機械設(shè)計大作業(yè)

目錄:

1.1設(shè)計題目

1.2機械系統(tǒng)的方案擬定

1.2.1工作原理確定

L2.2執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計

L2.3原動機的選擇

L2.4執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計

L2.5機構(gòu)選型及組合

L2.6方案評價及優(yōu)選

1.3相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合（包括運動及動力設(shè)計和仿真）

1.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關(guān)性能分析或說明

1.5課程設(shè)計體會及建議

1.6主要參考文獻

1.1設(shè)計題目：

光纖接頭保護玻璃管的結(jié)構(gòu)與尺寸如圖3.la所示。光纖接

頭保護玻璃管被套在光纖接頭處，以保護光纖接頭。為不致?lián)p傷光纖,

保護玻璃管內(nèi)孔兩端需倒角，如圖a所示。該玻璃管內(nèi)孔兩端倒角宜

采用細粒砂輪高速磨削的工藝，以避免砂輪磨削力過大而損壞其端

口。其砂輪磨削頭的形狀如圖b所示。由于其用量很大，故需設(shè)計一

臺專用自動倒角磨削裝置來加工。

a)

圖3.1

設(shè)計技術(shù)要求如下：

1）保護玻璃管在倒角之前處于散堆狀態(tài)，磨削時需自動整理并

逐個送料，故需配套設(shè)計自動送料機構(gòu)。

2）保護玻璃管磨削時需自動夾緊，但夾緊力不宜過大，以免造

成玻璃管損壞。為了減小對其夾緊力，應(yīng)采用兩套砂輪磨頭，并沿軸

向相對布置，相向進給，反向旋轉(zhuǎn)，使兩磨削力得以平衡，實現(xiàn)兩端

□同時磨削并自動定位。要求兩砂輪的轉(zhuǎn)速約6000r/min,并用兩套

微型電動機驅(qū)動分別獨立驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/mino

3）要求保護玻璃管磨削機從自動送料、裝卸與夾緊、磨削控制

等全部自動工作，并用一個電動機驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/mino

4）每班（8小時）生產(chǎn)率不低于4000件。

1.2機械系統(tǒng)的方案擬定

1.2.1工作原理確定

倒角機的伺服系統(tǒng)主要分成三部分：送料裝置，自動夾緊裝置，

以及刀架逆向行駛磨削控制裝置。送料裝置采用的是來回往復(fù)震蕩送

料機構(gòu)來實現(xiàn)，在裝料盒上開三個與毛胚軸線處截面尺寸相同的孔

（即長為10mm寬為5mm）通過來回震動，使毛胚落下。夾緊裝置用

凸輪來實現(xiàn)，凸輪遠休端與夾具接觸時，工件被夾緊，當(dāng)近休端與夾

具接觸時，在棍子推桿的拉力作用下，夾具的兩部分分開，工件從夾

具上掉落同時在加工完成時，有足夠的時間使工件從家具上掉落，避

免被夾具夾毀。使刀架同時逆向行駛控制磨削也是用過曲柄滑塊機構(gòu)

來實現(xiàn)的。

1.2.2執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計

執(zhí)行構(gòu)件為凸輪機器組合機構(gòu)，齒輪系變速機構(gòu)，由曲軸演化而

來的曲柄滑塊機構(gòu)。運用曲軸作為原動件，器直接帶動凸輪實現(xiàn)夾緊,

從而實現(xiàn)夾緊加工的同步，設(shè)計之初是利用蝸輪蝸桿實現(xiàn)大傳動比的

變速，現(xiàn)更改為齒輪系變速代替。各傳動執(zhí)行機構(gòu)關(guān)系如下:

1.2.3原動機的選擇

根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求（要求兩砂輪的轉(zhuǎn)速約6000r/min,并用兩

套微型電動機驅(qū)動分別獨立驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min；要求

保護玻璃管磨削機從自動送料、裝卸與夾緊、磨削控制等全部自動工

作，并用一個電動機驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min）采用齒輪，

改變轉(zhuǎn)速以及分路原理將齒輪電機主軸上的1500r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換

成3個轉(zhuǎn)速為6000r/min的齒輪的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)二組同步進行。

