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机械毕业设计890基于PROE的双轴双凸轮联动轨迹再现机构机械装置的设计
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机械毕业设计890基于PROE的双轴双凸轮联动轨迹再现机构机械装置的设计,机械毕业设计论文
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第 2 页 共 45 页 基于 PRO/E 的双轴双凸轮联动轨迹再现机构机械装置的设计 摘要 凸轮机构在各种自动机床中起着很重要的作用，在此次毕业设计中主要设计联动轨迹再现的凸轮机构。本文详细介绍了设计中的每个步骤。本次设计的主要任务有两个，一个是改进一个原有的计算机程序，能根据已知的点的轨迹，自动设计出联动凸轮机构中从动件运动规律；另一个是使用 PRO/E 软件从三维造型出发构造出机构的机械装置，再通过 CAD 软件绘制出双轴双凸轮联动轨迹再现机构机械装置装配工作图。 关键词 ： 联动凸轮；轨迹再现；机构；机械设计 nts第 3 页 共 45 页 Design of the biaxial and double-cams combined machine equipment based on PRO / E Abstract Cams play an important role in a variety of automated machine tools. During this graduation design, the linkage track of reproduction of cams is my main task. This paper describes the design of each step. The design has two main tasks: one is to improve an existing computer program, according to a known point of the track, which can design a double-cams combined machine automatically based on the given locus; the other is to design a machine equipment by PRO / E and then to drawing an engineering drawing by CAD. Key words: Linkage cam; track of reproduction; institutions; mechanical design nts第 4 页 共 45 页 目 录 1 毕业设计课题介绍 6 1 1课题的意义和目的 6 1 2凸轮研究的现状 6 1 3凸轮机构的种类 7 1.3.1 凸轮机构的组成 7 1.3.2 凸轮机构的特点 8 1.3.3 凸轮机构的分类 9 1 4 课题内容介绍 10 1 5 设计方案比较 11 2 联动凸轮机构轨迹再现 CAD及图形仿真算法 13 2 1程序开发软件的选择 13 2 2总体算法 15 2 3程序界面及仿真模块介绍 16 2 3 1 程序界面 16 2 3 2 仿真模块的设计分析 20 3 应用实例 22 4 凸轮机构设计说明及主要部件的校核计算 24 4 1 总体结构布局 24 4 2 电动机的类型选择 26 4 3 带传动的类型选择与设计计算 27 4 4 轴的校核计算 30 4 4 1 轴的结构 30 4 4 2 轴的校核计算 31 4 5 轴承的选择 32 4 6 轴承密封装置的选择 34 nts第 5 页 共 45 页 4 7 轴承润滑方式的选择 35 4 8 离合器的类型选择 35 4 9 齿轮的设计 35 4 10拨叉的设计 36 4 11凸轮的结构设计 36 4 12连杆的结构设计 37 5 凸轮机 构主要部件的三维零件图及总装配图 39 5 1 齿轮零件图 39 5 2 电动机零件图 39 5 3 支座装配图 39 5 4 凸轮装配图 40 5 5 连杆装配图 41 5 6 离合器零件图 41 5 7 轴类零件图 42 5 8 凸轮机构总装配图 42 6 结束语 44 参考文献 附件： 1 凸轮连杆组合机构轨迹再现 CAD 程序清单 2凸轮连杆组合机构总装图 3凸轮机构三维装配图 4相关英语资料翻译 nts第 6 页 共 45 页 1 毕业设计课题介绍 1 1 课题的意义和目的 凸轮连杆机构是重要的组合机构，通过选择合适的机构构件和设计凸轮的轮廓曲线，可在一定的范围内使执行构件上某点实现任意点的轨迹。