机械原理设计书

1、贵州大学明德学院机械设计明 德 学 院机械原理课程设计说明书院 系： xxxxxxx 年 级： xxxxxxxx 专 业： xxxxxxxxxxxx 班 级： xxxxxxx 学 号： xxxxxxx 姓 名： xxx 2016年x月x日目 录前言3机械原理课程设计概要 4第1章功能分析及流程分析71.1 设计要求71.2 设计原理图与功能分析71.3 功能分解81.4 各种传动装置特点91.5原动机的选择101.6传动机构的选择 13第2章 各机构的运动方案分析与设计142.1 送料机构分析142.2 加紧机构分析162.3 进刀机构分析182.4 凸轮机构分析192.5 总方案对比确定最优

2、方案202.6 系统运动转换功能图22第3章 各机构尺寸的确定183.1 工件尺寸的确定243.2拟定运动循环图243.3 送料机构尺寸的确定253.4 夹紧机构尺寸的确定263.5 传动机构尺寸的确定30第4章 总体装配图324.1 确定刀架位置324.2 确定夹紧机构位置324.3 确定推杆的长度324.4 整体的结构32第5章 设计总结及感谢34第6章 参考文献35附件一：总装图36附件二：送料机构的尺寸图37前言 机机械原理课程设计是工科院校机械类学生在大学期间利用已学过的知识和计算机工具第一次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械原理课程的一个重要的实践教学环节。机械原理

3、课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力；使学生初步掌握机械运动方案设计，并在机构分析与综合方面受到一次比较全面的训练。 随着生产技术的不断发展和人民生活水平的日益提高，机械产品种类日益增加。例如：各种金属切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备以及办公设备、家用电器、儿童玩具等。各种机械设备一般均需实现生产和操作过程的自动化，或者实现某一工艺动作过程。因此，机械设备设计首先需要进行机械运动方案的设计和构思，各种传动机构和执行机构

4、的选用和创新设计。这些新机械设备的创新设计要求设计者除了掌握各种典型机构的工作原理、结构特点、设计方法和应用场合等知识外，还要考虑如何选择巧妙的工艺动作过程来达到预定的机械功能求，如何选用或创新机构型式并组合成机械运动方案完成上述选定的工艺过程。 机械运动方案及机械运动简图设计是机械产品设计的第一步，也是决定机械产品质量水平高低、性能优劣和经济效益好坏的关键性的一步。机械原理课程设计要求针对某种简单机器（工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，其中包括机器功能分析、工艺动作确定、执行机构选择、机械运动方案评价和机构尺度综合等。通过机械原理课程设计，更为重要的是培养学生开发和创新机械的能力。

5、创新能力的培养在机械原理课程设计中占有十分重要的位置。因此，机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。 机械原理课程设计概要 锁梁自动成型机床切削机构设计一、机构说明和加工示意图锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用于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切削工艺部分，由送料机构、夹紧机构和切削进给机构组合而成。切削加工原理如图1：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位。弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回。圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4

6、的旋转运动，是工件被出圆槽、圆头和最后切断。圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次送进时，将已切削成型的工件推出工位。图1 锁梁自动成型机床切削机构加工示意图 1送料夹持器 2圆锥凸轮 3摆杆 4刀盘 5夹紧爪 6锥套 7工件二、机构设计的有关数据1、生产率: 24 件/分2、机电输入转速：n1=950 转/分3、工件尺寸：L=180 ，D1=8 ，D2=5 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面构思

7、。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

8、和进刀机构的运动循环图。 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、定位机构和进刀机构进行运动设计，绘制组合机构的机构运动简图。 5、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。 6、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、方案选择与比较、各机构类型和运动参数的选择、执行机构设计、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。五、机械原理课程设计题目数据。附表1-1.1 锁梁自动成型机床切削机构设计题目数据题目代号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10生 产 率10121518202425283032电机转速70075080085

