机械原理课程设计--玻璃切割机.doc

机械原理课程设计设计说明书设计题目：玻璃切割机机电与车辆工程学院车辆工程103班设计者： 指导老师 目录前言 3绪论 41.设计题目5 1.1玻璃切割机简介5 1.2设计的目的51.3设计题目的简介51.4设计条件及设计要求 52运动方案设计 62.1机械预期的功能要求62.2功能原理设计72.3运动规律设计122.3.1机构尺寸的确定122.3.2运动和动力分析132.3.3位移速度加速度分析142.3.4机构运动简图152.3.5机构运动循环图163总结 164参考资料 17前言随着科学技术的发展，工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善，消费者的价值观念变化很快，市场需求出现多样化的特征，机械产品的种类日益增多，同时这些机械产品的寿命周期也相应缩短，企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的开发包括产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思分析与计算，并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。其中机械产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等设计内容是机械原理课程的教学内容。机械原理课程设计是机械原理课程的一个重要实践性教学环节同时又是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力及创新意识与能力方面起到十分重要的作用。通过课程设计这一环节使学生更好的掌握和加深理解本课程的基本理论和方法进一步提高学生查阅技术资料，绘制工程图和应用计算机的能力。在课程设计中要重视培养学生创新设计的能力。我们将从机构的运动学以及机器的动力学入手,研究机构运动的确定性和可能性,并进一步讨论的组成原理.,从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法,以及按已知条件来设计新的机构的方法。机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类: (1) 根据已有的机构和主要参数来分析该机构和所组成机构的各 种特性,即结构分析,运动分析。(2) 根据预期的各种特性来确定新的机构的形式,结构和参数,即机构的设计问题.,如机构的运动设计,机构的平衡设计以及速度的调节。 计算机的应用为此次课程设计提供方便,我们可以利用Visual Basic作图,从而能看到机构的仿真运动。这算是我们开始学习专业的第一次亲自实践过程。 绪论玻璃切割机Glass cutting machine是指专用于玻璃加工与下料的一种加工机械.玻璃切割机包括首尾排列的气浮式送片台、双桥立交式切桌。作为改进，双桥立交式切桌在上框架长度方向首部的第一平直梁和第二平直梁及下框架长度方向首部的第三平直梁和第四平直梁这四者之间设有包括转轴、若干输送轮、电动机、皮带的玻璃输送机构；气浮式送片台在其台面的长度方向尾端设有接在电动机的电源控制电路中、以控制电动机启闭的接近开关，接近开关的上端略低于所述台面。.设计题目.设计目的机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。目的：为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深 。1.2 设计题目简介 设计题目为玻璃切割机本是通过电动机输出两个不同的转速来分别带动上行曲柄和链轮。由机架上的曲柄来带动刀架的上下进刀，由链轮的转动来带动刀架上的曲柄左右运动，进行切割。1.3设计条件及设计要求 首先确定玻璃切割机运动的机构原理及各机构运动的有关数据，制定多套运动方案。再查阅相关资料，通过精确的计算，对设计题目进行创新设计和运动仿真，最后在多方面的考虑下确定一套方案并完成整套课程设计说明书。1.4 工艺数据及要求a)假设玻璃毛坯尺寸为2m*0.5m*0.005mb) 要切割的玻璃厚度为0.5cmc) 玻璃为易碎品,横向尺寸较大,需要采取柔性(钢丝)或金刚石刀片为刀具进行切割d) 刀具既有水平方向往复切割运动又有垂直方向进刀运动e) 切好一片后,玻璃毛坯要实现进料运动，刀具又恢复到起始位置1.5要求完成的设计工作量1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图2）按照工艺动作过程拟定运动循环图，机构运动简图、机构尺寸综合、运动分析（包括速度、加速度）、机构设计的不足之处等。3）构思运动方案（至少3个以上），进行方案评价，选出较优方案。4）对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。5）用ADAMS或SOLIDWORKS或PRE/E软件对机构进行运动仿真。6）用ADAMS或SOLIDWORKS或PRE/E软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构和执行机构的位移、速度、和加速度线图。7）二号或三号图纸一张，主要是运动循环图和机构运动简图，设计结果清楚明了，要求符合制图规范。2运动方案设计和确定2.1 机械预期的功能要求 该玻璃切割机主要功能是切割玻璃，要求要求传送带运送玻璃，以钢丝或刀片为切玻璃的工具，当传送带运送的玻璃到达足够的长度的时候，刀片开始切割玻璃，此时传送带处于停止状态。当切玩玻璃的时候刀具应该具有急回特性，此时传送带又开始运动，切好的玻璃被吸盘吸起竖直放在一旁。2.2 功能原理设计通常情况下，一部的机器需要通过电机带动一系列复杂的机构使其正常运转，这其中涉及到很多简单且基本的机械机构。