湖南工业大学机械原理课程设计

湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院学院（系、部）2012~2013学年第2学期。课程名称机械原理课程设计指导教师职称教授学生姓名专业班级学号题目凉席竹片铣槽机的设计成绩起止日期2013年6月24日～2013年6月28日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸0张456机械原理课程设计设计说明书凉席竹片铣槽机的设计起止日期：2013年6月24日至2013年6月28日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2013年6月24日目录1、设计简介………………………………………2、运动方案的拟定………………………………3、最终方案机械运动示意图……………………4、凉席竹片铣槽机运动循环图…………………5、送料机构的运动分析及设计………………..6、压紧机构设计………………………………7、切削机构的运动分析及设计………………..8机械传动系统设计……………………………9、机械传动系统的齿轮间的传动比……….10、设计体会……………………………….11、参考文献……………………………….湖南工业大学课程设计任务书2012—2013学年第2学期机械工程学院（系、部）机械类专业机械班级课程名称：机械原理课程设计设计题目：凉席竹片铣槽机的设计完成期限：自2013年6月24日至2013年6月28日共1周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数1）设计竹片铣槽机的进料机构、压紧机构、进刀机构和输出机构，拟定传动系统的总体方案，一般包括带传动、齿轮传动或蜗杆传动、凸轮机构；绘制机器传动系统方案简图和运动循环图；分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，设计计算主要传动的几何尺寸；设计凸轮机构。包括确定的运动规律，选定基圆半径，绘制凸轮的轮廓曲线。2）技术参数：1、刀具用外径φ40厚2mm的锯片铣刀；2、铣刀转速为2800r/min,铣削消耗功率375W；3、进给电动机转速1440r/min,生产率100（片/min）。二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。进度安排起止日期工作内容6.24-6.25构思该机械运动方案6.26-6.27运动分析及作图6.28编写并整理设计计算说明书主要参考资料【1】朱理．机械原理［Ｍ］．2版.北京：高等教育出版社，2010.4.【2】戴娟．机械原理课程设计指导书［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2011.1.指导教师：2013年6月日一、设计简介1、设计要求：为了减轻凉席的重量，增加透风性能，需要在凉席竹片两侧的铣削出R=20mm的圆弧槽。如下图所示，两边槽深分别为8mm，以保证铣出缝隙；槽宽为2mm。刀具可用外径φ40厚2mm的锯片铣刀，铣刀转速为2800r/min,铣削功耗约为375W。进给电动机转速1440r/min,生产率100（片/min）。2、设计任务：1）、设计该竹片铣槽机的进料机构、进刀机构、压紧机构，拟定传动系统总体方案，一般应包括带传动、齿轮或蜗杆传动、凸轮机构等；2）、绘制机器传动系统方案简图和运动循环图；3）、分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，设计计算主要传动的几何尺寸；4）、设计凸轮机构。包括确定的运动规律，选定基圆半径，绘制凸轮的轮廓曲线，并校核最大压力角和最小曲率半径；5）、建立进料机构或进刀机构的运动模型并进行运动仿真分析二、运动方案的拟定2.1方案一1、工作原理凉席竹片铣槽机的工作原理简图用下图所示。当偏置曲柄滑块机构将竹片推到导槽上时，导槽两侧的铣刀开始分别对竹片进行切削。