机械设计大作业汇总

1、目录:1.1设计题目1.2机械系统的方案拟定1.2.1工作原理确定122执行构件及其运动设计1.2.3原动机的选择1.2.4执行构件的运动协调性（运动循环图）设计1.2.5机构选型及组合1.2.6方案评价及优选1.3相关机构的尺度综合（包括运动及动力设计和仿真）1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明1.5课程设计体会及建议1.6主要参考文献1.1设计题目:光纤接头保护玻璃管的结构与尺寸如图3.1a所示。光纤接头保护玻璃管被套在光纤接头处，以保护光纤接头。为不致损伤光纤, 保护玻璃管内孔两端需倒角，如图a所示。该玻璃管内孔两端倒角宜 采用细粒砂轮高速磨削的工艺，以避免砂轮磨削力过大而损

2、坏其端 口。其砂轮磨削头的形状如图b所示。由于其用量很大，故需设计 台专用自动倒角磨削装置来加工。b)a)图3.1设计技术要求如下:1）保护玻璃管在倒角之前处于散堆状态，磨削时需自动整理并逐个送料，故需配套设计自动送料机构。2）保护玻璃管磨削时需自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以免造成玻璃管损坏。为了减小对其夹紧力，应采用两套砂轮磨头，并沿轴 向相对布置，相向进给，反向旋转，使两磨削力得以平衡，实现两端口同时磨削并自动定位。要求两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min。3）要求保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工

3、作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约1500r/min。4）每班（8小时）生产率不低于4000件。1.2机械系统的方案拟定1.2.1工作原理确定倒角机的伺服系统主要分成三部分：送料装置，自动夹紧装置, 以及刀架逆向行驶磨削控制装置。送料装置采用的是来回往复震荡送 料机构来实现，在装料盒上开三个与毛胚轴线处截面尺寸相同的孔（即长为10mm宽为5mm通过来回震动，使毛胚落下。夹紧装置用 凸轮来实现，凸轮远休端与夹具接触时，工件被夹紧，当近休端与夹 具接触时，在棍子推杆的拉力作用下，夹具的两部分分开，工件从夹 具上掉落同时在加工完成时，有足够的时间使工件从家具上掉落， 避 免被夹具夹毁。使刀架同时

4、逆向行驶控制磨削也是用过曲柄滑块机构 来实现的。1.2.2执行构件及其运动设计执行构件为凸轮机器组合机构，齿轮系变速机构，由曲轴演化而 来的曲柄滑块机构。运用曲轴作为原动件，器直接带动凸轮实现夹紧, 从而实现夹紧加工的同步，设计之初是利用蜗轮蜗杆实现大传动比的 变速，现更改为齿轮系变速代替。各传动执行机构关系如下:1.1.2.3原动机的选择根据设计技术要求（要求两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min ;要求 保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约1500r/min ）采用

5、齿轮,改变转速以及分路原理将齿轮电机主轴上的1500r/mi n的转速转换成3个转速为6000r/min的齿轮的转速，实现三组同步进行。选用的电机型号：丫90L-4转速是1500r/min,最多可使用三台电机，用两套微型电动机驱动分别独立驱动砂轮， 则用最后一套微型电 机来驱动伺服系统。主轴转速，伺服系统的速度分别是6000r/mi n,6r/mi n 。则需要齿轮系来实现变速。1.2.4 执行构件的运动协调性（运动循环图）设计A n a I y 5 i s De f i n i t i o n 5 （也置）150.00I 00.OD0.001.00 2.00 Loo A. 005,006.0

6、07,003.003.00 lOMO时问（护）AnalyiD亡 f I n I 1 I D n 5 J mts u r c 4 Id亡gAnalysisDefini+ionS （僮置）8006.00 =® 2000.00 =2 004.003&00I b H 飞 b u u冋0.00 I .00 2003.004.005.00 6.007.008. 009.0010.00间（秒）AfiolysisDc f ifti I iofi5: : frica$urc3 fftn）Analysis Definition4 （位置）37.5037.0036.50 J36.0035.5035