選用的電機型號:丫90L-4轉(zhuǎn)速是1500r/min,最多可使用三臺電

機，用兩套微型電動機驅(qū)動分別獨立驅(qū)動砂輪，則用最后一套微型電

機來驅(qū)動伺服系統(tǒng)。主軸轉(zhuǎn)速，伺服系統(tǒng)的速度分別是

6000r/min,6r/min0則需要齒輪系來實現(xiàn)變速。

1.2.4執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計

AnalysisDefini+ion5（位置）

400.00

350.00

300.00

250.0D

要20。.00

150.00

I00.00

50.00

0.0D

0.001.002.003.00A.005.006.007.008.009.0。10.00

時間（秒）

AnalysisDefinition5::measure4（deg）

AnalysisDefini+ion5（位置）

8.oo

6.oo

4.oo

瞿2.oo

o.oo

-2.00

-4.00

0.00I.002.003.00A.005.006.00LOO8.009.0010.00

時間（秒〕

AnalysisDefinition52:measure3（mm）

AnalysisDefinition4（位置）

0.00I.002,003.004.005.006.00LOQ8.009.0010.00

時間（秒J

AnalysisDefihitiond::measure?{mm）

各執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖如上，依次是原動桿曲軸，砂輪，和

夾具的運動循環(huán)圖。圖一是主軸即曲軸的運動循環(huán)圖，運動周期

T=10s.t圖二是砂輪在一個周期內(nèi)的位移圖，據(jù)圖可知砂輪在各時間

點的位移。圖三是夾具上一點在一個周期內(nèi)夾持方向上的位移圖，據(jù)

圖可知兩極限位置的休止。由于在加工過程中對夾具進退的速度無嚴

格限制，故凸輪設(shè)計時只考慮近休點和遠休點。

1.2.5機構(gòu)選型及組合

由于此次設(shè)計中機構(gòu)比較簡單，即運用定軸輪系實現(xiàn)1500r/min

的電動機的降速，用曲軸連桿（變形曲柄滑塊機構(gòu)）實現(xiàn)刀具的正反

行程及加工，用凸輪推桿機構(gòu)實現(xiàn)工件的加工，各機構(gòu)組合圖如下所

Zj\O

1.2.6方案評價及優(yōu)選

我們設(shè)計的光纖接頭保護玻璃管倒角機總體上分為兩大部分：主

軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，以及伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)有包括，自動送料系統(tǒng)，自動

加緊系統(tǒng)，以及刀架同時逆向行駛系統(tǒng)。而伺服系統(tǒng)的設(shè)計是倒角機

設(shè)計的難點。

1.轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的設(shè)計

由于使用要求砂輪的轉(zhuǎn)速是6000r/min,可用的電機的轉(zhuǎn)速是

1500r/min,顧需要使用齒輪系來改變轉(zhuǎn)速，以達到設(shè)計要求。

采用如上輪系，其中nl/n2=n3/n4=2則可實現(xiàn)電機1500r/min的轉(zhuǎn)

速向砂輪6000r/min的轉(zhuǎn)速的傳遞。

2.自動送料裝置

方案一的送料系統(tǒng)如上圖所示，在裝料箱的下部出口處，裝有一個類

似于兩扇門的裝置，而且兩扇門中裝有彈簧，在推桿滾子不予門板接

觸時，在彈簧的拉力作用下是關(guān)閉的，當(dāng)1凸輪由遠休端向近休端運

動的時候，裝料箱在重力的作用下向下運動，與棍子推桿接觸，推動

門板打開，完成送料任務(wù)。

方案二的送料系統(tǒng)如下圖

方案二采用來回往復(fù)震蕩送料機構(gòu)來完成自動送料，在滑塊上分別開

上長為10mm.寬為6nlm（寬度比毛胚的直徑略大，便于毛胚落下）的

槽，當(dāng)裝料箱開始震動時，則工件自動落下，完成自動送料。

通過比較方案一與方案二，我們可以很直觀的看出，方案二更具

有實用性能。首先，方案一設(shè)計復(fù)雜，制造難度大，采用凸輪實現(xiàn)裝

料箱的上下移動需要設(shè)計一系列的傳動機構(gòu)以實現(xiàn)凸輪的運作，而且

傳動不平穩(wěn)。其次，使用彈簧，彈簧過于頻繁的拉緊放松，極易超出

它的疲勞極限，造成破壞，影響機械的正常工作。方案二，主要有三

大優(yōu)點：一、震蕩送料機構(gòu)設(shè)計制造簡單。二、曲柄作為原動件與

加緊機構(gòu)的原動件連在同一根軸上，用同一動力驅(qū)動，減小了機構(gòu)的

復(fù)雜性。三、有利于實現(xiàn)精確送料，避免由于毛胚太多出現(xiàn)卡死現(xiàn)

