刻中长线的刻线机构的设计

1、湖南大学刻中长线刻线机构的结构设计报告所明书院系：班级：姓名：学号： 机构所需满足的功能要求：1. 可以刻出不同长度的线，具体为短线10m，中线13mm，长线18mm；2. 刻线速度为每秒刻一条线；3. 工件加工位置与地面的距离为11001200mm；4. 刻线机构具有急回运动；5. 刻线机构的长度可调，并且线的比例保持不变（对于这条设计要求，在本次的设计过程中未给予考虑）。机构的选用与分析过程：通过上网查阅资料，国内外的刻线机构最为常用的是凸轮组合机构。通过三个凸轮来控制刀具的左右移动，难以控制它们之间的转速比，容易发生碰撞的现象，而且容易发生是真的现象，所以不采用这种方案。这种机构简明易懂

2、，刀具的刻线长度明确，刀具的刻线长度精确，但不容易控制三个不完全齿轮的转速关系，且容易发生装吃的现象，不能控制刀具的急回速比，所以不采用这种方案。弹簧最后，通过统筹的考虑，我最觉得在本次设计中采用刻线机构与工作台同时推进的方法进行设计，以下是我的设计简图。凸轮工件机构1凸轮工作台弹簧刻线过程的说明：直动尖顶推杆盘形凸轮（由于受力大小为1000N，受力并不大，所以我们采用的是尖顶的凸轮）以一定的转速匀速转动，实现推程段刻线10mm，然后急回10mm，直动滚子推杆盘形凸轮在尖顶凸轮推程段同时向前推进8mm，然后急回8mm，完成18mm刻线，尖顶凸轮转完一圈，滚子凸轮转过十分之一圈。第二步，滚子凸轮

3、在尖顶凸轮推进的过程中，保持类似于远休的状态，以这种方式刻完四条短线。随后，滚子凸轮在尖顶凸轮推进的过程中，推进3mm。然后，进行第二步。之后，重复进行以上的步骤即可。（弹簧功能的说明：保证凸轮处于力封闭状态，可以自动地回程。本次设计不牵涉关于弹簧的力的计算及弹簧型号的选择。）本次设计着重分析直动滚子推杆盘形凸轮和直动尖顶推杆盘形凸轮。直动滚子推杆盘形凸轮设计过程如下：刻线过程必须保证刻线长度的稳定性，也就是说必须采用等速运动规律的凸轮工作轮廓线，同时兼顾工作台的移动速度并不大以及工作阻力不大这两个因素，我们全程采用具有等速运动规律的轮廓线。通过上网查询资料，我们发现行程速度变化系数K=1.2

4、，本次设计采用K=1.2。由于凸轮做匀速转动，同时推杆的上升也做匀速运动，我们确定凸轮转速为=/5 (rad/s)。我将整段凸轮曲线分为六段，第一段为8mm等速推程，第二段为急回的8mm等速回程，第三段为不推进工作台前进的曲线，我将它称为类近远休的曲线 ，第四段为3mm等速推程，第二段为急回的3mm等速回程。推程时间分配为6/11（s），回程时间分配为5/11（s）。速度分析： 第一推程速度v=0.015m/s，回程速度为v=0.0176m/s；类近远休曲线v=0m/s；第二推程速度v=0.0055m/s，回程速度为v=0.0066m/s；加速度分析：除了在曲线的连接处加速度很大以外，其它弧段

5、上的加速度为零。压力角分析：推程阶段的压力角保证不超过300，回程阶段的不超过750。基圆半径的确定：利用机械原理 第八版（西工大教研室编）书上式（9-25），我通过计算可以得到r0=1.2mm，通过查询网上的资料，我最后取r0=100mm。利用MATLAB结合凸轮的解析表达式我得到如下的凸轮轮廓线（末页附MATLAB程序）：压力角的分析：经分析看到，推程间的压力角的最大值、回程间的压力角和类近远曲线压力角均小于预定的值。直动尖顶推杆盘形凸轮设计过程如下：基圆半径r0=50mm，推程上升高度为h=10mm，行程速比K=1.2。速度分析：推程上升阶段：v=0.0183m/s ； 回程阶段：v=0

6、.022m/s加速度分析： 在连接处的加速度比较大，在其弧段上加速度为零。轮廓线的分析：压力角分析：通过类似以上的分析，压力角仍然没有超过最大设定值。MATLAB程序的附录 %直动滚子推杆盘形凸轮机构 clear %清除变量 r0=100; %确定基圆半径 h1=8; %推杆运动的高度1 h2=3; %推杆运动的高度2 r=10; %滚子半径大小 %理论轮廓线设计： a1=linspace(0,6*pi/55); %推程1 s1=h1*a1*55/6/pi; x1=(r0+s1).*sin(a1); y1=(r0+s1).*cos(a1); a2=linspace(0,pi/11); %回程1