7、,00 J34.500,00 I .00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 秒）AnolysisDefinition4:measure2 <mn）各执行构件的运动循环图如上，依次是原动杆曲轴，砂轮，和夹具的运动循环图。图一是主轴即曲轴的运动循环图，运动周期T=10s.t图二是砂轮在一个周期内的位移图，据图可知砂轮在各时间点的位移。图三是夹具上一点在一个周期内夹持方向上的位移图，据 图可知两极限位置的休止。由于在加工过程中对夹具进退的速度无严 格限制，故凸轮设计时只考虑近休点和远休点。125机构选型及组合由于此次设计中机构比较简单，

8、即运用定轴轮系实现1500r/min的电动机的降速，用曲轴连杆（变形曲柄滑块机构）实现刀具的正反 行程及加工，用凸轮推杆机构实现工件的加工，各机构组合图如下所 示。良$nJI B L r讥1.2.6方案评价及优选我们设计的光纤接头保护玻璃管倒角机总体上分为两大部分：主 轴转动系统，以及伺服系统，伺服系统有包括，自动送料系统，自动 加紧系统，以及刀架同时逆向行驶系统。而伺服系统的设计是倒角机 设计的难点。1.转动系统的设计由于使用要求砂轮的转速是6000r/min，可用的电机的转速是1500r/min，顾需要使用齿轮系来改变转速，以达到设计要求。-px41- L_321采用如上轮系，其中n1/n

9、2=n3/n4=2则可实现电机1500r/min的转 速向砂轮6000r/min的转速的传递。2.自动送料装置|方案一的送料系统如上图所示，在装料箱的下部出口处，装有一个类 似于两扇门的装置，而且两扇门中装有弹簧，在推杆滚子不予门板接 触时，在弹簧的拉力作用下是关闭的，当1凸轮由远休端向近休端运 动的时候，装料箱在重力的作用下向下运动，与棍子推杆接触，推动 门板打开，完成送料任务。方案二的送料系统如下图方案二采用来回往复震荡送料机构来完成自动送料， 在滑块上分别开 上长为10mm宽为6mm（宽度比毛胚的直径略大，便于毛胚落下）的 槽，当装料箱开始震动时，则工件自动落下，完成自动送料。通过比较方

10、案一与方案二，我们可以很直观的看出，方案二更具 有实用性能。首先，方案一设计复杂，制造难度大，采用凸轮实现装料箱的上下移动需要设计一系列的传动机构以实现凸轮的运作，而且 传动不平稳。其次，使用弹簧，弹簧过于频繁的拉紧放松，极易超出 它的疲劳极限，造成破坏，影响机械的正常工作。方案二，主要有三 大优点：一、震荡送料机构设计制造简单。二、曲柄作为原动件与 加紧机构的原动件连在同一根轴上，用同一动力驱动，减小了机构的 复杂性。三、有利于实现精确送料，避免由于毛胚太多出现卡死现 象的出现。所以综上，我们决定选择方案二作为倒角机的自动送料系 统。3.自动夹紧装置方案一的机构简图如上所示。使用带有和冒牌一

11、样大小的槽轮和弹簧进行夹紧，夹紧力不大，可是弹簧使用不方便且可能使用时间 太短。方案二：使用凸轮推杆机构进行夹紧方案二是利用凸轮加紧。当凸轮的远休端于挡板接触时夹具处于 放松状态，当工件的近休端转到于挡板接触的时候， 夹具处于夹紧状 态。加工完毕后，凸轮到达远休止，工件脱落。和方案一相比，夹紧精确可靠，使用时间久，所以在最终方案中 我们选用方案二。3）刀架同时逆向行驶系统的设计方案一如上图所示。采用一对圆柱凸轮来实现。圆柱凸轮的轮弧有最低端到最顶端的距离等于砂轮直径3mm出到工件的距离加 0.3（倒角的长度），贝y当圆柱凸轮滚子由最低端转到最顶端的是过程中，在推杆的作用下，刀具运动到工件端面并