象的出現(xiàn)。所以綜上，我們決定選擇方案二作為倒角機的自動送料系

統(tǒng)。

3.自動夾緊裝置

方案一：彈簧壓緊

方案一的機構(gòu)簡圖如上所示。使用帶有和冒牌一樣大小的槽輪

和彈簧進行夾緊，夾緊力不大，可是彈簧使用不方便且可能使用時間

太短。

方案二：使用凸輪推桿機構(gòu)進行夾緊

方案二是利用凸輪加緊。當(dāng)凸輪的遠休端于擋板接觸時夾具處于

放松狀態(tài)，當(dāng)工件的近休端轉(zhuǎn)到于擋板接觸的時候，夾具處于夾緊狀

態(tài)。加工完畢后，凸輪到達遠休止，工件脫落。

和方案一相比，夾緊精確可靠，使用時間久，所以在最終方案中

我們選用方案二。

3）刀架同時逆向行駛系統(tǒng)的設(shè)計

方案一如上圖所示。采用一對圓柱凸輪來實現(xiàn)。圓柱凸輪的輪

弧有最低端到最頂端的距離等于砂輪直徑3mm出到工件的距離加

0.3（倒角的長度），則當(dāng)圓柱凸輪滾子由最低端轉(zhuǎn)到最頂端的是過程

中，在推桿的作用下，刀具運動到工件端面并完成倒角工作，當(dāng)滾子

由最頂端運動到最低端時，刀具退回原來位置，完成一次加工。

方案二是采用曲柄滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)刀架的逆向行駛的

方案二與方案一相比，曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計制造更簡單，在減速輪

系中，方案二由于利用了曲柄滑塊機構(gòu)，可全部利用直齒圓柱齒輪輪

系來實現(xiàn)，去掉了方案一種的凸輪機構(gòu)，制造更加方便。

1.3相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合

效率計算，我們設(shè)計的倒角機是采用三組刀具同時加工，每分

鐘加工18件（即三組）則8小時加工的總工件個數(shù)為18*60*8=8840

件由于每分鐘加工18個則，每組加工的時間是10秒。

1.3.1主軸轉(zhuǎn)動的計算（單位均為nun）

可用電機的主軸轉(zhuǎn)速是1500m/min砂輪的轉(zhuǎn)速是6000/min則需要傳

動比i=4的齒輪系來實現(xiàn)速度的轉(zhuǎn)換。

如上圖示,Zl=Z3=40,Z2=Z4=20

模數(shù)m=l壓力角a=20齒頂高系數(shù)ha*=l頂隙系數(shù)c*=0.25

齒輪的分度圓直徑dl=d3=mXzl-40mm,d2=d4=mXz2-20mm

齒輪的齒頂高ha1=ha3=mXha*=1,ha2=ha4=mXha*=l

齒輪的齒根高hfl=hf2=（h*+c*）Xm=l.25,

hf3=hf4=(h*+c*)Xm=l.25

齒全高hl=h2=(2ha*+c*)Xm=2.25,

h3=h4=(2ha*+c*)Xm=2.25

齒頂圓直徑dal=(zl+2ha*)Xm=42,da2=(z2+2ha*)Xm=22

da3=(z3+2ha*)Xm=42,a4=(z4+2ha*)Xm=22

齒根圓直徑dfl=(z『2ha*-2c*)Xm=37.5,

df2=(z2-2ha*-2c*)Xm=17.5

df3=(z3-2ha*-2c*)Xm=37.5,

df4=(z4-2ha*-2c*)Xm=17.5

基圓直徑db3=dbl=dlXcos(a)=37,58,

db2=db2=d2Xco9sa)=18.79

齒距p=pl=p2=p3=p4=JiXm=3.14

基圓齒距pb-pbl=pb2=pb3=pb4=pXcos(a)=2.95

齒厚s=sl=s2=s3=s4=JiXm/2=1.57

齒槽寬el=e2=e3=e4=nXm/2=1.57

有以上數(shù)據(jù)可得Ll-dl+d2/2+d3/2+d4=100mm

則齒輪箱的高度應(yīng)大于100mm取120mm

齒輪1的厚度為10mm,則齒輪箱的長度可取50mm,又由于三個20吃的

齒輪分度圓直徑之和為60mm,則可取齒輪箱的寬度為70mm

伺服系統(tǒng)變速齒輪系的齒輪參數(shù)計算（單位均為：mm）如下圖

Zl=20Z2=100Z3=20Z4=100

Z5=20Z6=100Z7=20Z8=40

齒輪的分度圓直徑dl=d3=d5=d7=mzl=20

d2=d4-d6=mz2=100d8=mz8=40

齒輪的齒頂高hal=ha3=ha5=ha7=mXha*=l

ha2=ha4=ha6=mXha*=1ha8=mXha*=l

齒輪的齒高hfl-hf3=hf5=hf7=(h^+c*)Xm=l.25

hf2=hf4=hf6=(h*+c*)Xm=l.25