9、09009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D1101099886655工件D2776655443.53.5齿轮模数665544332.52.5第1章 ：功能分析及流程分析1.1 设计要求设计锁梁自动成型机床，在连续的送料过程中实现机床的自动送料，自动夹紧，自动切削，自动下料的功能设计要求锁梁：图1-1-1图1-1-1所示为挂锁的一个零件，称为“锁梁”。锁梁自动成型机床切削机构的功能是将材料切削加工成扳弯前”锁梁”。（1） 连续自动生产；（2）加工质量要达到规定的技术要求；（3）机械系统运动方案应力求简单，可靠； 1.2

10、 设计原理图与功能分析图1-1-21送料夹持器 2圆锥凸轮 3摆杆 4刀盘5夹紧爪 6锥套 7工件切削加工原理如上图1-1-2：送料夹持器1将工件7送到切削加工工位；弹簧夹头的锥套6移动，使夹紧爪5将工件7夹紧，送料夹持器1即返回；圆锥凸轮2移动，使与切槽刀杆和切断刀杆相联的摆杆3摆动，开始进刀，由于刀盘4的旋转运动，使工件被切出圆槽，圆头和最后切断；圆锥凸轮2返回，摆动刀杆退刀，弹簧夹头松开工件，待送料夹持器1第二次进刀时，将已切削成型的工件推出工位。（1）在送料过程中要体现出急送慢回的现象，所以要采用四杆机构或六杆机构，在送料过程中送料机构要沿导轨做直线往复运动。 （2）刀具有相对的进刀运

11、动，满足刀具的往复切削要求。 （3）夹紧机构必须要配合送料机构，当送料时夹紧机构会松开，当返回时夹紧机构要加紧，要求夹紧机构必须能有一定的周期，并且要有相对的位置上的移动。（4）动力传送。1.3 功能分解为了实现将工件切削加工成型的形状，可将总功能分解为如下图1-3-1分功能： 1.送料功能； 2.夹紧功能； 3.切削功能。夹持送料器：做间歇直线往复运动锥套：做间歇往复直线运动夹紧爪：扩张收缩运动切刀：做摆动圆锥凸轮：往复直线运动返回夹紧松开切槽下料材料夹紧材料切削锁梁自动成型机床切削功能材料送料夹紧送料其功能逻辑图如图1-3-1所示：图1-3-1 功能逻辑图1.4 各种传动装置特点各种传动装

12、置的特点如下表1-1特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围广，传动比恒定，外轮廓尺寸小，工作可靠，效率高，制造和安装要求高，精度低。运转有噪音，无过载保护取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗摩擦能力金属切削机床，汽车，起重设备等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载

13、保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带 3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械表1-1第2章 各机构的运动方案分析与设计2.1送料机构分析 目的：工件送料功能需要采用急进慢回的往复直线移动机构来实现。（一）六杆机构 完成该功能我们可以采用六杆机构，六杆机构是将旋转运动转换为一定范围内的往复直线移动。当曲柄转动时，通过连杆使滑块实现沿导轨的往复直线运动，即可实现送料功能。下图2-1-2即为六杆机构。

14、  图2-1-2 1原动件 2、5滑块 3、4、6杆 功能：用于将旋转远动转换成有急进慢回特性的直线往复移动。特点：原动件1可以固定在一个齿轮圆盘，使其带动3旋转。滑块2始终在杆3上移动。缺点：摩擦很大，易造成机构磨损，使其寿命降低。自由度计算： n=5 P1=7 Ph=0 F=3X5-(2X7+0) =1（二）平面四杆机构 图2-1-3 1机架 2凸轮 3杆 4滑块 功能：用于将旋转远动转换成间歇特性的往复移动 工作原理：齿轮圆盘固定在机架1上，通过杆3将远动传递滑块4，滑块4在此做间歇性往复远动。特点：结构简单，稳定性能好。缺点：急进慢退性能较差。自由度：n=3 Pl=4 Ph=

