木地板连结榫舌与榫槽切削机的机构综合设计

1、木地板连结榫舌和榫槽切削机的机构综合 一、题目： 木地板连结榫舌和榫槽切削机的机构综合2.1、设计题目简介 木地板预制板及其上的榫舌室内地面铺设的木地板是由许多小块预制板通过周边的榫舌和榫槽连结而成，如图所示。为了保证榫舌和榫槽加工精度，以减小连结处的缝隙，需设计一台榫舌和榫槽成型半自动切削机。该机器执行构件工作过程如图所示。先由构件2压紧工作台上的工件，接着端面铣刀3将工件的右端面切平，然后构件2松开工件，推杆4推动工件向左直线移动，通过固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全长上切出榫舌或榫槽。 榫舌和榫槽切削机工艺动作图2.2、设计数据及要求榫舌和榫槽切削机设计数据木地板尺寸a&#

2、215;b×c(mm)550×60×10榫舌或槽口尺寸d×e(mm)4.5×4执行机构主动件1坐标、60、230执行构件行程、20、24、90推杆4工作载荷(N)2500端面切刀3工作载荷(N)1800生产率（件/min）70设计要求及任务：推杆在推动工件切削榫槽过程中，要求工件作近似等速运动。室内工作，载荷有轻微冲击，原动机为三相交流电动机，使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时，每半年作一次保养，大修期为3年。2.3、设计任务1、至少提出三种运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合；2. 

3、0;  确定电动机的功率与满载转速；3.    设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制机构的运动简图；4、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。5、图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。 3.1 功能要求加工过程要求连续，并且效率为70件/min，即为每件产品所需的时间是0.857s。考虑到推杆4的工作载荷和运动速度及传动效率等因素，选择的电机为三相Y90L-4型电动机，电机功率为：，转速为：配合2级减速器使用以达到设计要求的70 r/

4、min （详解见后面计算）减速比为：4.5 和4.413.2 机构工作原理切削机的工作原理分解如图3.2所示，由于要完成加工要求，3个执行机构就必须要有相同的运动周期，即必须转速相同。该系统由电动机驱动，通过减速器减速使其转速符合要求后传递给执行机构的主动件。主动件的运动通过带轮和凸轮将工件压紧，主动件的运动再通过连杆传递给铣刀把右端面切平，最后是主动件的运动通过齿轮、曲柄摇杆和连杆机构推动推杆的运动使工件向左通过成型刀把工件加工出来。图3.2工作原理分解图3.3、注意事项 当端面铣刀3向下运动，切割地板时，构件2（压板）应处于一直压住工件的状态，推杆4应在端面铣刀3的右面。 因为要实现大批量

5、的生产，端面铣刀3应该在削平工件的右端面后回到原状态，便于推杆4向左推动工件进行加工。另外考虑加工的效率，端面铣刀3削平工件2后，向上移动时，首先构件2（压板）向上移动。推杆4应同时向左移动推动木板进行加工。 当推杆4将工件全部推过固定的榫舌或榫槽成型刀，在工件上的全长上切出榫舌或榫槽后，推杆4将向右移动，退至端面铣刀3右面。 推杆4退到端面铣刀3右面后，新的工件将被放置在工作台上，构件2（压板）将向下运动将工件压住，端面铣刀3将向上运动削平工件右端面。（说明：端面铣刀固定在一个框形构件上，推杆4可穿过框形构件推动工件1运动。）四、机构的选型及其组合协调4.1连杆机构的特点 其运动副元素为面接

6、触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证机构的可靠性有利。 在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各机构的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 在连杆机构中，在连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线，其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定的工作需要。 利用连杆机构还可以很方便地改变运动的传递方向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的4.2齿轮机构的特点齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大，

7、传动功率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。4.3凸轮机构的特点结构简单、紧凑，占据空间较小；具有多用性和灵活性，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求的从动件的运动规律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。 凸轮轮廓线与从动件之间是点或线接触的高副，易于磨损，故多用于传力不大的场合。4.4 带传动机构的特点可传递运动的距离比较远；运转稳、低噪音；自身通过带打滑起过载保护；结构比较简单，设计精度要求不高；尺寸大，比较占空间；传递降速的效率比较低，理论降速为大轮半径与小轮半径比为降速比；带的寿命不长；不能准确传动（带会打滑）。五、机构的运动方案5.1 工作原理分解图

8、5.1传动机构及执行机构齿轮传动：优点传动比准确，外廓尺寸小，功率高，寿命长，功率及速度范围广，适宜于短距离。缺点制造精度要求高。主要用于传动。带传动：优点中心距变化范围广，可用于长距离传动，可吸振，能起到缓冲及过载保护。缺点有打滑现象，轴上受力较大。常用于传动链的高速端。连杆传动：优点适用于宽广的载荷范围，可实现不同的运动轨迹，可用于急回、增力，加大或缩晓行程。 缺点设计复杂，不宜高速度运动。 既可为传动机构又可做为执行机构。凸轮机构：优点能实现各种运动规律，机构紧凑。 缺点易磨损，主要用于运动的传递。主要用于执行机构。5.2 初步设计方案5.2 初步设计方案由于初步设计方案考虑的太少，还不