凸轮连杆机构构成的机械与数 控机械相比具有成本低、工作速度快和工作可靠度高的优点，因而该机构在自动机、自动机床中有广泛的应用前景。 轨迹再现凸轮连杆机构使用 CAD 技术可解决凸轮连杆机构中构件尺寸的确定和凸轮轮廓设计的难点。本课题的主要内容有三个：一个是改进原有 CAD 中不合理部分，以使其更合理；第二个是使用 PRO/E 软件设计出该机构的三维模型，以使其更直观；第三个是使用 Auto CAD 绘制出相应的装配工作图，以使其更实用 。 1 2 凸轮研究的现状 凸轮机构广泛的用于各种自动机中。例如：自动包装机、自动成形机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农业 机械、印刷机械、自动办公设备、自动售货机、陶瓷机械、加工中心换刀机构、高速压力机械、自动送料机械、食品机械、物流机械、电子机械、自动化仪表、服装加工机械、制革机械、玻璃机械、弹簧机械和汽车等。 凸轮机构之所以能够得到如此广泛的应用，是因为它具有传动、导向和控制等功能。当它作为传动机构时，可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，可使工作机械的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可控制执行机构的工作循环。 随着社会发展和科技进步，各种自动机正朝着高效率、高精度、自动化程度高、优良的性能价格比、寿命 长、操作简单和维修方便等方向发展。为适应这种发展形势，满足自动机的要求，作为自动机核心部件的分度凸轮机构必须具有优良的凸轮曲线和高速、高精度性能。 现代机械日益向高速发展，凸轮机构的运动速度也越来越高，因此高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已引起普遍重视，并已提出了许多适于在高速条件nts第 7 页 共 45 页 下采用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构。另一方面，随着计算机的发展，凸轮机构的计算机辅助设计和制造已获得普遍的应用，从而提高了设计和加工的速度及质量，这也为凸轮机构的更广泛的应用创造了条件。 由于计算机软件和数控软件的普及， 凸轮 CAD 和 CAM 软件的问世，为高速高精度凸轮机构的设计、制造和检测提供了有利条件。 凸轮曲线特性优良与否直接影响凸轮机构的精度、效率和寿命。多年来，世界上许多凸轮专家创造了数十种特性优异的凸轮曲线。这些凸轮曲线完全能够满足各种自动机的要求。其中，最常用的有修正正弦曲线、修正梯形曲线和修正等速曲线等。日本山梨大学牧野 洋教授研发的三角函数通用凸轮曲线几乎包括全部凸轮曲线。西冈雅夫博士开发了代数式通用凸轮曲线。利用这些通用凸轮曲线，输入一定参数，就能得到满足工作特性要求的凸轮曲线，从而制造出满意的凸轮机构。 牧野 洋教授于 1976 年出版的自动机械机构学一书在我国凸轮学术界影响深远，对我国自动机械的发展具有重要的指导意义。 我国在凸轮机构研究方面历史悠久，理论较深，但在设计、制造和检测等应用技术方面，与美德日等工业发达国家相比，差距较大。 随着改革开放的深入发展，我国在凸轮机构的的理论研究和实用技术方面取得了长足进展。在 20 世纪 90 年代初期，西北轻工业学院（现在的陕西科技大学）彭国勋、刘昌祺、肖正扬和曹巨江等教授承担了国务院生产办特批的国家重点企业技术开发项目“高速高精度凸轮间隙分度机构 CAD/CAM”的研究 任务，成功的研制了平行分度、圆柱分度和弧面分度等凸轮机构的 CAD/CAM 软件。在刘昌祺教授指导下，与南通机床厂合作，设计成功了我国第一台弧面凸轮数控铣床，使我国在弧面凸轮的设计与制造方面迈出了历史性的一步。 1 3 凸轮机构的种类 1 3 1 凸轮机构的组成 nts第 8 页 共 45 页 图 1-1 凸轮机构由凸轮 1、从动件 2、机架 3 三个基本构件组成，是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。 凸轮接触端的 特征如下： 1）圆端。凸轮滚子是滚动接触，磨损小。当凸轮曲率半径较小时，容易发生根切。 2）尖端。不产生根切，但磨损大。 3）平端。摩擦较大，凸轮必须是全凸出的外轮廓。 图 1-2 1 3 2 凸轮机构的特点 优点 :只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能实现从动件所预期的复杂运动规律的运动；它具有传动、导向和控制功能 。 凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠，体积小，刚性大，周期控制简单，可nts第 9 页 共 45 页 靠性好，寿命长。 缺点 :凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。 1 3 3 凸轮机构的分类 （ 1）按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种 : 盘形凸轮 盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行程较短。 移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动的构件，可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。 圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体，可看成是绕 卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动件得到较大的行程。 （ 2）按从动件末端形状分 尖顶从动件凸轮机构 实现预期的运动规律。但从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速场合。 滚子从动件凸轮机构 其磨损显著减少，能承受较大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故仍不宜用于高速，只能用于中低速。 平底从动件凸轮机构 若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。 （ 3）按锁合方式分 力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁合，如内燃机配气凸轮机构。 形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来锁合。 （ 4） 按从动件相对机架的运动方式分 移动从动件凸轮机构 按其从动件导路是否通过凸轮回转中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮机构。 摆动从动件凸轮机构 nts第 10 页 共 45 页 图 1-3 1 4 课题内容的介绍 如图 1-4所示为一个联动凸轮组合机构。在这个机构中，想得到要求的轨迹y=y（ x）的轨迹，我们可以分别算出两个凸轮的推杆位移于凸轮转角的关系 x=x（ A）及 y=y（ B），得到两凸轮 的轮廓线，其中凸轮 A控制其水平方向的位移，凸轮 B 控制其垂直方向的位移，通过凸轮 A及 B的协调配合，控制 E 点的 x与 y 方向的运动，使其能准确的实现预定的轨迹 y=y（ x）。 图 1-4 我在本次设计中的任务安排： 1、 用 VBA 软件改进部分程序，使程序能对已得到的凸轮数据进行运动仿真nts第 11 页 共 45 页 的再现。 2、运用 CAD 软件以及改进后的程序分别设计出三种能产生不同轨迹的三个凸轮机构运动简图。 3、运用 PRO/E 软件造型出联动凸轮轨迹机构机械装置三维模型。 4、使用 AUTOCAD 软件绘制出机械装置装配工作图。 5、书写出设计说明书 、翻译有关英文资料。 下面本文将首先详述联动凸轮机构轨迹再现 CAD 的算法和程序设计要点，并列出轨迹再现设计的实例以说明 CAD 的算法和程序的正确性和有效性。然后本文将详述能用以实现真实联动凸轮连杆机构机械装置的设计要点和设计说明。最后本文将叙述设计体会并列出相关的设计资料。 1 5 设计方案比较 方案一：单轴双凸轮联动 图 1-5 优点：结构紧凑，占地面积小。 缺点：对电动机要求带有减速功能或转速小；开放式，所以容易磨损或沾到灰尘以至于精度不高。 适合应用场合：对精度要求不高。 nts第 12 页 共 45 页 图 1-6 方案二：开放式双轴双凸轮联动 优点：通过齿轮和皮带轮一起减速，对电动机要求少，经济性好。 缺点：占地面积大，零件多。开放式，所以精度不能很好的控制。 适合应用场合：对精度要求不高。 方案三：封闭式双轴双凸轮联动 图 1-7 nts第 13 页 共 45 页 图 1-8 优点：防尘，可以提高一定加工精度，也可使用润滑液进行润滑。 缺点：体积大。 适合应用场合：精度要求较高。 