机械课程设计题目

1 设计题目光纤接头保护玻璃管的结构与尺寸如图 3.1a 所示。光纤接头保护玻璃管被套在光纤接头处，以保护光纤接头。为不致损伤光纤，保护玻璃管内孔两端需倒角,如图 a 所示。该玻璃管内孔两端倒角宜采用细粒砂轮高速磨削的工艺，以避免砂轮磨削力过大而损坏其端口。其砂轮磨削头的形状如图 b 所示。由于其用量很大，故需设计一台专用自动倒角磨削装置来加工。a) b)图 3.1 2 设计要求1）保护玻璃管在倒角之前处于散堆状态，磨削时需自动整理并逐个送料，故需配套设计自动送料机构。2）保护玻璃管磨削时需自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以免造成玻璃管损坏。为了减小对其夹紧力，应采用两套砂轮磨头，并沿轴向相对布置，相向进给，反向旋转，使两磨削力得以平衡，实现两端口同时磨削并自动定位。要求两砂轮的转速约 6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约 1500r/min。3）要求保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约 1500r/min。4）每班（8 小时）生产率不低于 4000 件。3 功能分析及功能分解要实现光纤接头保护玻璃管自动磨削，需要首先对散落的玻璃管进行整理，然后将整齐的玻璃管送入磨削位置夹紧，然后通过两套微型电机带动砂轮对玻璃管进行磨削，磨削完之后，将其送出，如此无间断工作。为了实现总功能可将总功能分解为玻璃管的送料、定位、夹紧、自动取走加工好的工件、倒角磨削等分功能。功能树如图 3.2 所示。图 3.2 保护玻璃管内孔倒角磨削机功能树4 功能原理求解及执行机构运动设计4.1 磨削机的整料、送料功能设计考虑到机构的简便灵活性，散料经过特定轨道排列整齐，进料取料机构采取圆盘式结构，实现原料一次性的送给以及成品的输出。工作原理如图 3.3 所示。送料盘由一槽轮机构带动实现间歇式转动。送料盘上开有与保护玻璃管直径相配的半圆槽，在进料口，保护玻璃管依靠重力作用由存放处滚入半圆槽内，送料盘带有防护罩，防止转动过程中将工件甩出随送料盘一块转动至磨削加工位置，在加工位置有定位挡板定位，同时依靠弹簧压板夹紧。夹紧定位后进行磨削加工，加工好之后，又随送料盘转至工件导出位置，依靠重力从半圆槽中脱出，进入成品储放箱。光纤接头保护玻璃管内倒角自动磨削机功能自动送料功能工件定位加紧功能磨削倒角功能取走工件功能图 3.34.2 定位夹紧功能工件下方为半圆弧槽，上方为弹簧压板，同时定位挡板起到定位的作用-可以将保护玻璃管的两个端口对准磨削砂轮，半圆弧槽和弹簧压板表面有防滑毛毡防止工件在加工过程中滑动，同时半圆弧槽和弹簧压板长度足够，不会出现工件振动现象。其工作原理如图 3.3 所示。当工件进入加工位置定位加紧，两磨削头开始磨削，磨削完毕工件被送出进入储放箱。4.3 磨削功能通过两套微型电机带动砂轮对玻璃管进行磨削。工作原理如图 3.4 所示。微型电机下方的圆柱凸轮机构，由该机构控制微型电机做间歇式直线往复运动。实现对保护玻璃管端部倒角的磨削。图 3.44.4 根据工艺过程确定执行机构的运动规律1）由送料取料装置的工作原理和结构知，送料盘做间歇式回转运动。2）实现定位夹紧功能的加持器，磨削功能的微电机具固定在滑板上，滑板间歇式直线运动。综上，磨削机电动机 D 经过减速系统 J 减速后，动力分别由传动机构、输出。见图 3.5。传动系统实现送料盘的间歇式回转运动；传动系统滑板的间歇式直线运动。图 3.5 磨削机工艺动作分解J传动系统传动系统送料功能取走工件磨削工件D4.5 执行机构的选型及评价根据执行机构的运动规律，以及工艺动作的分解，选择机构类型，如表 3-2 所示。表 3-2功能元 减速机构 间歇送料机构 磨削机构所选机构带传送和齿轮机构结合槽轮机构和棘轮机构圆柱凸轮对表 3-2 所选机构类型，分别从运动性能、动力性能、经济性、结构紧凑性等方面进行简单的评价。评价结果如表 3-3 所示。