当然，也可以直接通过电机带动整部机器的运转，这完全取决于机器所需完成的工作以及设计该机器时所面临的种种实际情况。 针对该玻璃切割机，提出了三套设计方案，分别是：方案一：曲柄滑块机构带动及电动机直接驱动。方案二：曲柄摇杆机构带动及电动机直接驱动。方案三： 通过电动机输出两个不同的转速来分别带动上行曲柄和链轮。由机架上的曲柄来带动刀架的上下进刀，由链轮的转动来带动刀架上的曲柄左右运动，进行切割。首先来看曲柄滑块机构带动及电动机直接驱动 在平面连杆机构中，能绕定轴或定点作整周回转的构件被称为曲柄。而通过改变平面四杆机构中构件的形状和运动尺寸能将其演化为不同的机构形式，就曲柄滑块机构而言，它是通过增加铰链四杆机构中摇杆的长度至无穷大而演变过来的。改机构实际上是由一曲柄一端铰接在机架上，另一端铰接一连杆，连杆的另一端联结一滑块，在曲柄为主动件运动时带动连杆，连杆又带动滑块，使其在平面某一范围内做直线往复运动。我们将刀具装在滑块上，使它具有匀速切割和急回特性，如图一所示 （图一）接下来：曲柄摇杆机构带动及电动机直接驱动的刀具机构 本案的刀具是采用一套曲柄摇杆机构设计而成的。通过让电动机对曲柄的驱动来使遥感往复摆动，来实现运动要求。同时电动机通过皮带带动钢丝做来回切割运动。如图二所示（图二）最后一个是：电动机输出两个不同的转速来分别带动上行曲柄和链轮机架上的曲柄来带动刀架的上下进刀，由链轮的转动来带动刀架上的曲柄左右运动，进行切割。如图三所示。（图三）以上各机构的传送机构如(图四）所示，它是一个槽轮机构，槽数Z=4，滚子数j=1，当转臂转动一周的时候，槽轮转角为90度。切好玻璃的放置机构如（图五)所示它是由四个杆件和一个滑块所组成，在动力的作用下推动滑块运动从而停放玻璃。 （图四）(图五) （图五）驱动机构是交流电动机，参数如下所示型号功率/kw电流/A转速/(r/min)满载效率/%功率因数/(cos/)Y2-132S-637.496081.00.76堵转电流/实际电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩652.12.1选择的电动机的额定功率必须满足负载要求，而且必须保证在启动时可以顺利地运行，对于电动机来说，转速选择960r/min合适，可以保证运行的稳定性。另外转速也不可过高，这样造成功率因素过低，这也是不经济的。电动机的运动参数为转速。电动机的速度越高，其尺寸和质量也就越大，价格也就越高，但当执行构件的速度较低时，若选用高速电动机，势必需要大减速比的减速装置，反而可能会造成机械传动系统的过分庞大和制造成本的显著增加。在此机械运动中执行构件要求的效率不是很大，经过多方面的考虑我选960转/min的电动机。型号为Y2-132S-62.运动方案的选定方案一：优点：机构简单，运动精确，易于装配和分析缺点：不能完全达到事先所提出的设计要求，机构整体体积庞大方案二：优点：通过连杆机构带动滑块运动，通过装在滑块上的玻璃刀迅速切割玻璃。缺点：切割不迅速，效率不高，不适合工业化和大批量生产。不能完全达到事先所给出的设计要求。方案三：和前两个方案相比较，能完全达到所要求的运动方式和课程设计的初衷。在切割速度上，具有比较高的切割效率。创新：实现了可变中心距的动力传动。只采用了一个原动件就能带动机构运动。因此，我们选择了此方案为最终方案。 但是，经过小组讨论我们发现用槽轮带动皮带运送玻璃不能够切割任意长度的玻璃，所以不适用于工业化生产，所以我们决定重新设计玻璃运送装置，我们的构思就是能够切割任意长度的玻璃，所以我们决定不用槽轮机构，改用电机直接驱动，但是我们在传送带旁边装了一个位置传感器，当玻璃运动到位置传感器时候就会自动停下来，我们也可以设置停留时间的长度，只要位置传感放置的位置不同所切割的玻璃长度自然也会不同。所以我们就可以切割任意长度的玻璃。2.3 运动规律的设计 2.3.1机构尺寸的确定假设v 初始尺寸设计：v 控制刀架上下行的偏距：e=480mmv 控制刀架上下行的曲柄：410mmv 控制刀架上下行的连杆：910mmv 刀架上下行行程速比系数：K=2 v 上下行曲柄转速：1/3r/sv 计算所得主要尺寸：v 刀具机架：高 2100mm 宽：1600mmv 控制钢丝刀左右运动的曲柄：180mmv 控制钢丝刀左右运动的连杆：900mmv 刀具的行程h：82.5mmv 上下运动一周期的时间 T=3sv 从2s开始，刀架开始急回运动v 玻璃停止运动的时间为2s 2.3.2 运动和动力分析方案一的运动分析：由电动机带动皮带动曲柄做圆周运动，从而带动钢丝刀来回的摆动，在皮带的带动下钢丝刀做高速的运转来切割玻璃。由槽轮机构带动传送带运送玻璃，当钢丝刀切割玻璃的时候此时传送带处于静止状态。玻璃切好之后被将会被放置好。方案二的运动分析：电动机通过蜗轮蜗杆降速之后，将动力传送给曲柄，推动滑块左右运动，通过装在滑块上的刀具切割玻璃，它具有急回特性。传送机构和放置机构同方案一。方案三的运动分析：动力机构和输出机构主要由曲柄滑块机构所组成，它具有急回特性。2.33最终方案的位移、速度、加速度分析 2.3.4 机构运动简图2.3.5机构运动循环图3 总结通过这次设计,我深深地体会到:要设计一个机构方案,想到运动及传动的方法只是整个设计的一小步,最重要的是计算机构的配合尺寸.其实,机构的大体形状以及它的传动机构的大体原理,很早就在我脑里有了雏形.本来以为很快会结束设计,但事与愿违.我感觉我的时间全花在了计算与配合上.所以,如果以后还有设计机械的作业,一定要先把具体的尺寸和具体的各种配合关系计算精确,哪怕花再多的时间,至少不会漫无目的通过这次设计,我感觉到了自己对各种软件还很陌生,学习的空间还很大.虽然没有把机构设计好,但我把一般常用软件的基本用法又熟习了一下.还是在设计失败的基础上感觉到了一点欣慰. 在整个设计过程中,我们的各个机构很明显只是主观意