2 联动凸轮机构轨迹再现 CAD 及图形仿真算法 2 1 程序 开发软件的选择 程序 开 发软件有很多种，有 VB、 C+等，我们采用是 VBA 软件。 AutoCAD 是美国 Autodesk 公司开发的一个图形设计软件，在全球 CAD 用户中拥有很大的影响。该软件目前的最新版本是 AutoCAD 2007,它提供了强大的图形设计功能，是一个效率非常高的图形设计软件。从早期的 Auto LISP、 ADS、DCL 到现在流行的 Visual Lisp、 VBA 和 Object ARX（ AutoCAD Run-time Extend）等，均可十分方便地对 AutoCAD 进行二次开发。 AutoCAD2000 内嵌的 VBA 语言是在标 准的 Visual Basic 基础上，结合 AutoCAD 的特点发展起来的一种Windows 平台上的高效开发工具，它可以充分利用 Windows 操作系统提供的强大功能，且简单易用，非计算机专业人员也可以利用 VBA 语言，高效快速地对AutoCAD 进行二次开发。 VBA 是通过 AutoCAD ActiveX Automation 接口来建立和 AutoCAD 对象间的联系。 ActiveX 是建立在 COM 对象模型之上的一个标准通信协议，它允许对nts第 14 页 共 45 页 象之间通过一定的接口相互通信。而 AutoCAD ActiveX 提供在 AutoCAD 外控 制编程的机制，通过使用 AutoCAD 对象，实现控制 AutoCAD。 在 Office97、 AutoCADR14.1 和 AutoCAD2000 中使用的 VBA 是基于 VB5.0版本、完全面向对象体系的一种编程语言。换言之，作为主程序， Office97 和AutoCAD 根据自身的特点，提供对象体系结构，然后均可用相同的 VBA 格式调用，因而可以说 VBA 是一个万能开发工具。当然，主程序能开发的功能到底有多强大，与它所提供的对象体系有直接的关系，但 VBA 的强大开发能力却是不容置疑的。 下面是 VBA 的主要功能： 1） VBA 可提供 强大的窗体创建功能，为应用程序建立对话框及其他屏幕界面。 2）可创建自己的工具条。 3）可创建功能强大的模块级宏指令，宏名实质上就是模块的过程名。 4）提供建立类模块的功能，这对开发大型工程非常有用，因此类可提供重用组件。另外，对于 AutoCAD ActiveX 技术中的应用程序级和对象级事件调用，将使用类模块。 5）具备完善的数据访问与管理能力，通过 DAO（数据访问对象），可以对Access 数据库或其他外部数据库（像 dBase, FoxPro 等）实现访问与管理。此功能比直接使用 AutoCAD 的数据库管理系统 要方便，且功能强大。 6）可以使用 SQL 语句检索数据，与 RDO（远程数据对象）结合起来，能够建立客户机 /服务机的数据通信。 7）能够使用 Win32 API 提供的功能，建立应用程序与操作系统之间的通信。 Visual Basic for Application(VBA)作为 AutoCAD 开发工具的优势： 1）可视化的编程环境。 2）数据集成和共享。 3）扩展了 AutoCAD 集成化用户工具的能力。 4）可与其他 Windows 的应用软件方便的进行交互。 VBA 与 Visual Basic 的区别： 就实质而言，可以 毫不夸张地说， VBA 是“寄生于” VB 应用程序的版本。nts第 15 页 共 45 页 也就是说， VBA 和 VB 的语法、语言结构、编程思想等几乎是完全一致的。因此，如果用户已经了解了 VB，那么则会发现学习 VBA 非常的快；相应的，学会 VBA 会给学习 VB 打下坚实的基础。 它们的区别，主要体现在如下几个方面： 1） VB 是设计用于创建标准的应用程序；而 VBA 是使已有的应用程序（如Excel、 AutoCAD 等）自动化。 2） VB 具有自己的开发环境；而 VBA 必须“寄生”于已有的应用程序，因为它已经内嵌在应用程序之中。 3）要运行 VB开发的应用程序 ，用户不 必安装 VB，因为 VB开发出的应用程序是可执行文件（ *.EXE）；而 VBA 开发的程序必须依赖于它的应用程序，例如 Excel、 AutoCAD 等，必须由其应用程序来打开。 2 2 总体算法 在开发应用程序中我采用了以下的步骤： 建立窗体和设置窗体属性； 添加控件和其它对象并设置控件属性； 编写代码和编写计算过程； 调试程序、保存程序及编译程序。 按上述步骤设计出的联动凸轮机构轨迹再现 CAD总体算法框图如图 2-1所示。 