15、0 F=3*3-(2*4+0)=1两者相比较，六杆机构较为合适，并且六杆机构可以随意的控制送料机构的急进慢回特性，更好的实现急进慢回的特性；四杆机构结构简单，稳定性能好，但急进慢退性能较差。因此送料机构应选用六杆机构。2.2夹紧机构分析夹紧机构所具有的功能是在送料机构送料时夹紧机构是处于松开的状态，在返回时应加紧工件进行加工，在一个周期内完成一次加紧和松开，配合送料机构完成加紧和松开。在夹紧机构中还需要和杠杆共同使用才能保证机构顺利完成各项任务。下面有三种方案可供选择，如下图2-2-1、2-2-2所示：（1） 凸轮+摇杆机构：图2-2-11凸轮 2滚子 3、5、6杆 4滑块7机架 8锥套 9弹

16、簧（2）凸轮 + 连杆机构:图2-2-2 1锥套 2、5杆 3机架 4滚子 6弹簧 7凸轮比较两种方案：这两种方案从图中可以很明显的看出不同点，3图与1图相比较，1图较好一点，1图中的机架位于6杆的中间可以保证凸轮的升程和夹紧机构的位移相同，减小了凸轮的推程，可以减小凸轮的基圆半径，减小凸轮的体积，从而达到减轻重量的目的。1图使用推杆有滚子减小了推杆和凸轮的摩擦，减小磨损，可以保证良好的传动效果。同时使用弹簧9会使杆与滚子形成的高副接触良好，并且锥套在松开时较为方便。但是，1图中也有些不足之处，就是滑块4在移动的过程中摩擦较大。而2图就不同了，它不仅具有1图所具备的优点，而且也避免了1图中所出

17、现的不足，因此2图是最优的选择。2.3 进刀机构分析进刀机构所要求的是间歇性往复直线运动，所以用到凸轮结构，保证在送料的时候不进行进刀，当加紧机构加紧时才进行切削运动，并且在最后的加工时刀具应保证道具可以连续的加工一周。如图2-3-1，大致图像参考加紧机构。 图2-3-11圆锥凸轮 2、5杆 3机架 4滚子6弹簧 7凸轮功能：将旋转远动转换为打架间歇往复远动结构和工作原理:凸轮7的旋转运动，带动推杆5的水平移动，通过滚子。4推动竖直杆2摆动，从而使得刀架间歇往复移动，实现刀架的进给功能。其中，推杆5上的两个滚子有效地减小了系统摩擦，改善了机构的传递性能，使得机构的传递效率大大的提高，弹簧6的使

18、用使得竖直杆2与凸轮形成力封闭，保证了竖直杆2的往复间歇摆动。使本机构具有良好的动力性能。综上所述，经比较可知图2-3-1所示的（凸轮 + 连杆机构）传递性能好，磨损较小，且竖直杆与凸轮通过弹簧形成力封闭，可保证刀架的间歇往复运动。2.4 凸轮机构分析一般以凸轮为主动件，作连续的回转运动或平移运动，其轮廓曲线的形状取决于从动件的运动规律。只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因而在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到了广泛运用。但是它的从动件与凸轮间为点线接触，易磨损，只适用于传力不大的场合；再者凸轮加

19、工比较困难；最后凸轮从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。凸轮关系到加紧机构和进刀结构，根据要求必须要保证两者之间保持相对的时间间距，应选择合适的基圆大小选择合适的偏移位置，以保证合适的压力角增加传动性能。具体的凸轮尺寸下文具体介绍。2.5 总方案对比确定最优方案方案一：图2-5-1方案二：（最优方案）图2-5-2方案说明： 曲柄8，滑块9，导杆10，连杆11，滑块12构成送料机构；凸轮14，滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24，夹紧套26，弹簧21构成夹紧机构；凸轮13，滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23，锥套25，弹簧22构成进给机构。 夹紧凸轮14和进给凸轮13，齿轮7，曲柄

