锁梁自动成型机床搬弯机构设计

1、课程设计课程名称：机械原理学 院：机械工程学院 专 业： 农机071姓 名：学 号：年 级：2009级 任课教师：2010年1月14日目录机械原理课程设计任务书 4第一章设计任务的相关参数 6功能要求： 6设计数据参数要求6各执行构件的运动参数为：6第二章机构的工作原理 6第三章原动机及传动机构的选择 .7原动机的选择 7传动机构的选择与比较 .8第四章执行机构的选择与比较 .10送料机构的选择与比较 10定位与夹紧机构选择与比较 .11搬弯机构的选择与比较 .12第五章系统方案拟定与比较 .13功能分解 13.功能逻辑图 14根据工艺过程确定执行构件的运动形式 .14绘制机械系统运动转换功能

2、图 14根据执行构件的运动形式选择机构 15用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案 15第六章机械系统的工作运动循环图 16第七章机构的设计与运动分析 .17电机向主轴传动设计与分析 .18送料机构设计与分析 18定位夹紧机构的设计与分析 19搬弯机构的设计与分析 20第八章机构总体方案图及原理简要说明 .20第九章绘制运动线图以及程序清单 .22附录 凸轮参数 28主要参考文献 32设计题目：锁梁自动成型搬弯机构设计机械原理课程设计任务书（题号B 5 ）锁梁白动成型机床搬弯机构设计一、机构说明和加工示意图锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用与插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、

3、车圆头、切断和搬弯成型。本机构为该机床的搬弯成型工艺部分，由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。搬弯成型加工原理如下图：送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回，定位销3上升至锁梁槽内，将锁梁卡住，搬弯架4转动搬弯角度，搬弯架上的滚轮6绕固定滚轮5也转过搬弯角度，将锁梁搬弯成型。然后搬弯架返回原位，定位销下降，松开工件，待送料滑块第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。二、机构设计的有关数据1 .生产率20件/分2. 机电输入转速：n1= 900转/分3. 工件尺寸：L= 190 mm D1= 8 mm D2= 5 mm三、课程设计项目内容：1 . 目标分析：根据设计任务书中规定的设计任务，进

4、行功能分析，作出工艺动作的分解，明确各个工艺动作的工作原理。2 .创新构思：对完成各工艺动作和工作性能的执行机构的运动方案进行全国构思。对各可行方案进行运动规律设计、机构型式设计和协调设计。3 .方案拟定：拟定总体方案，进行执行系统、传动系统、原动机的选择和基本参数设计。4 .方案评价：对各行方案进行运动分析、力分析及有关计算、以进行功能、性能评价和技术、经济评价。5 .方案决策：在方案评价的基础上进行方案决策，在可行方案。确认其总体设计方案，绘制系统运动简图、编写总体方案设计计算机说明书。四、课程设计要求：1.按工艺动作设计多个组合机构的总体方案，根据评标的运动特性、传力特性、工作可靠性、结

5、构紧凑性和制造经济性等进行分析比较，最后确定一、二个较好的方 案，拟定出运动方案示意图。2 .分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和搬弯机构（或进刀机构）的运动循环图。（4号图）3 .根据生产率和电机转速，设计传动系统。4 .用图解法对送料机构、定位机构和搬弯机构（或进刀机构）进行运动设计，绘制组合机构的运动简图。（4号图）5 .用计算机辅助设计对送料机构进行运动分析：（1）编制计算流程框图。（2）根据计算流程框图编制主程序，上机计算及打印结构6 .用计算机辅助设计对凸轮机构进行设计，绘出凸轮轮廓和从动件位移曲线7 .编写课程设计说明书。内容包括：设计题目、工艺要求、设计内容、方案选

6、择与比较、各机构类型和运动参数的选择、机构运动设计步骤、设计结构、设计结构、传 动系统设计、机构运动分析计算流程框图、主程序及计算结构、凸轮机构设计、参 考资料目录和设计小结等。（ 20页以上）附：锁梁自动成型机床搬弯机构设计题目数据（题号B1B10）题目代号B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10生产率10121518202425283032电机转速7007508008509009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D1101099886655工件D277665544搬弯角度185°185°185&