hf8=(h*+c*)Xm=l.25

齒全高

hl=h2=(2ha*+c*)m=h3=h4=h5=h6=h7=h8=(2ha*+c*)Xm-2.25

齒頂圓直徑dal=da3=da5=da7=(zl+2ha*)Xm=22

da2=da4=da6=(z2+2ha*)Xm=102

da8=(z3+2ha*)Xm=42

齒根圓直徑dfl=df3=df5=df7=(zl-2ha^-2c*)Xm=17.5

df2=df4=df6=(z2-2ha*-2c*)m=97.5

df8=(z8-2ha*-2c*)Xm=37.5

基圓直徑dbl=db3=db5=db7=dlXcos(a)=18.79

db2=db4=db6=d2Xcos(a)=93.97

db8=d8Xcos(a)=37.58

齒距p=pl=p2=p3=p4=p5=p6-p7-p8-JiXm=3.14

基圓齒距pb=pbl-pb2=pb3=pb4=p5=p6=p7=p8=pXcos(a)=2.95

齒厚s=sl=s2=s3=s4=s5=s6=s7-s8=nXm/2=1.57

齒槽寬el=e2=e3=e4=e5=e6=e7=e8=弘Xm/2=1.57

1.3.2送料及加緊機構(gòu)尺寸計算

送料機構(gòu)尺寸設(shè)計及計算

送料機構(gòu)是通過來回往復(fù)震蕩送料機構(gòu)來實現(xiàn)，連接送料箱的轉(zhuǎn)

軸到夾具的距離為30nlm,設(shè)定當(dāng)滑塊最左端于夾具的最左端平齊時

滑塊上的空與料箱的出料口重合，則曲柄滑塊機構(gòu)的連桿的長度為

20mm。

加緊機構(gòu)尺寸設(shè)計及計算

夾具為槽輪，在圓盤上開有直徑是5mm的半圓柱空槽，其夾具

的寬度等于工件的長度10mm,夾具直徑為30mm，用凸輪來實現(xiàn)工件

的加緊。凸輪的遠休端的直徑是32mm而轉(zhuǎn)軸到夾具的距離是30mm

則凸輪應(yīng)于夾具下側(cè)的擋板相連接，擋板到夾具左側(cè)的距離是

32-30=2mmo其中凸輪的近休端為27nlm。凸輪上有一凸輪槽，凸輪槽

的寬度設(shè)定為5mm,深度設(shè)定為4mm,上有一直徑是4.5mm的滾子，

滾子的高度是4nim,滾子上有一推桿，推桿與夾具最左側(cè)相連。凸輪

槽外輪緣到凸輪外緣的距離是5nlm（設(shè)計給定度），則推桿的長度是

2.5+5-2=5.5同時凸輪的厚度給定為10mm

刀架逆向行駛裝置的尺寸的給定及計算

當(dāng)曲柄與連桿同一直線上（且不重疊）時，砂輪直徑3mm處到工

件端面的距離是20nlm,可知，當(dāng)曲柄與連桿在同一直線（重疊）時，

砂輪與工件最近，即加工階段，設(shè)曲柄的長度是a則2a=20+0.3的

a=10.15mmo給定刀砂輪直徑3mm處到砂輪齒輪箱的表面的距離為

10.15則連桿的長度為：L=20++10.15+5T0.15=25mm.兩曲柄關(guān)于中

間夾具的中心線對稱，卻兩曲柄到中心線的距離為5mm則N點到左

側(cè)曲柄的距離為30+7.5+20-15-5=37.5mm；M點到右側(cè)曲柄的距離是

90-37.5-10=43.5mm0

1.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關(guān)性能分析或說明

光纖接頭保護玻璃管內(nèi)孔倒角自動機的機構(gòu)簡圖如下：

系統(tǒng)的機構(gòu)簡圖如上，在上圖中，通過齒輪1,2,3,4,5,6,

7,8,將電機的1500轉(zhuǎn)降到曲柄所需的轉(zhuǎn)速6r/min。曲柄于齒輪8

固連在一起，當(dāng)齒輪8轉(zhuǎn)動時，帶動的第二幅圖的曲軸（即兩曲柄）

轉(zhuǎn)動帶動兩刀架同時逆向行駛。完成對工件的加工。但利用曲柄機構(gòu)

也有一個缺點，那就是刀架的運行速度不平穩(wěn)，易造成剛性沖擊。砂

輪的轉(zhuǎn)速要求是6000r/min則通過齒輪箱內(nèi)的變速輪系來實現(xiàn)。通過

帶動物料箱震動進行送料，利用凸輪來完成工件的夾緊，當(dāng)凸輪有近

休端轉(zhuǎn)向元休端的過程中，在推桿以及凸輪外緣的推力作用下，完成

對工件的夾緊，當(dāng)加工時，凸輪恰好轉(zhuǎn)到近休端，在加工過程中工件

會始終處于夾緊狀態(tài)。當(dāng)加工完成時，凸輪恰好由近休端轉(zhuǎn)向遠休端,

工件自動脫離夾具。在設(shè)計上在夾具的下側(cè)還應(yīng)加一個斜面，這樣就

可以使工價脫離加工機械，不然會掉到曲軸上，損傷工件，以及機器。

1.5課程設(shè)計體會及建議

此