圓盤刻線機-機械原理課程設(shè)計說明書

1、河北工業(yè)大學(xué)機械原理課程設(shè)計說明書河 北 工 業(yè) 大 學(xué)機械原理課程設(shè)計設(shè)計說明書作 者： 劉昭 學(xué) 號： 140566 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 班 級： 機電142 題 目： 圓盤刻線機 同 組 人： 趙洪飛 指導(dǎo)教師： 張換高 2016年 6 月 25 日摘 要 題 目： 圓盤刻線機的設(shè)計 摘要：機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面、系統(tǒng)鞏固和加深機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過此次設(shè)計，學(xué)習(xí)機構(gòu)運動方案的確定，培養(yǎng)分析向設(shè)計機械能力，以及開發(fā)創(chuàng)新的能力，以機械系統(tǒng)方案設(shè)計與擬定為結(jié)合點，進一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，明確課程設(shè)計目的、步驟，根據(jù)自己的設(shè)計題目對設(shè)計內(nèi)容進行

2、分析，確定輸入、輸出件運動形式（及功能原理分析），本次任務(wù)目標是完成圓盤的刻線，使用凸輪機構(gòu)，不完全齒輪與齒輪進行傳動，通過電動機實現(xiàn)功能。關(guān)鍵詞：機構(gòu)設(shè)計，機構(gòu)運動分析，凸輪機構(gòu)，不完全齒輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)，復(fù)雜凸輪設(shè)計河北工業(yè)大學(xué)機械原理課程設(shè)計說明書目 錄目 錄11設(shè)計任務(wù)22國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23執(zhí)行裝置方案設(shè)計23.1功能分析33.2總功能實現(xiàn)的原理33.3執(zhí)行構(gòu)件工藝動作設(shè)計分解43.4機構(gòu)型綜合53.5工作循環(huán)圖設(shè)計73.6執(zhí)行機構(gòu)尺度綜合74原動機選擇84.1原動機類型選擇84.2原動機功率和轉(zhuǎn)速確定85傳動系統(tǒng)設(shè)計85.1總傳動比計算95.2傳動比分配與傳動裝置設(shè)計（各傳動傳動比）

3、96總體設(shè)計方案106.1總體布局方案106.2總體設(shè)計方案117機構(gòu)運動分析128結(jié)論13參 考 文 獻14設(shè)計感言14 1設(shè)計任務(wù)1.圓盤刻線機主要用來實現(xiàn)自動刻線，刻線要求為每隔秒刻一條線，平尺上相鄰兩條刻線之間的圓弧所對應(yīng)的中心角度為一度，刻線長度有18毫米、13毫米、10毫米三種類型。第一次刻線長度為18毫米，后四次刻線長度為10毫米，第六次刻線長度為13毫米，第七至第十次刻線長度為10毫米，以后依此類推，圓盤毛坯的直徑為300mm，相鄰兩條刻線之間圓弧所對應(yīng)的中心角為一度。2.刻線深度為0.5mm，深度要均勻，為防止刀具磨損，要求反行程要有抬刀運動。 3.為擴大刻線機的應(yīng)用范圍，要

4、求線條長度可調(diào)（中，短長三種長度的比例可不變）。4. 每秒鐘刻一條線。5：要求刻線機在工作過程中主動軸的角速度不均勻系數(shù)<=1/40。刻線時的切削力F=1000N。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀刻線機國內(nèi)研究現(xiàn)狀：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有的刻線機上采用了激光刻線機由光刻代替機械刻劃，可在工作臺移動的情況下完成動態(tài)刻線，刻線精度大為提高，國內(nèi)比較成熟的激光刻線機廠家例如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的BVD50系列激光刻線機。刻線機國外研究現(xiàn)狀：國外現(xiàn)在有的刻線機大部分是電腦中控下的激光刻線機。例如OK-KX50A 激光刻線機采用光刻代替機械刻劃，可在工作臺移動的情況下完成動態(tài)刻線，刻線精度大為提