从总体算法框图可看出，该算法被分成四个模块，即用捕捉方式输入轨迹点数值模块、构造与绘制从动件运动规 律模块、构造与绘制凸轮轮廓曲线模块以及联动凸轮组合机构轨迹再现运动仿真模块。 总体算法的主要特点是各模块均采用数据文件调用和存盘方式进行输入和输出，因而各模块均可独立及分别多次运行。 nts第 16 页 共 45 页 图 2-1 2 3 程序界面及仿真模块的介绍 2 3 1 程序界面 打开 CAD 软件，先加载应用程序，然后开始运行。 如图 2-2所示，为该 VBA 程序的主界面，运行后就进入到这个界面。按开始即可进去到功能菜单，按退出即结束程序的运行，回到 CAD 模型空间中。 nts第 17 页 共 45 页 图 2-2 按了主界面的开始之后进入，如图 2-3所示的功能模块 的选择，通过选择模块，可实现不同的功能，共有四大模块，在下文中将一一介绍。 图 2-3 如图 2-4，为输入和绘制轨迹点参数模块，将需要实现的轨迹以 CAD 文件保nts第 18 页 共 45 页 存，然后可通过此模块打开，并设置等分点，按“打开图形，输入轨迹点，保存轨迹”即可进入 CAD 模型空间取点，待取完所有的点后按回车即可保存轨迹点为txt 格式的数据文件，此时点“打开空白图形，绘制保存的轨迹点”可以查看取的点是否正确。确认后按结束完成第一模块的设置。 图 2-5 就是绘制的轨迹点。在取点时要注意均匀、对称，不然同一张图取的点不同，凸轮的轨迹 也是不同的。如果不均匀对称随便乱取，会导致凸轮曲线不圆滑，奇形怪状。 图 2-4 图 2-5 如图 2-6为构造与绘制从动件的运动规律的模块，此模块的功能是将采集的nts第 19 页 共 45 页 数据绘制成如图 2-7所示的运动规律图，以便分析与研究，是由所编好的程序自动生成规律曲线图形。 图 2-6 图 2-7 如图 2-8 为构造与绘制凸轮轮廓曲线的模块，可以设置基圆半径，圆心的X、 Y 坐标，滚子半径，此模块可以根据之前得到的数据，画出凸轮的轮廓以及连杆与滚子的外形。基圆半径一般不要过大，但是如果凸轮轮廓不圆滑，可适当nts第 20 页 共 45 页 放大基圆半径。 图 2-8 2 3 2 仿真模块的设计分析 最后接着 凸轮组合机构轨迹再现图形仿真模块 ，如图 2-9 为该模块的流程图，图 2-10、图 2-11为该模块的界面及结果图，首先选择“浏览”按钮选择满足的凸轮轮廓曲线数值文件，为了不增加程序的计算负担此处的模拟机构运动的等分点数默认为 72 点基本可以满足需求。接着选择“联动凸轮机构轨迹再现运动仿真”按钮，程序就会自动进入仿真系统，用户只需按照提示敲打回车键，即可看到模拟联动凸轮机构轨迹再现运动仿真的效果。 选择“退出”按钮返回上级窗口即图 2-3，进行进一步操作。 nts第 21 页 共 45 页 图 2-9 图 2-10 nts第 22 页 共 45 页 图 2-11 3 应用实例 图 3-1 图 3-2 nts第 23 页 共 45 页 图 3-3 图 3-4 图 3-5 nts第 24 页 共 45 页 图 3-6 图 3-7 4 凸轮机构设计说明及主要部件的校核计算 4 1 总体结构布局 先由电动机 1转动，接着电动机 1输出轴带动皮带轮 2转动，通过皮带 3的带动使皮带轮 4通过平键 5带动转轴 6转动，此时拨叉 8左右移动，拨叉 8的左右移动又会带动离合器 7吸合。 nts第 25 页 共 45 页 图 4-1 图 4-2 离合器 7吸合后，带动离合器 9，通过平键带动转轴 10转动，转轴 10通过齿轮11带动其他齿轮，继而带动各自的轴，使 凸轮 13， 14转动，凸轮 13， 14转动后就会带动滚子 15， 17按照预定的轨迹在凸轮槽内移动，从而带动连杆左右移动，连杆 12上下移动，从而达到联动的目的，最后在连杆的交点处插入指针，即可指示或画出预想的所需轨迹。 nts第 26 页 共 45 页 图 4-3 图 4-4 4 2 电动机的类型选择 电动机的类型和结构形式应根据电源种类（直流或交流）、工作条件（环境、温度等）、工作时间的长短（连续或间歇）及载荷的性质、大小、起动性能和过载情况等条件来选择。 电动机的功率选的过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载nts第 27 页 共 45 页 而过早损坏；功率选的 过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机效率和功率因数都较低，造成很大的浪费。 在本次毕业设计中我选用的电动机为三相异步电动机 A07114 型，该电动机的电压 U 为 380V，电流 I 为 116A， E 级绝缘，是属于南京微分电机厂的产品。 