锁梁自动成型机床搬弯机构设计(机械原理课程设计)

1、 课程设计课程名称:锁梁自动成型机床搬弯机构设计学院:机械工程学院专业:机械制造及其自动化姓名:潘家荣学号:1008030390年级:2010级任课教师:戴明2013年1月18日 贵州大学机械工程学院机械原理课程设计任务书题01锁梁自动成型机床搬弯机构设计一、 机构说明和加工示意图锁梁自动成型机床加工锁梁(即挂锁上用与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工艺部分,由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。搬弯成型加工原理如下图:送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回,定位销3上升至锁梁槽内,将锁梁卡住,搬弯架4转动搬弯角度,搬弯架上的

2、滚轮6绕固定滚轮5也转过搬弯角度,将锁梁搬弯成型。然后搬弯架返回原位,定位销下降,松开工件,待送料滑块第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。6工件展开长度LD 2D 134512二、 机构设计的有关数据 1.生产率 30 件/分2.机电输入转速: n1= 1200 转/分3.工件尺寸:L= 120 D1= 5 D2= 3.5 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国构思。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

3、: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、编写总体方案设计计算机说明书。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、定位机构和搬弯机构(或进刀机构的运动循环图。(4号图3.根据生产率和电机转速,设

4、计传动系统。4.用图解法对送料机构、定位机构和搬弯机构(或进刀机构进行运动设计,绘制组合机构的运动简图。(4号图5.用计算机辅助设计对送料机构进行运动分析:(1编制计算流程框图。(2根据计算流程框图编制主程序,上机计算及打印结构6.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7.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、机构运动设计步骤、设计结构、设计结构、传动系统设计、机构运动分析计算流程框图、主程序及计算结构、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。(20页以上五、机械原理课程设计题目分配:1.凡学号末位第二

5、位数(即十位数为0、2、4的同学作锁梁自动成型机搬弯机构(即题号B1B10。2.学号末位数(即个位数为题号代号。例:学号03*28 的同学作锁梁自动成型机搬弯机构题号代号为B8的数据。附:锁梁自动成型机床搬弯机构设计题目数据(题号B1B10题目代号B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 生产率10 12 15 18 20 24 25 28 30 32 电机转速700 750 800 850 900 950 1000 1100 1200 1250 工件长度250 240 225 200 190 180 160 150 120 100 工件D1 10 10 9 9 8 8 6

6、 6 5 5 工件D2 7 7 6 6 5 5 4 4 3.5 3.5 搬弯角度200 196 195 192 190 189 188 187 186 185 齿轮模数 6 6 5 5 4 4 3 3 2.5 2.5目录第1章:设计任务的相关参数 (5第2章机构的工作原理 (6第3章:原动机及传动机构的选择 (7第4章执行机构的选择与比较 (9第5章系统方案拟定与比较 (13第6章机械系统的工作运动循环图 (16第7章机构的设计与运动分析 (18第8章机构总体方案图及原理 (24第9章凸轮参数 (25第10章机构的运动分析(PROE (26附图一:机械系统运动方案简图 .错误!未定义书签。附图

7、二:夹紧凸轮的调试结果.错误!未定义书签。附图三:搬弯凸轮的调试结果.错误!未定义书签。附图四:送料机构.错误!未定义书签。附图五:定位(锁紧机构 .错误!未定义书签。附图六:搬弯机构.错误!未定义书签。附图七:机械系统整体三维图.错误!未定义书签。课程设计小结 (40主要参考文献 (42第1章:设计任务的相关参数1.1功能要求:1、自动搬弯成型2、连续自动生产3、生产能力为30件/分4、加工质量达到规定的技术要求5、机械系统运动方案应力求简单、可靠1.2设计数据参数要求1、被加工工件直径为5mm有切削槽直径3.5mm;2、工件展开时的长度120mm;3、电机转速为1200r/min;5、生产

