、時(shí)刻度尺、刀架的位移為零，并以此作為運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖橫坐標(biāo)的起點(diǎn)，循環(huán)周期為360°。如圖1.4所示-5-1.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和評(píng)定1整體選型形態(tài)學(xué)矩陣根據(jù)刀具、刀架、刻度尺這三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作要求和構(gòu)造特點(diǎn)可以選擇如表1.1所示的常用機(jī)構(gòu)，構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣。可以求出平尺刻線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案數(shù)目為：N41416刀具刻線機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪推桿機(jī)構(gòu)不完全齒輪和齒條機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)刀架升降機(jī)構(gòu)平底凸輪機(jī)構(gòu)刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)表1.1構(gòu)成機(jī)構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣2刀具刻線機(jī)構(gòu)評(píng)定I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(dòng)，再通過一個(gè)凸輪來

7、控制刀具的抬刀，下刀運(yùn)動(dòng)，推過控制凸輪的推程與回程，來控制刀具的急回速比K1.2。圖1.5方案評(píng)價(jià)：通過三個(gè)凸輪來控制刀具左右移動(dòng)，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，所以我們不采用這套方案。-6-II方案說明：這套方案是通過一套組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刻刀的進(jìn)刀、退刀動(dòng)作，同時(shí)通過凸輪槽的形狀實(shí)現(xiàn)滑塊的勻速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具的勻速運(yùn)動(dòng)。同時(shí)也可以滿足急回速比K1.2。圖1.6方案評(píng)價(jià)：該方案主要通過一個(gè)凸輪來控制進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)，此凸輪的形狀會(huì)過于復(fù)雜，所以我們不采用這套方案。III方案說明：這種方案通過一個(gè)凸輪來控制刀具的進(jìn)刀、退刀運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪來控制刀具的抬刀、下刀運(yùn)動(dòng)，

8、并通過凸輪的推程與回程來控制刀具的急回速比K1.2。圖1.7-7-方案評(píng)價(jià)：該方案可滿足全部刻線的功能要求，同時(shí)可以使進(jìn)刀動(dòng)作平穩(wěn)，采用兩個(gè)凸輪控制進(jìn)刀、退刀，凸輪的設(shè)計(jì)也不會(huì)過于復(fù)雜。所以我們決定采用這套方案。3刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)評(píng)定槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小，機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)展轉(zhuǎn)位，但是相對(duì)于不完全齒來說實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)構(gòu)造稍顯復(fù)雜；而且制造及裝配的精度要求高，其傳動(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊，只能用于速度不太高的場合，且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)的參數(shù)較多，易滿足不同停歇要求。但是，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

9、過程中，齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙合，因此在此過程中不能確XX傳動(dòng)比傳動(dòng)。由于從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)開場和終止時(shí)，角速度有突變，故存在剛性沖擊。假設(shè)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，那么會(huì)造成較大的進(jìn)給誤差。棘輪機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單、制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠，并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)展調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是傳動(dòng)動(dòng)力小、工作時(shí)有沖擊和噪聲。不僅如此，傳動(dòng)力缺乏那么會(huì)對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給產(chǎn)生影響，從而影響整個(gè)工序。圖1.8-8-基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，故考慮組合機(jī)構(gòu)槽輪與螺旋機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)簡單、進(jìn)給精度高傳動(dòng)力較大，易于制造加工。(如圖1.9所示)這套方案采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，當(dāng)撥盤做連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，槽輪做間歇

10、式轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)可以帶動(dòng)螺旋絲杠間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的間歇進(jìn)給，控制撥盤的轉(zhuǎn)速與螺旋絲杠的導(dǎo)程可實(shí)現(xiàn)每秒進(jìn)給量為1mm。方案評(píng)價(jià)：槽輪機(jī)構(gòu)尺寸小，外形簡單，機(jī)械效率高，傳動(dòng)較為平穩(wěn)。至于其缺點(diǎn)通過螺旋機(jī)構(gòu)配合改善，得到的組合機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定，所以我們決定采用這套方案。-9-1.5機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖按已選定的三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，畫出平尺刻線機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案示意圖如圖2.0所示。-10-1.6執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺度設(shè)計(jì)在凸輪的設(shè)計(jì)中，欲滿足行程速度變化系數(shù)K1.2，即一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)工作時(shí)轉(zhuǎn)過的角度大于等于非工作時(shí)的1.2倍，以下的凸輪設(shè)計(jì)采取K=1.5滿足設(shè)計(jì)要求。1刀具刻線機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動(dòng)