电动机的功率为 370W，每分钟转速为 1400 转。还有 KA-75 三相按钮开关， 380V电压， 10A 电流，属于江苏海安张垛朝阳综合厂。 图 4-5 4 3 带传动的类型选择与设计计算 普通 V 形带和平带相比，普通 V 形带摩擦力大，允许包角小，传动比大，预紧力小，外廓尺寸小。速度 V25 30m/s，功率 700KW， i 10,应用非常广泛。所以我选择普通的 V形带。 设计普通 V 形带传动必须确定的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径，中心距，初拉力及作用在轴上的力的大小和方向等。 在确定带轮轴孔直径时，应根据带轮的安装情况来考虑。当带轮直接装在电nts第 28 页 共 45 页 动机轴上时，应取带轮轴孔直径等于电动机轴的直径。在设计时要注意大带轮外圆是否与其他零件（如机座）相碰。 V形带的设计计算： 1.确定计算功率 caP 计算功率 caP 是根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即： PKP Aca 式中 caP 是计算功率，它的单位是 KW； P是电动机的额定功率，它的单位也是 KW； AK是工作情况系数。 由机械设计（第七版）表 8-6 查得： AK =1.0 KWPPKP Aca 37.01037011 3 2.选择带的型号 根据计算功率 caP 和小带轮转速 n1 由机械设计（第七版）图 8-8 普通 V带选形图，查得： Z 带形， mmd d 71501 3.确定带轮的基准直径 1dd 和 2dd 1）初选小带轮的基准直径 1dd 根据 V 带轮的型号查表 8-3V 带轮的最小基准直径及表 8-7V 带轮的基准直径系列选取 min1 dd dd ，为了提高 V形带的寿命，选取较大的直径 71mm. 2) 验算带的速度 V smVsmndV d /3025/205.5100060 14007110060 m a x111 3）计算从动轮基准直径 2dd mmdZZdid ddd 14271183511212 根据表 8-7V带轮的基准直径系列选择 2dd =140mm nts第 29 页 共 45 页 4.确定中心距 a 和带的基准长度 dL 1）初定0a)(2)(7.021021 dddd ddadd 2700140 021 nnimmdiddd 14271212 由表 8-7 圆整为： 140mm 即 )14071(2)14071(7.00 a4227.1470 a取 3000 a mm2）求带长 dL mma ddddadL dddd 9353004 )71140()14071(230024 )()(22 20212210 查表 8-2，选 Ld=900mm 3) 修正0ammdLLdaa 2802 9359003002 0 mmLdaa 266900015.0280015.0m i n mmLdaa 30790003.028003.0m a x 5验算主动轮上的包角 1 （小带轮） 1201655.57280 711401805.57180 121 a dd dd6确定带的根数 z 1) 查表 8-5a，得 kwp 17.00 查表 8-8，得 96.0k nts第 30 页 共 45 页 查表 8-2，得 03.1lk查表 8-5b，得 02.00p2） 969.103.196.0)02.017.0(37.0)( 00 lca kkpppz圆整为 z=1 根，因为我们这次课题中负载几乎没有，所以用不着两根皮带带动。 7确定带的预紧力0F查表 8-4 得， q=0.06kg/m NqvkzvpF ca 642.58205.506.0)196.0 5.2(205.51 37.0500)15.2(500 220 8.计算压轴力22 10 SinzFF p NS inFp 281.1162165642.5812 4 4 轴的校核计算 4 4 1 轴的结构 图 4-6 nts第 31 页 共 45 页 如图 4-6 所示第一根轴通过皮带轮带动，皮带轮与轴的左端通过轴用弹性挡圈固定，一端与轴肩靠紧。整个轴通过左右两个深沟球轴承来支撑，轴承放在支架内，轴承外圈两边各有一个透盖，透盖在通过六角螺钉与支架固定，轴承内圈与轴肩靠紧。轴的右端装有牙嵌式离合器，通过平键达到轴向固定，离合器通过拨叉进行吸合，吸合后就可以带动第 2根轴转动了。 图 4-7 如图 4-7所示第二与第三根轴通过离合器带动，当离合器吸合时就会将 第一根轴的扭矩传递过来，离合器与轴的左端通过轴肩靠紧，轴向则通过平键固定。