8、率为30件/分;6、齿轮模数为2.5。1.3各执行构件的运动参数为:1、送料机构的正行程为120mm;2、根据工件的直径设计定位(锁紧机构的竖直往复运动为5mm;3、搬弯机构的旋转角度为187度。第2章 机构的工作原理锁梁自动成型机床加工锁梁(即挂锁上用与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工艺部分,由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。搬弯成型加工原理如下图:送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回,定位销3上升至锁梁槽内,将锁梁卡住,搬弯架4转动搬弯角度,搬弯架上的滚轮6绕固定滚轮5也转过搬弯角度,将锁梁搬弯成型。然后搬弯架返回

9、原位,定位销下降,松开工件,待送料滑块第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。图:6工件展开长度 L D 2D 134512第3章:原动机及传动机构的选择3.1原动机的选择根据设计的要求可知,锁梁一般是大批量生产;从能源方面看,工厂的电源能有效地保证并充足,且有降低生产成本,便于操作,工件可靠,维修方便,应尽量选用电力驱动。从对环境影响来看,电力驱动方式所产生的污染较小,可选择电动机。从经济方面来看,电动机应满足一定的功率,防止功率过大造成浪费,过小负荷过大,使生产率达不到要求致使浪费时间。所以为了满足上诉要求,选择电压为380V转速1200转/分的交流电动机最为合适。3.2传动机构的选择与比

10、较机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。常用的传动机构有齿轮传动、带传动、链传动、螺旋传动、蜗杆传动等。他们的各自有的特点如下:蜗杆传动:传动效率低,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。皮带传动:轴间距范围在,传动比恒定;链条组成件的油膜能吸振,对恶劣环境适应能力强,工作可靠高速时没有带传动平稳,容易引起共振需设张紧和减振装置。链传动: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

11、传动有过载保护作用;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,带的寿命较短齿轮传动:传动效率高,承载能力和速度范围大;传动比恒定,采用卫星传动可获得很大传动比,外廓尺寸小,工作可靠,效率高。制造和安装精度要求高,精度低时,运转有噪音;无过载保护作用通过上几种传动装置的比较可得,减速的优先选择带传动、齿轮传动,他们的要求的传动功率不大,在满足工作的性能情况下,选用这种结构简单的传动装置,可以降低成本,节约能源。在搬弯时由于精确度要求高、转速小应选用链传动。第4章 执行机构的选择与比较4.1功能分

12、解为了实现将金属材料加工成锁梁的总功能,可将总功能分解为如下分功能:1、送料功能2、送料定位功能、工件夹紧功能3、工件搬弯功能5.2功能逻辑图送料功能 送料功能工件夹紧功 定位及夹紧功工件的搬弯功能锁梁自动成型机床搬弯机构4.2送料机构的选择与比较方案一、如图4.1,凸轮1与主轴刚性连接,主轴带动凸轮转动,凸轮使导杆2摆动,导杆2的摆动使滑块3沿杆2滑动,从而带动自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。 图4.1 图4.2方案二、采用采用锥齿轮转换主轴转速方向和曲柄摇杆机构,设计曲柄摇杆有极位夹角(60,摇杆摆动的角度一定的,摇杆带动滑块的往复运动,从而推动工件达到送料功能,返回则为空行程。选

13、择使用方案二,方案一和方案二都能实现单向送料。方案一运用凸轮导杆滑块机构,凸轮能够实现比较精准,但是传动机构成本高。方案二运用六杆机构,分别可以视为一个曲臂摇杆和一个摇杆滑块结合,没有间歇运动,但把极位夹角设计得大一些也能实现目的运动。应用方案二可以节约成本。4.3定位与夹紧机构选择与比较 图4.3 图4.4方案一:从图4.3可知,滚子推杆3在凸轮1的旋转上下移动。2是回位弹簧。滚子推杆上端是v型槽,有定位和夹紧为一体的功能。方案二:原理如图4.4,定位和夹紧分开。块6是定位块,由凸轮和连杆组合上下移动实现定位v型块4的上下移动实现夹紧。通过方案一和方案二的比较,方案一的定位和夹紧为一体,更为

