机械原理课程设计说明书(1)锁梁切削A1课案

1、贵州大学机械原理课程设计10目录第一章机构设计 21.1 锁梁自动成型机床切削机构的功能与设计要求 21.2 工作原理图及其解释 31.3 功能分解 31.4 执行机构的比较与选择 41.5 传动机构的选择 81.6 选定各个功能的执行机构和绘制机构系统运动转换功能图 91.7 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 111.8 机械系统运动方案简图 12第二章机构尺寸计算与设定 142.1 送料机构的尺寸计算 142.2 夹紧机构尺寸计算 152.3 进给机构尺寸计算 16第三章 三维建模及凸轮的设计 173.1 凸轮的设计 173.2 送料机构的动画 17参考文献 18总结 19致谢 2

2、0附录 2129第一章机构设计1.1锁梁自动成型机床切削机构的功能与设计要求图1-1锁梁工件图1-1所示为挂锁的一个零件，称为“锁梁”。锁梁自动成型机床切削机构 的功能是将材料切削加工成扳弯前“锁梁”。设计要求和参数为：“锁梁”的形状如图1-1所示；连续自动生产；生产能力为10件/min ；加工质量要达到规定的技术要求；机械系统运动方案应力求简单，可靠；根据设计任务书选择第表1中的A1题目数据；附表：锁梁自动成型机床切削机构设计题目数据题目代号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10生产率10121518202425283032电机转速7007508008509009501000110012

3、001250工件长度250240225200190180160150120100工件D1101099886655工件D2776655443.53.5齿轮模数665544332.52.51.2工作原理图及其解释图1-2切削加工原理图切削加工原理如上图：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。圆锥凸轮2 移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆 3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋 转运动，使工件被切出圆槽，圆头和最后切断。圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀， 弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次进刀时，将已切削成型的工件推出工 位1.3功能分

4、解为了实现将工件切削加工成 图1-1的形状，可将总功能分解为如下几种分功 送料功能； 材料夹紧功能； 材料切削功能。如图1-3所示：图13切削加工功能图1.4执行机构的比较与选择1、切削材料时的送料功能工件送料功能需要采用往复移动机构来实现，下面选用几个备选方案来实 现。1)、偏置曲柄滑块机构图1-4曲柄滑块结构和工作原理：如图1-4所示的曲柄滑块机构中，F=3n-(2PI+Ph)=3*3-2*4=1当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现往复移动，即可实现送料功能2)、六杆机构图1-5六杆机构结构和工作原理：如图1-5所示的六杆机构是由1-2-3-6组成的曲柄导杆机 构和连杆4,滑块5串联成的。F=

5、3n-(2PI+Ph)=3*5-2*7=1从动件5的往复移动， 可实现其送料功能。根据以上两种方案知，偏置曲柄滑块机构由于偏心距的限制，使得压力角过大，且送料行程较小，不能很好的满足送料的要求。而六杆机构通过导杆3和连杆4可以调整送料压力角和送料行程，从而获得较合适的压力角和送料行 程，故选择如图1-5所示的六杆机构作为最终送料机构。2、切削材料时的夹紧功能1)、凸轮+连杆机构图1-6凸轮+ 连杆机构图结构和工作原理：如图1-6所示，当凸轮转动时，通过凸轮推动摆杆带动夹 持器做间歇往复运动。从而实现夹紧功能。F=3N-(2PI+Ph)=3*3-2*3-2=1 。2)、凸轮机构+连杆机构6图1-

6、7凸轮+连杆结构和工作原理：如图1-7所示，该机构有6个可动构件，6个低副，3个高副, 2个局部自由度，1个自由度。F=3n-(2PI+Ph)=3*6-2*6-3-2=1 当凸轮7转动时, 通过直动推杆5推动摆杆2带动夹持器1做间歇往复运动。从而实现夹紧功能。根据以上2种可执行方案，经过对他们进行比较可得，选用凸轮+连杆机构较 为合适，并较为可靠，结构也较为简单，有平稳的运动特性。3、切削时的进给功能1)凸轮+连杆机构图1-8凸轮+连杆结构和工作原理：如图1-8所示，F=3n-(2PI+Ph)=3*5-2*6-2=12)凸轮+连杆机构结构和工作原理：如图1-9所示，F=3n-(2PI+Ph)=