然后通过齿轮将转矩传递给另外两根轴，整个轴通过左右两个深沟球轴承来支撑，轴承放在支架内，轴承外圈两边各有一个透盖，透盖在通过六角螺钉与支架固定，轴承内圈与轴肩靠紧。轴的中间套由凸轮通过平键进行轴向固定，在一根轴上还削有 4个平面，用于安装手轮，方便安装调节。 4 4 2 轴的校核计算 轴的最小直径的估算 36nP2.01055.9d ）（为高所以选择因为整个装置转速并不）（为得：许用扭转切应力查表号又因为选择轴的材料为M Pa40M Pa402531545 P=370 瓦 n=700r/min nts第 32 页 共 45 页 mm486.87000 . 3 7402.0 1055.9d 36 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，选择最小直径 d=15mm。 4 5 轴承的选择 球轴承主要为点接触，宜用于承受较轻的或中等载荷，故在载荷较小时，应优先选择球轴承。 深沟球轴承主要承受径向载荷，也可以同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数小。在高转速时可以承受纯轴向载荷。大量生产，价格最低。基于上述原因，我选择了深沟球轴承。 图 4-8 两边轴承的寿命计算： )(6010 6pcnLh mmNmmNnpT 8 5 7.5 0 4 77 0 037.09 5 5 0 0 0 09 5 5 0 0 0 0 mmmZd 3612322 NNd TF t 4 3 6 5.28036 857.5 0 4 7222 NNFF ntr 071.1020c os 20t a n4365.280c ost a n NFF ta 00t a n4 3 6 5.2 8 0t a n 综合已知条件值画出关系图如图 4-9 中的 A 图： nts第 33 页 共 45 页 F rF tF a = 0FR 1 R 2F tR 2 xR 1 xR 1 z R 2 zF r1 0 35 6A 图B 图C 图D 图图 4-9 按照图 4-9 中 C图由所求得的 Ft 求值 R1x,R2x： 0M ， 0)4756(56 2 Xt RF NFR tX 47.152103 4365.280564756 562 0,0 21 tXX FRRF NRFR XtX 966.12747.1524365.28021 按照图 4-9 中 B图由所求得的 Fr 求值 R1z,R2z： 0)4756(56,0 2 Zr RFM NFR rZ 495.554756 562 0,0 21 rZZ FRRF NRFR ZrZ 576.46495.55071.10221 nts第 34 页 共 45 页 由所求得的 R1x,R2x,R1z,R2z，求 R1,R2 NRRR XZ 179.136966.127576.46 2221211 NRRR XZ 25 5.16 247.15 249 5.55 2222222 P1=R1， P2=R2 NKNc 988088.9 hL h 545.9092663179.136 988070060 10361 hL h 107.5 3 7 5 6 0 4255.162 9 8 8 070060 10362 均能正常使用，并有充足的使用寿命。 4 6 轴承密封装置的选择 图 4-10 滚动轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两类。 我选用的是接触式的密封装置毡圈油封。如图 4-10 所示，在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形或带形，放置在梯形槽中以与轴密合接触。这种密封主要用于脂润滑的场合，它 结构简单，但摩擦较大，只用于滑动速度小于4-5m/s 的地方。 nts第 35 页 共 45 页 4 7 轴承润滑方式的选择 润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以散热、减小接触应力、吸收振力、防止锈蚀等作用。 在机械设计（第七版）表 13-10 中，通过 dn（直径与转速的乘积）来选择润滑方式，因为我们课题中的 dn .很小，所以选择脂润滑的润滑方式。 润滑脂的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间。滚动轴承的装脂量一般为轴承内部空间容积的。 4 8 离合器的类型选择 图 4-11 离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合。我在此次设计中选用的是牙嵌式离合器。