7、#176;185°185 °185°185 °185 °185°185°齿轮模数66554433第一章：设计任务的相关参数功能要求：1；自动搬弯成型2;连续自动生产3;生产能力为20件/分4;加工质量达到规定的技术要求5;机械系统运动方案应力求简单、可靠设计数据参数要求1;被加工工件直径为8mn切削槽直径5mm2;工件展开时的长度190mm3;电机转速为900r/min5;生产率为20件/分；6;齿轮模数为4各执行构件的运动参数为:1;送料机构的正行程为190mm2;搬弯机构的旋转角度为185度。第二章机构的工作原理工作原理

8、图及说明锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用与插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、车圆头、切断和搬弯成型。本机构为该机床的搬弯成型工艺部分，由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。搬弯成型加工原理如下图：送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回，定位销3上升至锁梁槽内，将锁梁卡住，搬弯架4转动搬弯角度，搬弯架上的滚轮 6绕固定滚轮5也转过搬弯角度，将锁梁搬弯成型。然后搬弯架返回原位，定位销下降，松开工件，待送料滑块 第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。第三章：原动机及传动机构的选择原动机的选择根据设计的要求可知，锁梁一般是大批量生产；从能源方面看，工厂的电源能有 效地保证并充

9、足，且有降低生产成本，便丁操作，工件可靠，维修方便，应尽量选 用电力驱动。从对环境影响来看，电力驱动方式所产生的污染较小，可选择电动 机。从经济方面来看，电动机应满足一定的功率，防止功率过大造成浪费，过小负 荷过大，使生产率达不到要求致使浪费时间。所以为了满足上诉要求，选择电压为 380V转速900转/分的交流电动机最为合适。传动机构的选择与比较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。常用的传动机构有齿轮传动、带传 动、链传动、螺旋传动、蜗杆传动等。他们的各自有的特点如下：特点功率(Kvy效率寿命应用齿轮传动承载能力和速

10、度范围大；传动 比包定，采用卫星传动可获得 很大传动比，外廓尺寸小，工 作可靠，效率局。制造和安装 精度要求高，精度低时，运转 有噪音；无过载保护作用圆柱直齿轮750圆柱直齿轮取决丁齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金届切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及 仪器等带轴间距范围大，工作平稳，噪普通VV型带带轮直径金届切削机传音小，能缓和冲击，吸收振带500平带大,带的寿床、锻压机动动；摩擦型而传动有过载保护窄型V命长。普通床、输送作用；结构简单，成本低，安带750V带机、通风装要求不局；外廓尺寸较大；平带3500-5000h机、农业机摩擦型带有滑动，不能用丁分3500械

11、和纺织机度链；由于带的摩擦起电，不械宜用丁易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短链轴间距范围在，传动比怛最在速度小于与制造质量农业机械、传定；链条组成件的油膜能3500等 10m/s有关石油机械、动吸振，对恶劣环境适应能一般小时速度5000-15000h矿山机械、力强，工作可靠高速时没于100大于运输机械和有带传动平稳，容易引起 共振需设张紧和减振装 置。10m/s 时 起重机械等蜗结构紧凑，单级传动能得到很最在单头双制造精确，金届切削机杆大的传动比；传动平稳，无噪750头润滑良好，床（特别是传音；可制成自锁机构；传动比通常只寿命较长；分度机动大、滑动速度低时效率低；用到低速传动

12、，构）、起重中、高速传动需用昂贵的减磨50磨损显着机、冶金矿材料；制造精度要求高，刀具山机械、焊费用贵好胎等通过上几种传动装置的比较可得，减速的优先选择带传动、齿轮传 动，他们的要求的传动功率不大，在满足工作的性能情况下，选用这种 结构简单的传动装置，可以降低成本，节约能源。在搬弯时由于精确度 要求高应选用链传动。第四章执行机构的选择与比较送料机构的选择与比较方案一：用一自锁式夹持器作间歇 往复直线运动实现送料。如 图所示，夹持器由机构件 4-5-5 '组成，夹持器由凸轮方案二：机构4的送料方式和方案转动，带动摆杆2左右摆动 位后即返回。通过方案一和方案二的比 较，都实现了单向送料。可

13、 方案一与方案二相比。方案图定位与夹紧机构选择与比较方案一：从图可知，滚轮3在凸轮2的旋转上下移动，从而滚轮方案二：原理如图，定位和夹紧分开 杆组合上下移动实现定位。' 紧。机构1通过摆动导杆2驱动作 间歇往复直线运动，当夹持 器向左运动时，由推爪 5和 5在卷料7上打滑，从而实 现单向送料。一样，夹持器是由原动件1的从而实现了机构 4将料5送到一可以再送完料以后能有间歇运动。而方案二没有间歇 运动。选择方案一更为好。3带动杆4上下移动。5是回 位弹簧。6是V型块，有 定位和夹紧工能为一体。块 6是定位块，由凸轮和连V型块4的上下移动实现夹图通过方案一和方案二的比较，方案一的定位和夹紧