7、3*3-2*4=1综上所述，经比较可知，图1-9所示的(凸轮+连杆机构)传递性能好, 磨损较小，且竖直杆与凸轮通过弹簧形成力封闭，可保证刀架的间歇往复运动 由此，就可选择图1-9所示的机构。1.5传动机构的选择机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能 量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。 传动机构最常见的有齿轮 传动、带传动、蜗杆传动等。他们的特点如表 2特点寿命应用齿轮传 动承载能力和速度范围大；传动比恒 定，米用卫星传动可获得很大传动 比，外廓尺寸小，工作可靠，效率咼。 制造和安装精度要求高，精度低时， 运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料 的接触和

8、弯曲疲 劳强度以及抗胶 合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、 起重运输机械、冶金 矿山机械以及仪器等蜗杆传 动结构紧凑，单级传动能得到很大的传 动比；传动平稳，无噪音；可制成自 锁机构；传动比大、滑动速度低时效 率低；中、高速传动需用昂贵的减磨 材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良 好，寿命较长；低 速传动，磨损显著金属切削机床（特别 是分度机构）、起重 机、冶金矿山机械、 焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小， 能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传 动有过载保护作用；结构简单，成本 低，安装要求不咼；外廓尺寸较大； 摩擦型带有滑动，不能用于分度链； 由于带的摩擦起电，不宜用

9、于易燃易 爆的地方；轴和轴承上的作用力很 大，带的寿命较短带轮直径大，带的 寿命长。普通 V带 3500-5000h属切削机床、锻压机 床、输送机、通风机、 农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组 成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境 有一定的适应能力，工作可靠；作用 在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不 均匀，高速时不如带传动平稳；链条 工作时，特别是因磨损产生伸长以 后，容易引起共振，因而需增设张紧 和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、 矿山机械、运输机械 和起重机械等表2传动执行机构的特点由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于传动比较大，故选择

10、多级减 速传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护的作用。 以后的用齿 轮传动，其传动路线为：转速为950r/min的电动机经皮带传动传至齿轮，齿 轮逐级减速转动，最后传到同一分配轴上进行运动分支，即带动轴上的夹紧凸轮， 进给凸轮，送料曲柄同步转动。进而实现送料，夹紧，进给的功能。1.6选定各个功能的执行机构和绘制机构系统运动转换功能图1、选定各个功能的执行机构送料功能：选用六杆机构，如图1-5所示。夹紧功能：选用凸轮机构+连杆机构，如图1-7所示。机构简单，稳定，具有间歇特性。进给功能：选用凸轮+连杆机构，如图1-9。机构稳定，运动具有确定性。传动功能：第一级选用带传动，后面选用齿

11、轮传动。2 、绘制机构系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式及计算减速，绘制机械系统运动转换功能图如下图1 11所示由于生产率为24件/分，而电动机的转速为950r/min，贝Ui = n 生/ n 电=24/950=12/475i 1 = 3/19D1/D2=3/19i 2=2/5Z1/Z2=2/5i 3=2/5 Z3/Z4=2/5一级减速（皮带减速） 二级减速（齿轮减速） 三级减速（齿轮减速）i=13/19*2/5*2/5图1-10减速图送料滑块往复務动电动机 减速- 雌二 鑛速三 虧阶支嗨置间難鸵动图1 11系统运动功能转换图功能元功能元分解匹配机构）I23诚速一帶齿轮传动蜗杆传动缺二

12、二芾传动传动蜗杆传动減速三、芾传动齿製传动蜗杆传动送料机构无 间融往复移动导杆机極四杆机枸夹紧套的间M 往复移动凸轮机枸商机构进给锥套的 间隙往复移动凸轮机构商机构凸轮巾构 连杆机构图1-12形态学矩阵图根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由图1-11所示的形态学矩阵可求出锁梁自动成型切削系统的运动方案数为：N = 3 X 3X 3X 3X 3X 3= 729根据机械系统运动转换功能图可知锁梁自动成型切削系统有多种运动方案数：结合上面选定的各个功能元的执行机构可得最优的方案为：电机一带传动一齿轮传动一齿轮传动一齿轮传动一六杆送料机构一凸轮连杆机构一凸轮连杆机 构。1.7根据工艺动作顺序