11、分析I刻短線凸輪：采用直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪平底，因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)大小分析：-11-運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析：形狀尺寸分析：-12-II刻中、長線凸輪：采用直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪尖端，壓力角小于40°，因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)大小分析：-13-運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析：-14-形狀尺寸分析：通過滿足壓力角40°，確定dds-Ne0min-tgs22re-15-16-此處凸輪基圓半徑取50mm-17-2刀架升降機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動(dòng)分析刀架凸輪：采用直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪平底，因?yàn)檗D(zhuǎn)速較低于是采用余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律參數(shù)大小分析：-18-運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析：形狀尺寸分析：-19-3刻度尺

12、進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸綜合及運(yùn)動(dòng)分析I刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用單圓銷槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)周期性間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3.1所示。主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)速為60/min，中心距144mm，按工位要求槽數(shù)6。槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算：360360(1)槽間角22，2602z6。(2)槽輪運(yùn)動(dòng)角21，211802218060120。(3)圓銷回轉(zhuǎn)半徑1，。(4)槽輪半徑2，。-20-(5)鎖止弧X角，36021360120240。1(6)圓銷半徑，取rR12mm1。6(7)槽輪齒頂厚，取5。(8)鎖止弧半徑，RsR1re7212555mm。(9)槽輪槽深，hR(aR1r)65mm。取70mm。(10)運(yùn)動(dòng)系數(shù)，111k。

13、2z3R721(11)1與的比值，0.5a144。(12)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析槽輪角位移：sin1arctan21cos1槽輪角速度：d(cos21212cosdt1)12槽輪角加速度：22d(1)sin22122221dt(12cos)12n1260其中，rads6.2832/1。計(jì)算結(jié)果列于表3.1。6060表3.1槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1222-60-304.65049E-1622.79288-50-29.44150.73875387430.7584-40-27.51571.7270248440.63007-30-23.7942.99473645150.20605-20-17.8784.451

14、50582952.58459-10-9.706485.743261736.55439-21-006.2831853070109.7064815.7432617-36.55442021.877994.451505829-52.58463023.793982.994736451-50.2064027.515741.72702484-40.63015029.441460.738753874-30.758460304.65049E-16-22.7929槽輪的角速度2，角加速度2隨主動(dòng)件轉(zhuǎn)角1的變化曲線，如圖3.2所示。-22-II刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化平動(dòng)22螺旋機(jī)構(gòu)s6mm

15、l13螺桿與螺母采取鋼對(duì)鋼梯形螺紋，摩擦系數(shù)f值為0.110.17，牙型角30。取絲杠直徑d=16mm，長度L=1200mm-驗(yàn)算是否自鎖：arctanSd'f'arctancos2arctanSdarctan6166.8f0.11'arctanarctan6.5coscos22'，不發(fā)生自鎖-23-1.7機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1電動(dòng)機(jī)的選擇確定原動(dòng)機(jī)的功率PnPnPw其中，Pw為工作機(jī)要求的功率；為由電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總效率。工作機(jī)要求的功率Pw主要為執(zhí)行構(gòu)件在單位時(shí)間里克制工作阻力所作的功。在平尺刻線機(jī)中,主要為在單位時(shí)間里刻刀刻線時(shí)克制工作阻力所作的功。那

16、么PwFvrc其中，F(xiàn)r為刻刀刻線時(shí)的工作阻力，主要發(fā)生在刻線的整個(gè)行程中，且假定為均勻阻力，整個(gè)過程阻力為1000N。Vc為刻刀的的運(yùn)動(dòng)速度，可以通過得凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析得到。由上式可以算得刻刀在不同位置時(shí)，消耗的功率，列于表3.2?？梢娮畲笾禐?瓦左右。參考抬刀機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及機(jī)器中運(yùn)動(dòng)副間的摩擦損失，參照電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)選擇YSK-50-4電機(jī)。輸出功率50、轉(zhuǎn)速670r/min。表3.2刻刀在不同位置消耗的功率刻18mm1FrVcPw335.710000.520350.520349336.610001.005241.005237337.510001.421621.42162338.