20、8在同一轴上，齿轮5，6在同一轴上，齿轮4，3在同一轴上，空间摆放位置一致。送料功能：选用六杆机构，如图2-1-2所示。 夹紧功能：选用凸轮机构+连杆机构，如图2-2-2所示。机构简单，稳定，具有间歇特性。 进给功能：选用凸轮 + 连杆机构，如图2-3-1所示，机构稳定，运动具有确定性。工作原理说明：电机1通过皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，曲柄8通过滑块9，导杆10，连杆11，将曲柄的匀速转动转化为送料器12的往复运动；夹紧凸轮14通过滚子16，推杆19，滚子20，摆杆24将凸轮的匀速转动转化为夹紧套26的间歇往复

21、运动；进给凸轮13通过滚子15，推杆17，滚子18，摆杆23将凸轮的匀速转动转化为进给装置的间歇往复运动。其中，弹簧21和弹簧22使摆杆24和摆杆23与对应的凸轮形成力封闭，使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。推杆27和推杆28在凸轮的带动之下，从而去使摆杆24和摆杆23能够进行往复间歇摆动。2.6 系统运动转换功能图（1） 绘制机械系统运动转换功能图如下图2-6-1图2-6-1 机构系统运动转换功能图（二）形态学矩阵法创建机构运动方案功能元功能元分解（匹配机构）123减速一带传动齿轮传动蜗杆传动减速二带传动齿轮传动蜗杆传动减速三带传动齿轮传动蜗杆传动送料机构无间歇往复移动导杆机构六杆机

22、构四杆机构夹紧套的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮机构连杆机构进给锥套的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮机构连杆机构表2-1 根据机械系统运动转换功能图可构成形态学矩阵，由下表所示的形态学矩阵可求出锁梁自动成型切削系统的运动方案数为： N = 3×3×3×3×3×3= 729第3章 各机构尺寸的确定3.1 工件尺寸的确定 根据工件的长度为180mm,机床的生产率为24件每分钟，电机的转速为950转每分钟，可以算出每生产一件工件需要的时间为60/24=2.5秒。3.2拟定运动循环图根据工艺动作顺序和协调要求，可以得出送料，加紧，进刀的大概时间和角

23、度分配情况如图3-2-1：图3-2-1执行阶段运动阶段运动时间(s)分配转角(°)送料阶段送料回程0.9028s1.5972s130°230°夹紧阶段初始上升夹紧回程0.6597s0.3125s1.1805s0.3472s95°45°170°50°切削阶段初始上升远休回程0.9722s1.04167s00694s04167s140°150°10°60° 表3-1送料：进程0°- 130° 回程130°- 360°夹紧：近休0°- 95&

24、#176; 推程 95°- 140° 远休 140°- 310° 回程310°- 360°进给：近休0°- 140° 推程140°- 290° 远休290°- 300° 回程300°-340°从图3-2-1和表3-1中我们可以看出当送料还未完成时夹紧机构就开始做夹紧运动，直达下一次夹紧之前才开始松开，当夹紧机构完全加紧后才开始进刀运动。由此图可以得出三者之间的角度大小关系。3.3送料机构尺寸的确定图3-3-1如图3-3-1所示，根据工件长度L=180mm，

25、可确定滑块行程为180mm。为满足送料时有快进慢退特性，采用以上六杆机构，取曲柄1的极位夹角为72°，则行程速比系数K=(180+72)/(180-72)=2.3，极位夹角=180*（k-1）/（k+1）=71°，导杆CD长90/sin36°=153mm，给定AC=60mm，则曲柄长AB为60*sin36°=35mm，为使送料最大压力角为合适值36°，取DE垂直于工件的距离为60mm,则连杆4长为60/sin36°=102mm。计算可得出导杆3的摆动角度为108°，送料机构的最大压力角为36°，最小传动角为54&#

26、176;。综上：L=180mm DE=102mm CD=153mmAC=60mmAB=35mm 3.4 夹紧机构尺寸的确定图3-4-1如图3-4-1所示，夹紧机构采用的是凸轮连杆机构。这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0，支点3位于加紧套与推杆5竖直距离的中点处，以保证推杆5的移动距离与夹紧套的移动距离相等。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了，所以这里只要确定凸轮，设计凸轮尺寸见第三部分计算机调试机构中的凸轮形状运动调试。35进给机构尺寸计算 图3-4-2如图2-1.3所示，进给机构采用的是凸轮连杆机构。这里的推杆5与凸轮中心相对，偏心距为0，支点3位于锥