12、完成倒角工作，当滚子 由最顶端运动到最低端时，刀具退回原来位置，完成一次加工。方案二是采用曲柄滑块机构来实现刀架的逆向行驶的方案二与方案一相比，曲柄滑块机构设计制造更简单，在减速轮 系中，方案二由于利用了曲柄滑块机构，可全部利用直齿圆柱齿轮轮 系来实现，去掉了方案一种的凸轮机构，制造更加方便。1.3相关机构的尺度综合效率计算，我们设计的倒角机是采用三组刀具同时加工，每分钟加工18件（即三组）则8小时加工的总工件个数为 18*60*8=8840件由于每分钟加工18个则，每组加工的时间是10秒。1.3.1主轴转动的计算（单位均为mm-4Jr321可用电机的主轴转速是1500m/min砂轮的转速是6

13、000/min则需要传 动比i=4的齿轮系来实现速度的转换。如上图示，Z1=Z3=40,Z2=Z4=20模数m=1 压力角a =20齿顶高系数ha*=1 顶隙系数c*=0.25齿轮的分度圆直径d1=d3=m X z1=40mm d2=d4=nX z2=20mm齿轮的齿顶高ha1=ha3=m x ha*=1, ha2=ha4=nX ha*=1齿轮的齿根高hf1二hf2=(h*+c*)X m=1.25,齿全高hf3二hf4=(h*+c*)X m=1.25h1=h2=(2ha*+c*)X m=2.25,h3=h4=(2ha*+c*)X m=2.25齿顶圆直径 da1=(z1+2ha*)X m=42

14、da2=(z2+2ha*) X m=22da3=(z3+2ha*)X m=42 a4=(z4+2ha*) X m=22齿根圆直径 df1=(z1-2ha*-2c*)X m=37.5,基圆直径齿距基圆齿距齿厚齿槽宽df2=(z2-2ha*-2c*)df3=(z3-2ha*-2c*)df4=(z4-2ha*-2c*)db3=db1=d1db2=db2=d2p二p1二p2二p3二p4二X m=17.5X m=37.5,X m=17.5X cos( a )=37.58,X co9s a )=18.79兀 X m=3.14pb二pb1=pb2二pb3二pb4二ps=s1=s2=s3=s4=e1=e2=e

15、3=e4=X cos( a )=2.95兀 X m/2=1.57兀 X m/2=1.57有以上数据可得L1=d1+d2/2+d3/2+d4=100mm则齿轮箱的高度应大于100mm取120mm 齿轮1的厚度为10mm则齿轮箱的长度可取50mm又由于三个20吃的 齿轮分度圆直径之和为60mm则可取齿轮箱的宽度为70mm伺服系统变速齿轮系的齿轮参数计算（单位均为：mm如下图Z1=20 Z2=100 Z3=20 Z4=100Z5=20 Z6=100 Z7= 20 Z8=40齿轮的分度圆直径 d1=d3=d5=d7二mz1=20d2=d4=d6=mz2=100 d8=mz8=40齿轮的齿顶高 ha1=

16、ha3=ha5=ha7=m X ha*=1ha2=ha4=ha6=mX ha*=1 ha8=m x ha*=1齿轮的齿高 hf1=hf3=hf5=hf7=(h*+c*)X m=1.25hf2=hf4=hf6=(h*+c*)X m=1.25X m=1.25hf8=(h*+c*)齿全高h1=h2=(2ha*+c*)m=h3=h4=h5=h6=h7=h8=(2ha*+c*) X m=2.25齿顶圆直径 da1=da3=da5=da7=(z1+2ha*) X m =22da2=da4=da6=(z2+2ha*)X m= 102da8=(z3+2ha*)X m= 42齿根圆直径df1=df3=df5=d