13、和协调要求拟定运动循环图执行阶段运动阶段运动时间分配角度送料阶段送料2.00s120。回程4.00s240夹紧阶段初始1.67s100 上升0.83s50 夹紧2.50s150回程1.00s60 切削阶段初始3.00s180 上升2.00s120 远休0.17s10 回程0.83s50 表3运动循环时间及角度表送料夹紧切削图 113 系统运动循环图如图 1-13 所示可知：送料：进程 0- 120 回程 120- 360 。夹紧：近休 0-100 推程 100- 150 远休 150-300 回程300360进给：近休 330-150 推程 150-270 远休 270-280回程 28033

14、0由图可知：送料机构送料进程为 120，回程的角度为 240；夹紧机构的推 程分配角度为 50，远休分配角度为 150，回程分配角度为 60，近休分配 角度为 100；进给机构的近休分配角度为 180，推程角度为 120，远休角 度为 10，回程分配角度为 50。需注意：夹紧机构的远休角度一定要大于切 削机构的推程角度与远休的角度和，是为了保证在切削完成之后再放松。1.8 机械系统运动方案简图如图 1-14 所示为机械系统运动方案运动简图。 电机 1通过皮带 2，传到 3，齿轮 4 传到 齿轮 5，齿轮 6 传到齿轮 7，从而带动曲柄 8，夹紧凸轮 14 进给凸轮 13 以相同角速度转动， 曲

15、柄 8 通过滑块 9，导杆 10，连杆 11，将曲柄的匀速转动转化为送料器12 的往复运动；夹紧凸轮 14 通过滚子 16 ，推杆 19，滚子 20，摆杆 24 将凸轮的匀速转动转化为夹紧套 26 的 间歇往复运动；进给凸轮 13 通过滚子 15，推杆 17，滚子 18，摆杆 23 将凸轮的匀速转动转 化为进给装置的间歇往复运动。 其中，弹簧 21 和弹簧 22使摆杆 24和摆杆 23 与对应的凸轮 形成力封闭，使摆杆 24 和摆杆 23 能够进行往复间歇摆动。26P?图1-14总体安装图第二章机构尺寸计算与设定2.1送料机构的尺寸计算图2-1如图2-1所示，根据工件长度 L=250mm可确定

16、滑块行程为 250mm为满足送料时有快 进慢退特性，采用以上六杆机构，取曲柄1的极位夹角为60 ,则形成速比系数 K=2,导杆3长250mm给定AC=100mm则曲柄长为50mm为使送料最大压力角为合适值30，取DE垂直于工件的距离为 45mm则连杆4长为90mm计算可得出 导杆3的摆动角度为60 ，曲 柄导杆机构的压力角恒为 0 ，传动角恒为90 ;送料机构的最大压力角为30 ，最小传动角为60。综上：L=250mmDE=90mmCD=250mmAC=100mmAB=50mm计算方法：如图2-1 :根据所需设计知杆 3的摆动角为60, DE与滑块运动的滑杆夹角为 30。 取AC=100mm

17、DE=90mml则D与滑杆的距离为 45mm滑块导程的长度 L=CD=250mm确定AC与 DC的夹角为30,然后作AB垂直DC即可知 ABC为直角三角形T AC=100mm AB=50mm BC=50v3mm即可确定B的位置。2.2夹紧机构尺寸计算图2-2凸轮+连杆如图2-2所示，夹紧机构采用的是凸轮连杆机构。这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0,支点3位于加紧套与推杆5竖直距离的中点处，以保证推杆 5的移动距离与夹紧套的移动距离相等。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了，所以这里只要确定凸轮，设计凸轮尺 寸见第三部分计算机调试机构中的凸轮形状运动调试。夹

18、紧轴套如图2-3所示，夹紧轴套的计算：Oi=20mm O=10mm 夹角=45行程h1= (O-Q) /2=5mm则当凸轮的推程5mnfl寸即可夹紧。2.3进给机构尺寸计算图2-4凸轮+连杆如图2-4所示，进给机构采用的是凸轮连杆机构。这里的推杆 5与凸轮中心 相对，偏心距为0,支点3位于锥套与推杆5竖直距离的1/2处，以保证锥套进 给距离和推杆5移动距离相等。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定， 只要满足其推程确定就可以了， 所以这里只要确定凸轮， 设计凸轮尺寸见第三章 三维建模及凸轮。已知工件 D1=10mmD2= 7mm所以切削是凸轮的行程理论值是 h2=D1/2=5mm则实际值