切削完一个竹片之后曲柄摇杆机构将下一个竹片推到切削地点进行切削同时将前一个竹片顶出工作范围。竹片再被曲柄滑块机构推到导槽进行切削的时候会被导槽上方的夹紧机构加紧，竹片在被切削的时候不会跑偏。方案1凉席竹片铣槽机工作原理2．工艺动作以上包括偏置曲柄滑块是进料机构、进刀机构是两个铣刀连接同一凸轮、用弹簧和小轮制成的压紧机构。此外，为了实现连续生产，需要曲柄滑块机构能够持续的送料。设计一个宽15mm、深6mm的凹槽作为移动的导槽，这样竹片按照预想的线路走。凉席竹片铣槽机按照下面四步完成工艺动作：(1)曲柄摇杆送料：可利用送料机构进行送料。(2)压紧机构：当竹片被推到工作位置上时，导槽上小轮在弹簧的挤压下压紧竹片，铣刀在加工的时候竹片不会跑偏；(3)切削机构：当竹片被推到加工位置上时，两个铣刀同时对竹片进行切削；(4)输出机构：成型的竹片被后面的竹片推出导槽。上述四个动作，压紧机构和输出动作比较简单。因此，凉席竹片铣槽机重点考虑两个机构的设计：曲柄摇杆机构（进料），切削机构。凉席竹片铣槽机的运动传递路线如图所示。运动传递路线如图运动循环图主要是确定曲柄滑块和切削机构两个执行构件电动机齿轮减速曲柄摇杆机构凸轮机构的运动的先后顺序、相位，以便进行设计、装配和调试。分析两个工艺动作，曲柄滑块的往复运动和铣刀的上下往复运动是最主要的运动。因此，这两个机构为主机构，并设定滑块在最右端为运动的起点位置，也是一个运动循环的终点位置。此时曲柄滑块机构主动件的转角为零，并以此作为运动循环图横坐标的起点，循环周期为360°。铣刀的切削运动是由一个凸轮机构控制的。铣刀的起点位置是在滑块到达最大行程时开始运动，并在下个滑块到达最大行程前完成。两个铣刀同时进刀，保证加工的准确性。被加工完成的竹片被后面的竹片推出导槽。图为凉席竹片铣槽机执行构件的直角坐标运动循环图。横坐标为曲柄滑块机构和凸轮机构主动件转角，纵坐标为凸轮的行程坐标。凉席竹片铣槽机运动循环图2.2方案二工作原理方案2凉席竹片铣槽机的工作原理可用图表示。此图导槽是左右运动的，两个铣刀是固定在导槽两侧不动的。当曲柄滑块机构将竹片推到导槽上时，由于导槽的运动铣刀开始分别对竹片进行切削。切削完一个竹片之后曲柄摇杆机构将下一个竹片推到切削地点进行切削同时将前一个竹片顶出工作范围。竹片再被曲柄滑块机构推到导槽进行切削的时候会被导槽上方的夹紧机构加紧，竹片在被切削的时候不会跑偏。方案2凉席竹片铣槽机工作原理凉席竹片铣槽机按照以下四步完成工艺过程:（1）:曲柄摇杆送料：可利用送料机构进行送料。（2）压紧机构：当竹片被推到工作位置上时，导槽上小轮在弹簧的挤压下压紧竹片，铣刀在加工的时候竹片不会跑偏；（3）切削机构：方案2中切削刀不动，当竹片被推入导槽，导槽连接凸轮，凸轮带动导槽运动，运动的导槽将竹片送到铣刀上切削（4）输出机构：成型的竹片被后面的竹片推出导槽同样在设计时由于压紧机构和输出机构比较简单，简单设计即可，因此只需设计偏置曲柄滑块机构（进料）和凸轮机构（切削）。2.3最终方案的确定以上两个方案在理论上都是可行的，但是要考虑实际造价成分，与机构复杂程度。方案一和方案二的进料机构都是采用偏置的曲柄滑块机构，其次压紧机构和输出机构都是相同的，两者设计不同的地方是切削机构，方案一中的凸轮机构设计简单，是由于需要铣刀同时运动，因此凸轮设计形状是椭圆形。而方案二凸轮形状在计算之前不能确定。相比较可以得出方案一可行性较高，采用方案一。三、最终方案机械运动示意图四、凉席竹片铣槽机运动循环图凉席竹片铣槽机运动循环图五、送料机构的运动分析及设计5.1曲柄摇杆机构的运动分析及设计（1）尺寸综合曲柄滑块机构为偏置曲柄滑块机构。已知滑块的行程为Ｈ＝40mm，行程速比系数Ｋ＝1.４，取偏距ｅ＝20mm。利用图解法设计，取比例尺μ＝１ｍｍ／ｍｍ。设计过程如图所示。作图步骤如下：①计算极位夹角3018014.114.118011KK②按冲头和脱模盘的行程Ｈ＝40mm，做出的极限位置Ｃ１、Ｃ２。作直角三角形ΔＣ１Ｃ２Ｄ。其中∠Ｃ1Ｃ2Ｄ＝60°。③作直角三角形ΔＣ１Ｃ２Ｄ的外接圆。④作与Ｃ1Ｃ2平行且相距为ｅ＝20mm的直线，与圆相较于Ａ点，即为曲柄回转中心的位置。