5、高。克服了傳統(tǒng)“照相-腐蝕”工藝費時，費力的缺點，高速、高效，一次完成刻線、字符、商標等內(nèi)容。全程電腦控制，精度高、速度快，最大限度的降低了產(chǎn)品不合格率。使用靈活方便，即可成批量生產(chǎn)，又可滿足少量加工等多種需求。絕對環(huán)保，無任何污染，是現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的主流。支持單公制、單英制、雙公制、雙英制、公英制、英公制等標新型。支持丁字型、拐角型、圓型等各種特殊量具類型。支持用戶自定義的其它非標類的平面或圓柱面的量具。速度快,刻線清晰、精度高、永不磨損。制圖方便快捷，可根據(jù)需要隨意制作各種尺寸、形狀、圖標的量具。三維數(shù)控，除主運動外其它兩維運動也是自動調(diào)整，可以快速準備的對焦，定位。對已生產(chǎn)過的型號，電腦

6、自動記憶位置及其刻線參數(shù)，以后生產(chǎn)可直接調(diào)用，不必再調(diào)焦，定位。3執(zhí)行裝置方案設(shè)計3.1功能分析圓盤刻線刻刀上下左右移動，圓盤轉(zhuǎn)動。齒輪凸輪電動機 3.2總功能實現(xiàn)的原理（1）功能元實現(xiàn)原理求解功能實現(xiàn)原理的形態(tài)學(xué)矩陣可用原理1可用原理2可用原理3可用原理4抬刀往復(fù)直線運動勻速直線運動回轉(zhuǎn)運動變速進給刻刀運動刀具直線進給 單向的間歇運動變速進給組合機構(gòu)圓盤間歇運動間歇旋轉(zhuǎn)間歇進給往復(fù)運動槽輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu) （2）系統(tǒng)總功能實現(xiàn)的原理 刻刀上下移動我們選擇的是凸輪機構(gòu)，因為凸輪可以長時間控制刀的升降高度，左右移動我們選擇的是凸輪，因為凸輪可以控制刀的進給長度，凸輪推桿機構(gòu)中，能通過凸輪的輪廓

7、曲線實現(xiàn)推程、休止、回程。推程與回程使刀具沿直線運動，休止能起到間接性的作用，從而機構(gòu)亦能達到刀具的間歇性往復(fù)運動，圓盤的間歇運動選擇的是不完全齒輪，因為不完全齒輪的性能比較好，不完全齒輪機構(gòu)可設(shè)計的參數(shù)較多，易滿足。在后續(xù)設(shè)計過程中，對凸輪的設(shè)計是比較難的，由于要控制刀的進給長度，凸輪要設(shè)計得很復(fù)雜，這對畫圖要求很高，不完全齒輪與齒輪的傳動比也要進行精密的計算。不完全齒輪機構(gòu)和普通齒輪機構(gòu)的區(qū)別，不僅在從齒輪的分布上，而且在嚙合傳動中，當(dāng)首齒進入嚙合及末齒退出過程中，齒輪并非在實際嚙合線上嚙合，因此在此過程中不能確保定傳動比傳動。由于從動輪每次轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，故存在剛性沖擊。

8、若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進給的下層工作臺相連，則會造成較大的進給誤差。凸輪與推桿的接觸為先接觸，而刻線是刀具收的力比較大，凸輪壓力大，易磨損?；谝陨峡紤]，采用凸輪機構(gòu)組合齒輪機構(gòu)完成刻線和抬刀動作。此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。3.3執(zhí)行構(gòu)件工藝動作設(shè)計分解1.通過齒輪帶動凸輪，凸輪控制刀具的上下直線移動 2.間歇性齒輪使圓盤達到間歇性旋轉(zhuǎn)運動的狀態(tài)3.刻線凸輪使刀具完成進給運動3.4機構(gòu)型綜合（1）各執(zhí)行構(gòu)件運動的實現(xiàn)機構(gòu)求解執(zhí)行機構(gòu)形態(tài)學(xué)矩陣可用原理1可用原理2可用原理3可用原理4抬刀運動平底凸輪機構(gòu)斜平臺曲柄滑塊機構(gòu)步進電機進給機構(gòu)刻刀運動凸輪機構(gòu) 棘輪伺服電機進給機構(gòu)組合機構(gòu)圓盤間歇運動