14、为一体，更为简单，用的机构少，经济节约。同时又能够满足定位和夹紧需要。搬弯机构的选择与比较 方案一：通过杆1的旋转使得杆3的摆动，从而由杆4传动到圆轮5的旋转。从而带动搬弯装置进行搬弯。图方案二：原动件5的摆动让轮1的旋转，从而带动搬弯机构进行搬弯。方案二的摆动易容有卡死的现象，方案一就可有效避免这样的现象。从两种方案中选择方案二比较优秀。第五章系统方案拟定与比较功能分解为了实现将金属材料加工成锁梁的总功能，可将总功能 分解为如下分功能：1, 送料功能2, 送料定位功能3, 工件夹紧功能4, 工件搬弯功能功能逻辑图锁梁自动成型机床搬弯机构根据工艺过程确定执行构件的运动形式1;送料功能的执行构件

15、是自锁式夹持器，它作无间歇往复移动2;送料的定位执行构件是定位杆，它的运动是间歇往复移动3;固定机构是用带有V'头的杆，它的运动是间歇往复移动4;由搬弯机构的原理可知，搬弯的执行构件是滚子支架，它的运动是往复回转 运动。绘制机械系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制出机械系统的转换功能图根据执行构件的运动形式选择机构1;送料夹持器间歇往复移动，可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等2;定位间歇往复移动，同样可选用凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等3; V型夹紧机构是间歇往复移动，可选凸轮机构，连杆机构，组合机构（如凸轮机构+ 连杆机构）

16、等4;搬弯头的间歇往复回转运动，可选用凸轮机构，齿轮摆杆机构，组合机构（凸轮机构+连杆机构+链传动等）用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案根据机械系统运动转换功能图（图）可构成形太学矩阵（表）。由表所示的形态学矩阵可求出锁梁自动搬弯系统运动方案数为N=3< 3X 3X 3X 3X 3X 3=2187可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计等，从中选出较为实际可行的方案。表中用线连的是选择的最优方案减速2带传动齿轮传动蜗杆传动减速3带传动齿轮传动蜗杆传动送料夹持器间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构定位杆的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮一连杆机构固定机

17、构的间 歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+iilw'构搬弯滚子支架的间歇往复回转运动凸轮机构齿轮摆杆机构凸轮机构+连, 构+链传动机千机 构第六章 机械系统的工作运动循环图根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图送料111h1li1ii定位11IH11!K夹紧11iD1Ii1b:y ；搬弯1|<HHs0o90o180027003600执行构件动作时间分配轴转角送料杆送料行程工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=1/3T2=0T3=1/3T4=1/3 1=120° 2=0° 3=120° 4=120°定位夹紧定位行程T1=1/121=30

18、76;工作位置停歇T2=2/3 2=240°空回行程T3=3/123=90°初始位置停歇T4=0 4=0°搬弯搬弯行程T1=1/3 1=120°工作位置的停歇T2=0 2=0°空回行程T3=1/3 3=120°初始位置停歇T4=1/3 4=120°第七章机构的设计与运动分析电机向主轴传动设计与分析根据生产率20件/分可知, 主轴的转速为20r/min。从而可 以算得传动比i=900/20,从而设 计三级减速，如图（图）一级减 1/3，第二级减1/3 ,第三级减 1/5 ;从1到2是带传动，设计 送料机构设计与分析如图（图）送

19、料机构的送料过程是由圆柱凸轮d1=100 d2=300;z2' =18 d2 ' =mz=72;z3=54d3=mz=216;z3' =18 d3 ' =mz=72;z4=90,d4=mz=360图1的旋转带动杆2左右摆动来实现送料。弦长 AB就是凸轮1的摆线长。由于送料DE的长为190mm取比利为1 ： 10则AB的长为19mm取CD长为380mm则有AC为38mm根据几何关系可得 AB到DE距离405mm定位夹紧机构的设计与分析定位夹紧为一体的机构如图（图）从侧示图可看出，当凸轮1旋转，通过连杆带动 V型块搬弯机构的设计与分析用一搬弯滚子将工件压在一 圆弧模