17、f7=(z1-2ha*-2c*)X m=17.5df2=df4=df6=(z2-2ha*-2c*)m=97.5df8=(z8-2ha*-2c*)X m=37.5基圆直径db1=db3=db5=db7=d1 X cos( a )=18.79db2=db4=db6=d2X cos( a )=93.97齿距db8=d8X cos( a )=37.58p二p1二p2二p3二p4二p5二p6二p7二p8二n X m=3.14基圆齿距pb=pb1= pb2二pb3二pb4二p5二p6二p7二p8二pX cos( a )=2.95齿厚s=s1=s2二s3=s4=s5=s6=s7=s8二n X m/2=1.5

18、7齿槽宽e1=e2=e3=e4=e5=e6=e7=e8= n x m/2=1.571.3.2送料机构尺寸设计及计算送料机构是通过来回往复震荡送料机构来实现， 连接送料箱的转轴到夹具的距离为30mm,设定当滑块最左端于夹具的最左端平齐时 滑块上的空与料箱的出料口重合，则曲柄滑块机构的连杆的长度为20mm加紧机构尺寸设计及计算夹具为槽轮，在圆盘上开有直径是5mm勺半圆柱空槽，其 夹具的宽度等于工件的长度10mm,夹具直径为30mm用凸轮来实现工件 的加紧。凸轮的远休端的直径是 32mm而转轴到夹具的距离是 30mm则凸轮应于夹具下侧的挡板相连接，挡板到夹具左侧的距离是32-30=2mm其中凸轮的近

19、休端为27mm凸轮上有一凸轮槽，凸轮槽的宽度设定为5mm深度设定为4mm上有一直径是4.5mm的滚子, 滚子的高度是4mm滚子上有一推杆，推杆与夹具最左侧相连。凸轮 槽外轮缘到凸轮外缘的距离是5m（设计给定度），则推杆的长度是2.5+5-2=5.5同时凸轮的厚度给定为10mm刀架逆向行驶装置的尺寸的给定及计算当曲柄与连杆同一直线上（且不重叠）时，砂轮直径3mm处到工件端面的距离是20mm可知，当曲柄与连杆在同一直线（重叠）时,砂轮与工件最近，即加工阶段，设曲柄的长度是a则2a=20+0.3的 a=10.15mm给定刀砂轮直径 3mm处到砂轮齿轮箱的表面的距离为 10.15则连杆的长度为：L=2

20、0+10.15+5-10.15=25mm.两曲柄关于中间夹具的中心线对称，却两曲柄到中心线的距离为5 mm则N点到左侧曲柄的距离为30+7.5+20-15-5=37.5mm; M点到右侧曲柄的距离是 90-37.5-10=43.5mm o1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动机的机构简图如下:系统的机构简图如上，在上图中，通过齿轮1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,将电机的1500转降到曲柄所需的转速6r/min。曲柄于齿轮8固连在一起，当齿轮8转动时，带动的第二幅图的曲轴（即两曲柄） 转动带动两刀架同时逆向行驶。完成对工件的加工。但利用曲柄机

21、构也有一个缺点，那就是刀架的运行速度不平稳，易造成刚性冲击。砂轮的转速要求是6000r/min则通过齿轮箱内的变速轮系来实现。通过带动物料箱震动进行送料,利用凸轮来完成工件的夹紧，当凸轮有近休端转向元休端的过程中,在推杆以及凸轮外缘的推力作用下，完成对工件的夹紧，当加工时,凸轮恰好转到近休端，在加工过程中工件会始终处于夹紧状态。当加工完成时，凸轮恰好由近休端转向远休端, 工件自动脱离夹具。在设计上在夹具的下侧还应加一个斜面， 这样就 可以使工价脱离加工机械，不然会掉到曲轴上，损伤工件，以及机器。1.5课程设计体会及建议此次的课程设计花费了我们三人近六周的时间，从开始草案提 出，到后面的初步展示，方案优化，直至最后的书面成型，期间我们 经历了很多。课程设计不同于平时的作业，它不仅要求理论知识的掌 握，同时还考验我们的思维与阅历。它不再是闭门造车式的死记硬背, 而是要集思广益，灵活变通。总有种感觉，课本上的知识能用上的总是很少， 只要努力地记忆 就能掌握，但这次课程设计却总给