表 3-3 对机构选型的简要评价简要评价评价指标具体项目连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 棘轮机构 蜗杆机构运动规律、运动轨迹任意性较差基本上实现任意的运动过规律一般做定比传动实现间歇式转动一般做定比传动运动性能运动精度 较低 较高 高 一般 较高传力特性 一般 一般 较好 一般 较好动力性能冲击、振动、噪声较大 较小 小 较大 一般加工难易 容易 难 一般 较难 较难经济性能 维护方便性 较方便 较麻烦 较方便 较方便 较方便运动空间 较大 较小 较小 较小 较小结构紧凑性结构复杂性 较复杂 一般 简单 较复杂 一般4.6 机构的组合对该磨削机构进行定性分析，结合设计要求，可以对该磨削机的性能要求进行排队，1.运动精度（磨削量很小，容易破碎，所以需要很小的运动精度）;2. 冲击噪声； 3.维护方便（为大批量生产，而且过程中产生很多玻璃粉末，要经常维护清理） ；4. 结构复杂；5. 运动空间。根据磨削机对性能要求的重要程度，结合表 3-2,3-3 ，可以最终确定该磨削机的机构组合为：减速机构 带传动+齿轮传动；传动系统即送料盘的间歇式转动 槽轮机构；传动系统即磨削砂轮的间歇式直线运动 圆柱凸轮机构；4.7 原动机的选择该原动机采用电动机，题目设计要求中已给出，电动机的转速约1500r/min。5 初步方案的拟定通过以上分析，对于“送料、整料机构” 、 “装卸与夹紧机构、 “磨削控制机构” ，我们提出了以下方案：1） 送料、整料机构（共两种方案）方案一图 5.1方案二图 5.22） 装卸与夹紧机构方案一图 5.3方案二；图 5.43） 磨削控制机构方案一图 5.5方案二图 5.66.方案的评价及其优选评价指标机名构称 运动性能 工作性能 经济性 结构紧促性优选方案一能够准确完成所需运动规律要求，结构简单、可行性强漏斗左右两边同时筛料，工作效率高，仅需人工将工件倾倒与漏斗之中，便可完成自动筛料，整料无需能源驱动，经济性较高结构简便，独立性强，无冗杂机构，紧蹙性高 送料整料机构 方案二基本能够完成所需运动规律要求，但筛子对振动对工件损害较大工件在料斗中由筛子振动筛料，工作效率高，筛料整料工作性能可靠需电机带动，且结构复杂，造价较高结构需要驱动装置，需要与电机相连，较为冗繁，紧促性差方案一能够准确实现自动装卸与夹紧要求， 且自动化、工作连续性较强能够准确完成取料、装料、加紧、卸料的自动化工作效率不高，且皮带轮凹槽处理后，力学性能较差，容易损坏，需经常更换皮带长度与单位磨削时间、单位工作行程时间有关，导致皮带较长，所占空间较大，紧促性较差装卸与夹紧机构方案二方案一的进一步优化，工作连续性进一步提高能够准确完成取料、装料、加紧、卸料的自动化，且取料、装夹、卸料同步进行工作效率高，结构简便，制造简单，经济性较高将磨削与装料、加紧、卸料整合在同一个圆周上，紧促性较好方案一采用双凸轮，单电机带动，两凸轮同步运动，使磨削轮对称进刀、退刀，能够完成所需运动性能要求采用双凸轮机构，能够提供足够的磨削推力，可靠性较高，但对凸轮制造、安装精度要求较高结构对两磨削轮进刀、退刀的同步要求较高，导致两凸轮制造精度、安装精度要求较高，经济性较差结构对称分布，紧促性好磨削控制机构方案二采用滚子推杆凸轮带动两滑块同时运动，同步性较好，能够完成所需采用滚子推杆凸轮带动双滑块运动，运动行程较大，导致凸轮较大，制造、安装结构较为简便，仍可提供较高的同步性，经济性较好凸轮较大，所占空间大，紧促性差运动性能要求 不便7 机构工作原理由图（a）为玻璃管的整料和送料机构，当一批玻璃管放入进料口，玻璃管堆压在活动挡板两侧，当一侧的玻璃管较多时，则将挡板压向另一侧，则这一侧的玻璃管则可以沿斜坡滚到导轨中，由于重力和挤压玻璃管在导轨内调整自己的滚动方向，使玻璃管沿着合适的方向滚动，最后到达送料机构。输送盘在槽轮机构的带动下做停歇运动，当输送盘的送料口运动到玻璃管处时，玻璃管由于挤压进入送料口，输送盘继续转动，玻璃管在定位挡板的作用下运动到固定位置，完成定位功能，然后在弹簧挡板的夹紧力下进行加紧固定。此时，输送盘停止转动。如图（b）为传动机构及执行机构总图，动力由控制电机 1 输出，经带轮 7传到星系齿轮轴进行减速，然后再传到主轴 9 上控制各执行构件的运动。主轴9 每转动一圈，圆柱凸轮 2 转动一周，通过连杆控制磨削电机 4 在导轨 6 上