20、块上，然后绕圆弧模块转 一角度，即可将工件搬成与圆弧上下移动。从而实现定位和夹紧。最高的高度如图所示H=405图模块半径相对应的弧型，其搬弯原理如图（图）图从图中，设计杆 1长70mm杆3长300mm杆4长 200mm图第八章机构总体方案图及原理简要说明机械运动简图图表示了搬弯机构的运动简图，电机 1通过传动系统带动主轴2的旋转。通过主 轴的旋转带动凸轮，从面使摆杆 3摆动实现送料块5将料6送到位置。主轴的旋 转带动凸轮使连杆8带动V型块7上下移动实现定们及夹紧。主轴的旋转带动齿 轮通过杆9的转动让11摆动，从而使圆13转动，由链传动使轮14进行搬弯。 设计轮15和轮13的传动比为2.图第九章

21、绘制运动线图以及程序清单绘制运动线图以及程序活单（图）编程框区主程序以及子程序Private Sub Command2_Click（）Dim b(6), c(6), d(3), xE1(360), vEx1(360), aEx1(360)pai = Atn(1#) * 4 / 180"红色曲线表示位移， 蓝色曲线表示速度， 绿色曲线表示加速度 "For fi = 0 To 360 Step 10fi1 = fi * paiCall单杆运动分析子程序 (0, 0, 0, 0, 0, 0, , 0, fi1, , 0, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy)Ca

22、ll RRR 运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, , , 0, 0, 0, 0, _,xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, omega2, omega3, epsilon2, epsilon3)Call 单杆运动分析子程序 (xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, , 0, fi3, omega3, epsilon3, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy)Call RRP 运动分析子程序(1, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy, , , 0, 0, 0, 0,

23、_, 0, 0, 0, xF, yF, vFx, vFy, aFx, aFy, fi4, omega4, epsilon4, sr, vsr, asr)xE1(fi) = xEvEx1(fi) = vExaEx1(fi) = aExNext fiForeColor = QBColor(0)(-10, 100)-(370, -100)(0, 0)-(360, 0), ForeColor(0, -100)-(0, 100), ForeColorForeColor = QBColor(4)(0, xE1(0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10-(fi, xE1(fi)

24、* 200), ForeColorNext fiForeColor = QBColor(9)(0, vEx1(0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10-(fi, vEx1(fi) * 200), ForeColorNext fiForeColor = QBColor(10)(0, aEx1(0) *For fi = 0 To 360 Step 10-(fi, aEx1(fi) * 50), ForeColorNext fiEnd SubPrivate Sub Command1_Click()Dim b(6), c(6), d(3), t As Stringpai =

25、 Atn(1#) * 4 / 180For fi = 0 To 360 Step 10fi1 = fi * paiCall 单杆运动分析子程序 (0, 0, 0, 0, 0,0, , 0, fi1, , 0, xB, yB,vBx, vBy, aBx, aBy)Call RRR 运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, , , 0, 0, 0, 0, _, , xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, omega2, omega3, epsilon2, epsilon3)Call 单杆运动分析子程序(xC, yC, vCx,

26、 vCy, aCx, aCy, , 0, fi3, omega3, epsilon3, xE, yE,vEx, vEy, aEx, aEy)Call RRP 运动分析子程序(1, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy, , , 0, 0, 0, 0, _,0, 0, 0, xF, yF, vFx, vFy, aFx, aFy, fi4, omega4, epsilon4, sr, vsr, asr)t = t + "Fi1=" + Str(fi) + vbCrLft = t + "xE(m)=" + Str(xE) + vbCrLft =

27、 t + "vE(m/S)=" + Str(vEx) + vbCrLft = t + "aE(m/S2)="+ Str(aEx) + vbCrLft = t + "omega3(rad/S)= " + Str(omega3) + vbCrLft = t + "omega4(rad/S)= " + Str(omega4) + vbCrLft = t + "epsilon3(rad/S)= " + Str(epsilon3) + vbCrLft = t + "epsilon4(rad/S)

28、= " + Str(epsilon4) + vbCrLft = t + vbCrLfNext fi= tEnd SubSub 单杆运动分析子程序 (xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy, S, theta, fi, omega, epsilon, _xm, ym, vmx, vmy, amx, amy)xm = xA + S * Cos(fi + theta)ym = yA + S * Sin(fi + theta)vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta)vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta

29、)amx = aAx - S * epsilon * Sin(fi + theta) - S*omega 人2 *Cos(fi+theta)amy = aAy + S * epsilon * Cos(fi + theta) - S* omega人 2* Sin(fi+theta)End SubSub RRR 运动分析子程序 (m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xD, yD, vDx, vDy, aDx, aDy, _L2, L3, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, _omega2, omega3, epsilon2, eps

30、ilon3)Dim pi, d, ca, sa, yDB, xDB, gam, yCD, xCD, e, F, Q, EA, FA, deltapi = Atn(1#) * 4d = (xD - xB)人 2 + (yD - yB)人 2)人If d > L2 + L3 Or d < Abs(L2 - L3) ThenMsgBox "此位置不能装配"GoTo n1ElseEnd Ifca = (d 人 2 + L2 人 2 - L3 人 2) / 2 / L2 / dsa = (1 - ca 人 2)人yDB = yD - yBxDB = xD - xBCall

31、 atn1(xB, yB, xD, yD, delta)If ca > 0 Thengam = Atn(sa / ca)Else: gam = Atn(sa / ca) + piEnd IfIf m = 1 Thenfi2 = delta + gamElse: fi2 = delta - gamEnd IfxC = xB + L2 * Cos(fi2)yC = yB + L2 * Sin(fi2)yCD = yC - yDxCD = xC - xDIf xCD > 0 Thenfi3 = Atn(yCD / xCD)Elself yCD >= 0 Thenfi3 = Atn(

32、yCD / xCD) + piElse: fi3 = Atn(yCD / xCD) - piEnd Ife = (vDx - vBx) * xCD + (vDy - vBy) * yCDF = (vDx - vBx) * (xC - xB) + (vDy - vBy) * (yC - yB)Q = yCD * (xC - xB) - (yC - yB) * xCDomega2 = e / Qomega3 = F / QvCx = vBx - omega2 * (yC - yB)vCy = vBy + omega2 * (xC - xB)EA = aDx - aBx + omega2 人 2 *

33、 (xC - xB) - omega3 人 2 * xCDFA = aDy - aBy + omega2 人 2 * (yC - yB) - omega3 人 2 * yCDepsilon2 = (EA * xCD + FA * yCD) / Qepsilon3 = (EA * (xC - xB) + FA * (yC - yB) / QaCx = aBx - omega2 人 2 * (xC - xB) - epsilon2 * (yC - yB)aCy = aBy - omega2 人 2 * (yC - yB) + epsilon2 * (xC - xB)n1: End SubSub R

34、RP 运动分析子程序 (m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, _aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2pi = Atn(1#) * 4d2 = (xB - xP)人 2 + (yB - yP)人 2)e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - y

35、B) * Sin(fi3)F = d2 - L2 人 2If e 人 2 < 4 * F ThenMsgBox "此位置不能装配"GoTo n1ElseEnd IfIf m = 1 Thensr = Abs(-e + (e A 2 - 4 * F) A / 2)Else: sr = Abs(-e - (e 人 2 - 4 * F)人 / 2)End IfxC = xP + sr * Cos(fi3)yC = yP + sr * Sin(fi3)yCB = yC - yBxCB = xC - xBCall atn1(xB, yB, xC, yC, fi2)E1 = (v

36、Px - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3)F1 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3)Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3)omega2 = (F1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3) / Qvsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / QvCx = vBx - omega2 * yCBvCy = vBy + omega2 * xCBE2 = aPx - aBx + omega2 人 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) _-e

37、psilon3 * (yC - yP) - omega3 人 2 * (xC - xP)F2 = aPy - aBy + omega2 人 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr * Cos(fi3) _+ epsilon3 * (xC - xP) - omega3 人 2 * (yC - yP) epsilon2 = (F2 * Cos(fi3) - E2 * Sin(fi3) / Q asr = -(F2 * yCB + E2 * xCB) / QaCx = aBx - omega2 人 2 * xCB - epsilon2 * yCBaCy = aBy - omega2 人 2 * yCB + epsilon2 * xCB n1: End SubSub解六元一次线性方程组子程序 (m, A(), b()Dim n, n1, i, j, m1, m3, m2, S, r, k4, k5, L5 n = m n1 = m + 1For i = 2 To nFor j = i To nIf Abs(A(i - 1, i - 1) > 1E-20 Then GoTo n1 m1 = i -