7、 s2=h1*(1-a2*11/pi); x2=(r0+s2).*sin(a2+6*pi/55); y2=(r0+s2).*cos(a2+6*pi/55); %类似与近远休点运动： a3=linspace(0,4*pi/5); %不做推进运动 x3=r0*sin(a3+pi/5); y3=r0*cos(a3+pi/5); a4=linspace(0,6*pi/55); %推程2 s4=h2*a4*55/6/pi; x1=(r0+s1).*sin(a1); x4=(r0+s4).*sin(a4+pi); y4=(r0+s4).*cos(a4+pi); a5=linspace(0,pi/11);

8、%回程2 s5=h2*(1-a5*11/pi); x5=(r0+s5).*sin(a5+6*pi/55+pi); y5=(r0+s5).*cos(a5+6*pi/55+pi); a6=linspace(0,4*pi/5); x6=r0*sin(a6+pi/5+pi); y6=r0*cos(a6+pi/5+pi);a7=linspace(0,2*pi);x7=r0*sin(a7);y7=r0*cos(a7);%工作轮廓线设计m1=55*h1/6/pi*sin(a1)+(r0+s1).*cos(a1);n1=55*h1/6/pi*cos(a1)-(r0+s1).*sin(a1);p1=m1./sq

9、rt(m1.2+n1.2);q1=-n1./sqrt(m1.2+n1.2);x8=x1-r*q1;y8=y1-r*p1;m2=-11*h1/pi*sin(a2)+(r0+s2).*cos(a2);n2=-11*h1/pi*cos(a2)-(r0+s2).*sin(a2);p2=m2./sqrt(m2.2+n2.2);q2=-n2./sqrt(m2.2+n2.2);x9=x2-r*q2;y9=y2-r*p2;m3=r0*cos(a3);n3=-r0*sin(a3);p3=m3./sqrt(m3.2+n3.2);q3=-n3./sqrt(m3.2+n3.2);x10=x3-r*q3;y10=y3-

10、r*p3;m4=55*h2/6/pi*sin(a4+pi)+(r0+s4).*cos(a4+pi);n4=55*h2/6/pi*cos(a4+pi)-(r0+s4).*sin(a4+pi);p4=m4./sqrt(m4.2+n4.2);q4=-n4./sqrt(m4.2+n4.2);x11=x4-r*q4;y11=y4-r*p4;m5=-11*h2/pi*sin(a5)+(r0+s5).*cos(a5);n5=-11*h2/pi*cos(a5)-(r0+s5).*sin(a5);p5=m5./sqrt(m5.2+n5.2);q5=-n5./sqrt(m5.2+n5.2);x12=x5+r*q5

11、;y12=y5+r*p5;m6=r0*cos(a6);n6=-r0*sin(a6);p6=m6./sqrt(m6.2+n6.2);q6=-n6./sqrt(m6.2+n6.2);x13=x6+r*q6;y13=y6+r*p6;figureplot(x1,y1,r-,x2,y2,g-,x3,y3,m-,x4,y4,c-,x5,y5,b-,x6,y6,g-,LineWidth,2);grid onhold onplot(x7,y7,k-);hold onplot(x8,y8,r-,x9,y9,g-,x10,y10,m-,x11,y11,c-,x12,y12,b-,x13,y13,g-,LineWi

12、dth,2);%画滚子a0=linspace(0,2*pi);g1=x1(1)+r*cos(a0);j1=y1(1)+r*sin(a0);g2=x1(25)+r*cos(a0);j2=y1(25)+r*sin(a0);g3=x1(50)+r*cos(a0);j3=y1(50)+r*sin(a0);g4=x1(60)+r*cos(a0);j4=y1(60)+r*sin(a0);g5=x1(75)+r*cos(a0);j5=y1(75)+r*sin(a0);g6=x1(90)+r*cos(a0);j6=y1(90)+r*sin(a0);g7=x2(1)+r*cos(a0);j7=y2(1)+r*s

13、in(a0);g8=x2(25)+r*cos(a0);j8=y2(25)+r*sin(a0);g9=x2(50)+r*cos(a0);j9=y2(50)+r*sin(a0);g10=x2(60)+r*cos(a0);j10=y2(60)+r*sin(a0);g11=x2(75)+r*cos(a0);j11=y2(75)+r*sin(a0);g12=x2(90)+r*cos(a0);j12=y2(90)+r*sin(a0);g13=x3(1)+r*cos(a0);j13=y3(1)+r*sin(a0);g14=x3(50)+r*cos(a0);j14=y3(50)+r*sin(a0);g15=x

14、4(1)+r*cos(a0);j15=y4(1)+r*sin(a0);g16=x4(25)+r*cos(a0);j16=y4(25)+r*sin(a0);g17=x4(50)+r*cos(a0);j17=y4(50)+r*sin(a0);g18=x4(60)+r*cos(a0);j18=y4(60)+r*sin(a0);g19=x4(75)+r*cos(a0);j19=y4(75)+r*sin(a0);g20=x4(90)+r*cos(a0);j20=y4(90)+r*sin(a0);g21=x5(1)+r*cos(a0);j21=y5(1)+r*sin(a0);g22=x5(25)+r*co