27、套与推杆5竖直距离的2/3处，以保证锥套进给距离是推杆5移动距离的两倍。而推杆5和摆杆2的长度根据实际装配要求确定，只要满足其推程确定就可以了，所以这里只要确定凸轮，设计凸轮尺寸见第三部分计算机调试机构中的凸轮形状运动调试。36凸轮的数学建模夹紧阶段凸轮设计整理此时凸轮的升程就可以确定了为25mm，基圆半径定为75mm，滚子半径10mm，选取对心凸轮则偏心距为0.根据凸轮的仿真设计。所以应选用这一项作为计算凸轮的尺寸，升程最大压力角如下图3-4-3所示： 图3-4-3回程最大压力角如下图3-4-3所示：图3-4-4最小曲率半径如下图3-4-4所示：图3-4-5运动规律图如下图3-4-5：图3-

28、4-6如下图所示的动态仿真图3-4-6：图3-4-7基圆半径：R0 =75mm滚子半径：Rb =10mm偏距：E=0mm升程：H=25 mm推程运动角：45远休止角：170回程角：50近休止运动角：95最小曲率半径：min=45mm升程最大压力角max =29.987 进给阶段凸轮设计整理3.7传动机构尺寸的确定根据表1-1可得从电机出来后一定要先经过皮带传动，可以增大主动轮到从动轮的距离，其次有利于缓和冲击，且安装和整体的结构较简单。转速为950r/min的电动机经皮带2，传到3，齿轮4传到齿轮5，齿轮6传到齿轮7，从而带动曲柄8，夹紧凸轮14进给凸轮13以相同角速度转动，进给凸轮，送料曲柄

29、同步转动。进而实现送料，夹紧，进给的功能。由于生产率为24件/分,而电动机的转速为950r/min，则i = n4/ n电= 950/24=40一级减速（皮带减速） i1= n1/n2 =5二级减速（齿轮减速） i2= n3/n4 =4三级减速（齿轮减速） i3= n3/n6 =2i = i1×i2 ×i3 =40如图3-5-2所示，轮一和轮二用皮带相连，其余为齿轮传动，模数m=4, D1=40mm, D2=200mm, Z3=Z5=20,Z4=80,Z6=40,D3=60mm,D5=60mm，D4=240mm，D6=120mm图3-5-2第4章 总体装配图4.1 整体的结

30、构刀架的位置首先应参考送料机构的位置和运动情况，送料机构的位置和运动如下： 从图中我们可以看出物块是在机架的水平左右180mm内移动，所以刀架与机架的水平位移必须要大于180mm，且刀架还要有相对的滑动，所以间歇要留的足够大，所以可以选取刀架与机架的水平位移为100mm，此时就可以把刀架的位置定下来了。4.2 确定夹紧机构位置 同理，夹紧机构与刀架也必须要保证一定的间隔，又因为夹紧机构的左右滑动位移为10mm，所以可以选取夹紧机构与刀架的水平位移为100mm，即如下图4-2-1所示 图4-2-14.3 确定推杆的长度 由表3-1可知凸轮进刀的具体参数，可知道近休止为95mm，远休止为170mm

31、，且当送料时即凸轮在近休止时夹紧机构处于松开的状态，当送料机构返回时在处于远休止时夹紧机构处于加紧状态加工工件，所以可以得出当凸轮处于远休止时L推杆+R滚子+75=265mm,滚子半径为10mm，所以可以得出推杆长度为180mm。4.4 整体的结构在安装整体尺寸图时必须要保证在送料机构返回时在处于远休止时夹紧机构处于加紧状态加工工件。图4-4-1L=180mm ， 凸轮尺寸计算过程由数学关系计算得出总装尺寸 ，由实际安装得夹紧推28杆的长度为180mm，进给推杆27的长度为180mm，18支点的尺寸为1/2总长为61.88mm。第五章设计总结及感谢十几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的