19、应该大于5mm寸即 可切断。第三章 三维建模及凸轮的设计3.1凸轮的设计（1）切削凸轮：见附录一：夹紧及切削凸轮的参数图见附录 二： 夹紧凸轮分段图见附录三：夹紧凸轮的动画方式图 见附录四：夹紧凸轮的设计结果图（2）进给凸轮：见附录五：切削凸轮的动画方式图见附录六： 切削凸轮的运动分段图见附录七：切削机构凸轮的设计结果图3.2 送料机构的动画画图步骤：第一步：打开 preo 软件并新建零件，通过拉伸与切除以及圆角等步骤将所有零件画出，并 完成零件的绘制过程； 第二步：新建组件，导入机架（如图三角形）和导杆（图中红色杆件）并将其约束及固定； 第三步：将曲柄、连杆以及摇杆导入装配中，并将其约束为销

20、钉； 第四步：将两个滑块分别导入装配中，同寸将其约束为滑动杆，完成装配过程； 第五步：点击应用程序中的机构，添加伺服电机，将其动态过程运动分析即可。见附录八：送料机构的滑块行程模拟图见附录九：送料机构的滑块速度模拟图 见附录十：送料机构的滑块加速度模拟图参考文献【1】牛呤岐，王保民，余述凡 机械原理课程设计手册（第二版），重庆大学出版社【2】孙恒，陈作模，葛文杰 机械原理（第八版机械类），高等教育出版社【3】梁崇高等平面连杆机构的计算设计【M】 , 高等教育出版社【4】PROE莫具设计，PROE教材【5】王玉新机械创新设计方法学【 M】天津：天津大学出版社，1996【6】石永刚，吴央芳凸轮机构

21、设计与应用创新【Ml,北京：机械工业出版社，2007总结由于第一次做这样的事情， 和同学们分组探讨自动送料冲床的结构设计， 把学了一学期 的机械原理运用到实践中，心中另是一番滋味！在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此 的关系值得我们去深思和体会 . 在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大 , 有些人很有责任感， 把这样一种事情当成是自己的重要任务， 并为之付出了很大 的努力，不断的思考自己所遇到的问题。 而有些人则不以为然， 总觉得自己的弱 势.其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取 的具体行动也是不同的， 这当然也会影响我们的结果。 很

22、多时候问题的出现所期 待我们的是一种解决问题的心态， 而不是看我们过去的能力到底有多强， 那是一 种态度的端正和目的的明确， 只有这样把自己身置于具体的问题之中， 我们才能 更好的解决问题。千里之行始于足下，期间的学习有很多的疑难和幸酸，但更多的是收获， 因为作为一名将要肩负建设祖国未来的机械工程师来说， 机械的设计和模型的建 立是一项最起码最基本的技能。 我们可能不能成为最好的机械工程师， 但我们可 以成为最有责任心最努力的，这也是成功的。在此期间，我不断的思考与学习， 还深刻意识到做机械和做好机械的差距， 这就像一件工艺品， 只有细心雕琢的人 才懂得它原本的价值。在当今这技术先进的时代里，

23、我们要想让自己活得主动， 那手里就必须有筹码， 而学习就是我们目前唯一的筹码， 所以进取才是我们唯一 的可行之路。总之，认真对待每一个学习的机会，珍惜过程中的每一分一秒，学到最多 的知识和方法， 锻炼自己的能力， 这个是我们在在本次机械原理的课程设计中学 到的最重要的东西，以后也将受益匪浅的 !致谢在机械原理课程设计完成之际，我要特别感谢我的老师戴明老师的热情关怀和悉心指 导。在我们撰写设计的过程中，戴老师倾注了大量的心血和汗水，她牺牲自己的午休时间指点我们，她认真负责的态度， 细心指导我们所错的地方。我都得到了戴老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是她广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作 作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在设计写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同学的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友