9、槽輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)伺服/舵機（2）機構(gòu)型綜合抬刀和刻線選擇的是凸輪機構(gòu)，圓盤旋轉(zhuǎn)選擇的是不完全齒輪機構(gòu)刻線凸輪設(shè)計方法：先設(shè)置凸輪基圓半徑，注意不能太大也不能太小導(dǎo)致凸輪不好設(shè)計，這里凸輪半徑取80mm，利用反轉(zhuǎn)法由刀具的進給量反求凸輪外輪廓。反轉(zhuǎn)法求凸輪廓線設(shè)計好的凸輪相同的，抬刀凸輪使用一個凸起的設(shè)計，要求推程和行程占一個工作周期的一半，很容易就可以得到。3.5工作循環(huán)圖設(shè)計抬刀凸輪不抬刀抬刀刻線凸輪進刀退刀工作臺停止旋轉(zhuǎn)曲柄轉(zhuǎn)角 0° 180° 360°3.6執(zhí)行機構(gòu)尺度綜合1刻線凸輪傳動齒輪Z=50 W=/5 m=2 d=1002抬刀凸輪W=2

10、 m=2 3不完全齒輪z=36 W=2 3齒 m=1 d=364圓盤齒輪z=180 W=/15 m=1 d=1805主斜齒Z=24 W=2 m=1 d=246副斜齒Z=24 W=2 m=1 d=247 刻線凸輪基圓90mm8 抬刀凸輪基圓20mm4原動機選擇4.1原動機類型選擇可選電動機（有電的條件下）（交流、直流、控制電機）、柴油機和汽油機（野外作業(yè)）、液壓馬達和液壓缸（大功率、大載荷，需附帶液壓系統(tǒng)）、氣動馬達和汽缸（需壓力氣源）。根據(jù)電動機的電源種類，工作條件，工作時間的長短，載荷條件以及過載情況等條件來選擇Y型三相異步電動機Y132M-4.直流電機n=1440r/min4.2原動機功率

11、和轉(zhuǎn)速確定每秒刻一條線，刻線圓盤轉(zhuǎn)一圈刻十條線，w=/5，抬刀凸輪w=2 主動軸轉(zhuǎn)速n=60w/2=60r/min=1r/s電動機轉(zhuǎn)速n2=24*n=1440r/minP=F*V切削力F=1000N 抬刀阻力F=200N刻線刀刻線速度：36mm/s圓盤刻線刀抬刀速度：60mm/s刻線機圓盤轉(zhuǎn)位速度：19mm/s根據(jù)已知條件可以計算出工作機的各部分輸出功率：刻線刀移動的功率：P1=F1*V1=1000*36/1000=36W抬刀桿抬刀的功率：P2=F2*V2=200*60/1000=12W圓盤轉(zhuǎn)動的功率：W=J*w2/2 W=Pt P=912w P3=912*1/12+91.2*11/12=15

12、9.6w電動機輸出功率：P總=P1+P2+P3=36+12+159.6=207.6W為了計算電動機的所需功率P，先要確定從電動機到工作機之間的總效率。查表可知傳動裝置中每對運動副的效率選擇如下：類型 數(shù)量效率凸輪滾子2個1=0.98滾動軸承7個2=0.98圓柱齒輪12個3=0.98斜齒輪2個4=0.9摩擦傳動2個5=0.9則傳動裝置的總效率為：=0.429電動機所需的功率為：P=P總/=207.6/0.429=484W5傳動系統(tǒng)設(shè)計5.1總傳動比計算1刻線凸輪Z=50 W=/5 2抬刀凸輪W=2 3不完全齒輪Z=36 W=24圓盤齒輪Z=180 W=/155主斜齒Z=24 W=26副斜齒Z=2