⑤从CAD图中直接得出AＣ2＝26.39ｍｍ，AＣ1＝60.62ｍｍ，求各杆长度曲柄长度：a=（AC2-AC1）/2=17.115mm连杆长度：b=(AC2+AC1)/2=43.505mm2）运动分析对于如图所示的曲柄滑块机构，已知曲柄的转速n1=100r/min，各从动构件的运动可由下表中所列公式求出。曲柄滑块机构曲柄滑块机构运动分析连杆2滑块3转角：)sinarcsin(1122角速度：12112coscos角加速度：22212121112coscossincossin其中：beba21;位移：21coscosbaxC速度：2211sinsinbavC加速度：22222121sincoscosbbaaC六、压紧机构设计为了铣刀更好的加工工作，我们需要压紧机构固定竹片加紧机构位于导槽的上方，是由一个机架固定4个带有弹簧的小轮子，小轮子本身只可以上下运动不可以水平运动。当竹片被推到加工位置时，竹片会被小轮子压紧达到加紧效果。由于导槽宽为15mm，小轮与两边机架相离3mm,小轮和弹簧总长设计为40mm七、切削机构的运动分析及设计根据凸轮机构的位移曲线设计凸轮机构如图10所示取凸轮基圆半径为50mm，由设计要求知行程为8mm，由凸轮机构计算机辅助设计软件得：作出凸轮机构：八、机械传动系统设计从原动电机到用于送料的曲柄滑块机构，用于切削的凸轮机构采用分路传动，下图表示了所用的传动机构及传递路线电动机传动杆齿轮、蜗杆传动切削凸轮机构曲柄滑块机构（送料）九、机械传动系统的齿轮间的传动比：驱动电机的转速为1140r/min，曲柄的转速为100r/min，凸轮的转速为50r/min，蜗杆的参数确定：表1主要参数头数模数压力角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径Zmɑd=mqda=m(q+2ha*)df=m(q-2ha*-2c*)数值4420404830涡轮的参数确定；主要参数齿数模数压力角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径Zmɑd=mzda=m(z+2ha*)df=m(z-2ha*-2c*)数值50420200208190曲柄滑块齿轮传动：传动比为14.4由i56=n5/n6=z6/z5得n5=1250r/min=n4因为n2=1440r/mini24=n2/n4=z3z4/z2z3=z4/z2=144/125取Z4=144，Z2=125切削机构齿轮传动：蜗杆的参数确定：表1主要参数头数模数压力角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径Zmɑd=mqda=m(q+2ha*)df=m(q-2ha*-2c*)数值222022.426.417.4涡轮的参数确定；主要参数齿数模数压力角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径Zmɑd=mzda=m(z+2ha*)df=m(z-2ha*-2c*)数值5022010010295凸轮机构传动：传动比为28.8，i98=n9/n8=Z8/Z9得n9=1250r/min=n7n1=1440r/mini17=n1/n7=Z5Z7/Z1Z6把Z5设计的和Z6完全相同，即i17=n1/n7=z7/z1=144/125取Z7=144，Z1=125注意：由于齿轮3、5、6为过渡齿轮，不改变机构传动的传动比，因此设计时只需和相啮合的两个直齿轮之间的模数和压力角应对应相等。十、设计体会在这一周的机械原理课程设计中,在我辛辛苦苦做完课程设计后，我有很多的感触收获。在做机械原理课程设计之前我觉得很简单，不费什么事就能做完，但是当我着手做时，我发现我的认识是错的。平时学的机械原理感觉不到应用时的困难，当我真正需要应用自己所学的知识时，我发现我平常学的都是皮毛，是我对机械原理有了更深层次的理解。其次我发现在做课程设计时离不开计算机，用计算机绘图，比如CAD、ProE等制图软件必不可少，这让我明白精通制图软件是做好课程设计的前提。当然，只会