17、410001.741121.741122339.310001.941971.94197340.210002.010472.010475341.110001.941971.94197342.010001.741121.741122342.910001.421621.42162343.810001.005241.005237344.710000.520350.520349345.610000.000000-24-2速比分配驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為670r/min，刻線機(jī)構(gòu)刻線的最小轉(zhuǎn)速為6r/min，那么機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為：i總6706111.67采用一級(jí)皮帶傳動(dòng)、一級(jí)和二級(jí)齒輪傳動(dòng)，他們的傳動(dòng)比為

18、：皮帶傳動(dòng)：傳動(dòng)比為3.72圓柱齒輪傳動(dòng)：齒輪1與齒輪6的傳動(dòng)比i16為3，取Z122，Z622366。齒輪1與齒輪2的傳動(dòng)比i1'2為3，取Z120，Z220360。齒輪2與齒輪3的傳動(dòng)比i2'3為1，取Z2'20，Z320210。齒輪2與齒輪4的傳動(dòng)比i2'4為2，取Z2'20，Z420240。齒輪4與齒輪5的傳動(dòng)比i4'5為5，取Z4'20，Z52051003轉(zhuǎn)速n670皮皮帶轉(zhuǎn)速：n180rad/min皮i3.72皮n180皮'圓柱齒輪轉(zhuǎn)速：齒輪6轉(zhuǎn)速為：n60rad/min6i316n1801'n齒輪2轉(zhuǎn)速為：6

19、0rad/min2i31'2n602'n齒輪3轉(zhuǎn)速為：60rad/min3i12'3n602'n齒輪4轉(zhuǎn)速為：30rad/min4i22'4n304'n齒輪5轉(zhuǎn)速為：6rad/min5i54'5-25-4機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從原動(dòng)電機(jī)到用于刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于刀具刻線機(jī)構(gòu)以及刀架升降機(jī)構(gòu)采用分路傳動(dòng)，所用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳遞路線如下圖。刀架升降機(jī)構(gòu)電機(jī)帶傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)刀具刻線機(jī)構(gòu)刻度尺進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)1.8運(yùn)動(dòng)仿真采用workingmodel軟件進(jìn)展刀具刻線工作和刀架升降工作的運(yùn)動(dòng)仿真由于粗略仿真多少存在系統(tǒng)誤差和客觀因素影響，不過結(jié)

20、果大致符合要求-26-1.9飛輪設(shè)計(jì)刻線時(shí)刀具工作受到阻力的影響，造成機(jī)器的速度波動(dòng)，必須通過加飛輪的方法進(jìn)展調(diào)節(jié)。由于機(jī)器的第一級(jí)傳動(dòng)選擇了皮帶傳動(dòng)，所以飛輪只能安裝在帶傳動(dòng)后面的齒輪傳動(dòng)的高速軸上，即以齒輪傳動(dòng)的高速軸為等效構(gòu)件，如圖2.0所示。軸的轉(zhuǎn)速n=670/3.72=180r/min，取平尺刻線機(jī)的許用速度波動(dòng)系數(shù)0=.02，以滿足刻線機(jī)在工作過程中主動(dòng)軸的角速度不均勻系數(shù)140。1計(jì)算等效力矩和最大盈虧功平尺刻線機(jī)的能量消耗，主要來自刀具刻線時(shí)消耗的能量。因此，可以忽略其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及各構(gòu)件慣性力的影響，只考慮刀具的工作阻力F。F=1000N，=150=0.02，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定循環(huán)周期T=6阻力力矩Mr如下圖，阻力力矩做功A=0.50902J驅(qū)動(dòng)力矩Md=A/6=0.027N*m最大盈虧功Wmax=0.32238J-27-2計(jì)算飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF900W9000.32238220.4537k222n1800.02g2m3確定飛輪的尺寸對(duì)于如圖4.1所示的輪形飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示JFm4D2其中，D為飛輪輪緣的平均直徑D1D2D，m為飛輪的質(zhì)量24JF11.3425可以算得kgm2D由公式m