牙嵌离合器一般用于转矩不大，低速接合处。 牙嵌式离合器由两个端面上有牙的半离合器组成。其中一个半离合器固定在主动轴上，另一个半离合器用导键与从动轴联接，并可由操纵机构使其做轴向移动，以实现离合器的分离与接合。为使两半离合器能够对中，在主动轴端的半离合器上固定一个对中环，从动轴可在对中环内自由转动。 我使用的牙型是梯形牙，其强度高，能传递较大的转矩，能自动补偿牙的磨损与间隙 ，从而减少冲击，应用较广。 4 9 齿轮的设计 nts第 36 页 共 45 页 图 4-12 在此次设计中我总共用了 3 个齿轮，用来传动及减速。我使用的减速方式是通过小齿轮带动大齿轮的方式进行减速。我选择的模数是 3 毫米，齿数是Z1=Z3=24,Z2=12。 4 10拨叉的设计 图 4-13 在设计中我用了一个通过摇杆可以控制离合器吸合的拨叉，拨叉的支座采用两部分固定的模式，使摇杆部分方便放进去。拨叉头部圆环部分是焊接在其摇杆部分上的，便于制造。它与离合器之间不接触，仅在吸合发生动作时接触，减少摩擦。在进行手动机动转换时选择主轴停转，减少它们接触时的摩擦，就能减少磨损。 4 11凸轮的结构设计 将凸轮装在轴上，左边用轴肩顶住，右边用衬套靠住，利用平键带动凸轮与轴一起转动，为了保证衬套能够靠住凸轮，所以凸轮宽度比轴多出一点点，这也是 结构设计时常见的做法。在凸轮中开有槽，使滚子可放入槽中，凸轮的转动带nts第 37 页 共 45 页 动滚子，而滚子又带动连杆进行上下往复运动。 图 4-14 凸轮的轨迹选用的是，在 VBA 编程时设计的一个 CAD 图形，由程序控制走出这个图形所构造出来的凸轮轨迹。 4 12连杆的结构设计 图 4-15 连杆 1 一头与滚子相连见图 4-14，另一头与连杆 2 相连见图 4-15 连杆 2 一头与连杆 1 相连见图 4-15，另一头与连杆 3 相连见图 4-15 连杆 3 一头与连杆 2 相连见图 4-15，另一头与连杆 4 相连见图 4-15 连杆 4 一头与连杆 3 相连见图 4-15，另一头与滚子相连见图 4-15 1 2 3 4 nts第 38 页 共 45 页 图 4-16 由图 4-16 可见，连杆与滚子通过曲轴相连，曲轴穿过连杆，在轴的两头车出螺纹然后用螺母和垫片拧紧固定防止松动。 图 4-17 由图 4-17 可见，两个连杆通过内六角螺钉相连进行拧紧固定防止松动，另外，两连杆之间有槽使得两个连杆看上去呈嵌入式，使连杆之间多了一个定位，使得结构更合理，运动更平稳。 图 4-18 由图 4-18 可见，两根连杆是通过外六角螺钉连在一起的螺钉相连进行拧紧nts第 39 页 共 45 页 固定防止松动。此外凸轮 1 和凸轮 2 通过这个六角螺钉进行联动，控制指针的 X、Y 坐标使之走 出相应的图形轨迹。 5 凸轮机构主要部件的三维零件图及总装配图 5.1 齿轮零件图 图 5-1 5.2 电动机零件图 图 5-2 5.3 支座装配图 nts第 40 页 共 45 页 图 5-3 图 5-4 5.4 凸轮装配图 图 5-5 nts第 41 页 共 45 页 5.5 连杆装配图 图 5-6 5.6 离合器零件图 图 5-7 nts第 42 页 共 45 页 5.7 轴类零件图 图 5-8 5.8 凸轮机构总装配图 图 5-9 nts第 43 页 共 45 页 图 5-10 图 5-11 nts第 44 页 共 45 页 6 结束语 紧张的毕业设计到今天已经基本结束了， 这是个结合学过的理论知识，又不断学习新知识的摸索过程。 这次毕业设计我们的课题是 基于 PRO/E 的双轴双凸轮联动轨迹再现机构机械装置的设计，我在这一过程中按老师的安排循序渐进的进行我的设计工作。 在认识毕设的初阶段，我通过查阅图书馆的资料及上网搜索相关资料来了解我的毕设课题。在这一过程中，我主要做了查阅资料及借阅参考资料的工作。 第二阶段是解决 CAD 中凸轮连杆机构轨迹再现的编程。在这一阶段中，我先从认识 VBA 开始，再利用学过的 VB知识慢慢的先去理解原有的程序，遇到不之处马上向老师和同学请教。在这一过程中，我开 始理解双轴双凸轮机构的工作原理，是由两部分的连杆合作完成动作的，一部分连杆控制 X轴，另一部分控制 Y轴，而指针就综合 X， Y 轴的数值走出相应的轨迹。 下一阶段是利用 PRO/E 软件造型出双轴双凸轮机构的机械装置零件，再装配起来，出一份装配草图。这一阶段充分利用了以前所学过的机械设计知识，通过查阅各种机械设计手册，选择与完善每一个零件，尽量使用标准件，使设计更有依据且经济性良好。这一过程中我自学了 PR
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