9、能满足设计需要，在初步达到加工的运动要求后，还要考虑构件2（压杆）在压紧工件后，构件2（压板）如果继续向下运动，将构件2将可能被破坏，所以将初步设计方案做了以下几种方案的改进：5.3 改进方案一5.3 改进方案1利用杠杆原理，端面铣刀3在向上切割工件时，工价能达到压紧的目的。缺点是：设计的弹簧机构容易坏，而且不易加工。铣刀的运动还不能满足要求。5.4改进方案二考虑到改进方案一的问题，其连接距离比较远，并且带轮的特点是运转稳、低噪音；自身通过带打滑起过载保护；结构比较简单，设计精度要求不高.故采用带轮机构是比较合适的。压紧构建所受的力比较小，并且满足运动所需的轨迹。因此选择凸轮机构。减少了弹簧机

10、构的冲击等因素的影响。对其进行了改进方案二。5.4 改进方案2由于推杆4的运动传力效果不好，而且推杆4的工作荷载较大，不能满足推杆4工作载荷2500 (N) 的要求，因此做一下的改进。采用齿轮传动和摆杆机构综合，传力效果较好，更符合设计的需要。改进后得到改进方案3。5.5改进方案三5.5 改进方案3该机构满足运动所需的轨迹，并且能够承受较大的力，故最终选择该方案，加入电动机的3级减速装置，如图。5.6 其他考虑分析在考虑机构的方案时，最初想到过用凸轮机构控制推杆4的运动，后来发现推杆4所要求工作载荷较大，传动力较大，比较推杆4的运动要求的接近匀速，虽然采用摆杆机构，没有凸轮机构的运动效果好，但

11、是齿轮和摆杆机构传动力较大，并且推程运动接近匀速，有急回特性，更符合设计要求。所以最终推杆4采用齿轮传动及摆杆机构的综合。六、机构系统运动循环图以主动轮顺时针转过的角度为参考。直角坐标式运动循环图如下：6.1 推杆、铣刀，压杆的运动循环图七、运动分析及尺寸设计7.1 电机的选择根据设计要求知，要完成设计生产要求：70 件/min，主动轮的转速应为n=70 r/min ,每加工完成一个工件所用的时间t=0.857s 根据要求，假设推杆4 的形成速度变化系数K=1.4，则：完成推程运动所用时间为： s由于要求的推杆4的行程为推杆4在推程运动的平均速度 m/s需要的功率 W根据齿轮传递的效率得，由电

12、机输出，传递到摆杆的效率为取最小传动角，由摆杆传递到推杆4的传递效率为：所以 选择电机的功率应大于或等于：根据Y系列电动机型号大全查表知：型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817应选择：三相Y90L-4型电动机，电机功率为： ，转速为：满足条件。而加工的速度为70件/min，因此其减速比为1400/70=20，介于8到40之间，需要用二级齿轮减速器，以达到所需要的输出要求。减速比

13、为：4.5 和4.417.2 机构尺寸的确定。由运动行程图可以看出：各个执行构件的运动规律，算出各个构件的尺寸。7.2.1 对铣刀执行机构的尺寸确定：图7.2 铣刀运动机构示意图考虑到机构的传动角： 这里取列出构件杆长的方程为： 得到两杆杆长考虑铣刀3的切割位置，当铣刀3在B点位于最低点时，其上端面应至少在推杆4的上面，当铣刀3在B点位于最高点时，其上端面应在工作台之下一些，设铣刀3的长度为，推杆4宽度为：5则，且所以，取因此： 7.2.3 对于推杆4的执行机构根据国家标准（GB1357-87）规定的标准模数选择的齿轮 图7.2 推杆执行机构运动示意图根据运动行程图可知：行程速比系数.因此极位夹角；根据几何位置关系有：所以：由几何关系有：在中，有，由几何关系有：所以：点坐标：（105，-64）设点坐标为（摆杆的传动角：取左极限位置时所以，点坐标为（对于推杆4，推头应该满足在当摇杆当处于最左边时位置时左端面应至少到达成型刀的刀口完位置，当摇杆当处于最右边时位置时左端面应至少在铣刀的右面。所以，设推杆4的长度为，成型刀宽度为：5 ，铣刀3的框架宽度为：10，且得：所以，取：7.2.4 对于凸轮机构： 选择基圆,根据规律，选择滚子半径动件行程,推程运动角为,远休止角,回程运动角,