15、s(a0);j22=y5(25)+r*sin(a0);g23=x5(50)+r*cos(a0);j23=y5(50)+r*sin(a0);g24=x5(60)+r*cos(a0);j24=y5(60)+r*sin(a0);g25=x5(75)+r*cos(a0);j25=y5(75)+r*sin(a0);g26=x5(90)+r*cos(a0);j26=y5(90)+r*sin(a0);g27=x6(1)+r*cos(a0);j27=y6(1)+r*sin(a0);g28=x6(50)+r*cos(a0);j28=y6(50)+r*sin(a0); figure plot(x1,y1,r-,x

16、2,y2,g-,x3,y3,m-,x4,y4,c-,x5,y5,b-,x6,y6,g-,LineWidth,2);grid onhold onplot(x7,y7,k-);hold onplot(x8,y8,r-,x9,y9,g-,x10,y10,m-,x11,y11,c-,x12,y12,b-,x13,y13,g-,LineWidth,2); hold on plot(g1,j1,k-,g2,j2,k-,g3,j3,k-, g4,j4,k-,g5,j5,k-,g6,j6,k-,LineWidth,2); hold on plot(g7,j7,k-,g8,j8,k-,g9,j9,k-,g10,

17、j10,k-,g11,j11,k-, g12,j12,k-, LineWidth,2); hold on plot(g13,j13,k-,g14,j14,k-,g15,j15,k-,g16,j16,k-,g17,j17,k-,g18,j18,k-,LineWidth,2); hold on plot(g19,j19,k-,g20,j20,k-,g21,j21,k-,g22,j22,k-,g23,j23,k-,g24,j24,k-, LineWidth,2); hold on plot(g25,j25,k-,g26,j26,k-,g27,j27,k-,g28,j28,k-,LineWidth,2

18、);压力角分析 %直动滚子推杆盘形凸轮机构 clear %清除变量 r0=100; %确定基圆半径 h1=8; %推杆运动的高度1 h2=3; %推杆运动的高度2 r=10; %滚子半径大小 %理论轮廓线设计： a1=linspace(0,6*pi/55); %推程1 s1=h1*a1*55/6/pi; x1=(r0+s1).*sin(a1); y1=(r0+s1).*cos(a1); a2=linspace(0,pi/11); %回程1 s2=h1*(1-a2*11/pi); x2=(r0+s2).*sin(a2+6*pi/55); y2=(r0+s2).*cos(a2+6*pi/55);

19、%类似与近远休点运动： a3=linspace(0,4*pi/5); %不做推进运动 x3=r0*sin(a3+pi/5); y3=r0*cos(a3+pi/5); a4=linspace(0,6*pi/55); %推程2 s4=h2*a4*55/6/pi; x1=(r0+s1).*sin(a1); x4=(r0+s4).*sin(a4+pi); y4=(r0+s4).*cos(a4+pi); a5=linspace(0,pi/11); %回程2 s5=h2*(1-a5*11/pi); x5=(r0+s5).*sin(a5+6*pi/55+pi); y5=(r0+s5).*cos(a5+6*p

20、i/55+pi); a6=linspace(0,4*pi/5); x6=r0*sin(a6+pi/5+pi); y6=r0*cos(a6+pi/5+pi);a7=linspace(0,2*pi);x7=r0*sin(a7);y7=r0*cos(a7);%工作轮廓线设计m1=55*h1/6/pi*sin(a1)+(r0+s1).*cos(a1);n1=55*h1/6/pi*cos(a1)-(r0+s1).*sin(a1);p1=m1./sqrt(m1.2+n1.2);q1=-n1./sqrt(m1.2+n1.2);x8=x1-r*q1;y8=y1-r*p1;m2=-11*h1/pi*sin(a2

21、)+(r0+s2).*cos(a2);n2=-11*h1/pi*cos(a2)-(r0+s2).*sin(a2);p2=m2./sqrt(m2.2+n2.2);q2=-n2./sqrt(m2.2+n2.2);x9=x2-r*q2;y9=y2-r*p2;m3=r0*cos(a3);n3=-r0*sin(a3);p3=m3./sqrt(m3.2+n3.2);q3=-n3./sqrt(m3.2+n3.2);x10=x3-r*q3;y10=y3-r*p3;m4=55*h2/6/pi*sin(a4+pi)+(r0+s4).*cos(a4+pi);n4=55*h2/6/pi*cos(a4+pi)-(r0+s4).*sin(a4+pi);p4=m4./sqrt(m4.2+n4.2);q4=-n4./sqrt(m4.2+n4.2);x11=x4-r*q4;y11=y4-r*p4;m5=-11*h2/pi*sin(a5)+(r0+s5).*cos(a5);n5=-11*h2/pi*cos(a5)-(r0+s5).*sin(a5);p5=m5./sqrt(m5.2+n5.2);q5=-n5./sqrt(m5.2+n5.2);x12=x5+r*q5;y12=y5+r*p5;m6=r0*cos(a