13、4 W=2 I21 =10 I34=Z4/Z3=305.2傳動比分配與傳動裝置設(shè)計（各傳動傳動比）把總傳動比分配到各級傳動，畫出傳動系統(tǒng)示意圖，并標明傳動比。各種傳動的性能、傳動比范圍和效率如圖。 不完全齒輪傳動裝置I=30 電機皮帶輪減速裝置I=24凸輪傳動裝置I=106總體設(shè)計方案6.1總體布局方案6.2總體設(shè)計方案占用空間大小約為55×55×55cm7機構(gòu)運動分析抬刀凸輪：進刀凸輪： 圓盤旋轉(zhuǎn)： 刀具退刀上抬動作 刀具退刀下落動作 進刀速度 抬刀凸輪速度曲線：8結(jié)論本機構(gòu)設(shè)計通過應(yīng)用兩個凸輪實現(xiàn)刻線機的刀具按特定的規(guī)律運動，傳動方面應(yīng)用傳動性能優(yōu)良的齒輪組，經(jīng)過變速，

14、使各個執(zhí)行機構(gòu)按照需要的速度運轉(zhuǎn)，分別帶動抬刀凸輪、刻線凸輪和不完全齒輪運動，完美的實現(xiàn)了刀具的進刀，退刀和抬刀運動。通過增加齒輪組，在傳動比不變的情況下，減小了齒輪的直徑，縮小了軸與軸之間的距離，節(jié)省了機構(gòu)的空間。使用帶輪傳動使電動機轉(zhuǎn)速降低到使用轉(zhuǎn)速，同時對電動機進行過載保護。使用軟件畫三維立體圖使結(jié)構(gòu)變得一目了然，對結(jié)構(gòu)的認識更加全面，尺寸的設(shè)計更加合理，使機器效率達到最大。 機器的空間可以充分利用，節(jié)省了成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 圓盤刻線機代替了以往的人工作業(yè)， 提高了機械化程度及生產(chǎn)效率， 節(jié)省了人力及時間， 改善了人們的作業(yè)環(huán)境。 

15、;本設(shè)計采用巧妙的應(yīng)用凸輪機構(gòu)控制刻線和抬刀， 用摩擦輪配合不完全齒輪機構(gòu)完成定時、定量的進料動作，結(jié)構(gòu)簡單不復(fù)雜，理論上達到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件。理論上本機使用價值高，經(jīng)濟效益高。個人在組中分工：刻線凸輪設(shè)計，抬刀凸輪設(shè)計，cad三視圖作圖，solidworks三維圖設(shè)計參 考 文 獻1 孫桓等. 機械原理（第八版）. 高等教育出版社，2015年 2 機械工程手冊，機械工業(yè)出版社，19973 機械原理課程設(shè)計（第二版）電子工業(yè)出版社 2013設(shè)計感言 此次的機械原理課程設(shè)計是我上大學(xué)以來持續(xù)時間最長，工作量最大的課程實踐機會。剛拿到課設(shè)題目我的心情是復(fù)雜的，一方面緊張生怕自

16、己不能在規(guī)定的時間內(nèi)做好課設(shè)。另一方面又有些激動，聽說這次課設(shè)要求與往年不同，更加接近畢業(yè)設(shè)計，激起了我認真完成課設(shè)的欲望。課程設(shè)計的要求很復(fù)雜，需要逐條分析，并且綜合考量，經(jīng)過小組分工，我們逐個確定了各個機構(gòu)的初步方案，并畫了三視圖進行驗證，經(jīng)過好幾次修改之后終于定型。雖然仍存在問題，但老師肯定了我們的整體方案。又經(jīng)過了幾次修正后，我們四個人分為兩組，兩個人畫圖，另外兩個人做方案分析和機構(gòu)計算。我使用的是cad和solidworks兩款軟件畫圖，先用cad畫出機構(gòu)的三視圖以供參考，又在solidworks中設(shè)計出各機構(gòu)的三維零件圖，最終裝配完成，并生成軸測圖，這樣我們的圓盤刻線機的畫圖部分就完成了。雖然畫圖的步驟很簡單，但實際操作起來還是與想象中有很大的不同，由