14、简单,用的机构少,经济节约。同时又能够满足定位和夹紧需要。4.4搬弯机构的选择与比较 图4.5 图4.6方案一:运用的是曲柄导杆滑块机构,通过杆1的旋转使得杆3的摆动,从而由杆4传动到圆轮5的旋转。从而带动搬弯装置进行搬弯。使用这种曲柄摇杆机构,没有间歇运动。方案二:使用凸轮机构传动,原动件凸轮1的来回移动让推杆2来回上升和下降,杆3带动2杆实现摆动(2杆与大链轮刚性连接,从而带动搬弯机构进行搬弯。使用凸轮作为原动件,可保证搬弯过程中有间歇运动,当回程时复位弹簧起主导作用,让推杆复位。通过两方案的比较,方案一没有运动间歇,在实现搬弯过程中,需要在完成搬弯之后有一段间歇,使得送料机构将搬弯好的工

15、件顶出,将下一个待搬弯的工件送到工位,以待搬弯。所以,选择方案二较好。第5章系统方案拟定与比较5.1根据工艺过程确定执行构件的运动形式1、送料功能的执行构件是曲柄摇杆,它作无间歇往复移动。2、送料的定位执行构件是推杆,它的运动是间歇往复移动。3、固定机构是用带有v形槽的推杆,它的运动是间歇往复移动,能紧固工件。4、由搬弯机构的原理可知,搬弯的执行构件是滚子支架,它的运动是往复回转运动。5.2绘制机械系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式,绘制出机械系统的转换功能图电机减速1 减速2 减速3 运动分支送料夹持器无间歇往复定位杆间歇往复运动夹紧间歇往复运动搬弯滚子支架间歇往复回转运动图5.25.

16、3根据执行构件的运动形式选择机构1、送料夹持器无间歇往复移动,可选用连杆机构,组合机构(如凸轮机构+连杆机构等。2、定位间歇往复移动,同样可选用凸轮机构,连杆机构等。3、V型夹紧机构是间歇往复移动,可选凸轮机构,连杆机构等。4、搬弯头的间歇往复回转运动,可选组合机构(偏心轮+连杆机构+链传动,组合机构(凸轮机构+连杆机构+链传动等。5.4用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案根据机械系统运动转换功能图(图5.2可构成形太学矩阵(表5.3。由表5.3所示的形态学矩阵可求出锁梁自动搬弯系统运动方案数为N=2×2×2×2×2×2×2=286可

17、由给定的条件,各机构的相容性,各机构的空间布置,类似产品的借鉴和设计等,从中选出较为实际可行的方案。表5.3中用线连的是选择的最优方案。功能元解(匹配机构1 2减速1 带传动齿轮传动减速2 带传动齿轮传动减速3 带传动齿轮传动送料夹持器无间歇往复移动连杆机构凸轮+连杆机构定位杆的间歇往复移动凸轮机构连杆机构固定机构的间歇往复移动凸轮机构连杆机构搬弯滚子支架的间歇往复回转运动偏心凸轮+连杆机构凸轮+摆杆机构图5.3第6章机械系统的工作运动循环图6.1循环时间计算1、送料:已知极位夹角为=60°,即行程系数比K=(180°+/(180°-=t1/t2=2,即送料角度1

18、=120°,回程角度2=240°,即送料0°120°,回程120°360°。2、定位夹紧:定位加紧机构凸轮的远休止角度该从送料终止点到搬弯回程点,即(150°330°,定位和夹紧机构回程330°360°。3、搬弯:搬弯即从完成加紧之后开始,即150°180°,搬完机构缓停180°330°,搬完机构回程330°360°6.2 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图执行构件动作时间分配轴转角送料杆送料行程空回行程T1=2/3T2=4/31

19、=1202=240°定位夹紧定位行程工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=1/6T2=1T3=1/6T4=2/31=30°2=180°3=30°4=120°搬弯搬弯行程工作位置的停歇空回行程初始位置停歇T1=1/6T2=5/6T3=1/6T4=5/61=30°2=150°3=30°4=150°第7章 机构的设计与运动分析7.1电机向主轴传动设计与分析已知电动机主轴的转速为1200r/min,根据生产率30件/分可知,主轴的转速为30r/min 。从而可以算得传动比i=1200/30=40,从而设计三级减速

20、,如图(图7.1。从1到2是带传动,其余为齿传动,设计 满足:i=i 皮带*i 齿轮=D/d*(z2*z4/(z1*z3 =300/100*(80*150/(20*30 可有:d 小皮带轮=100;D 大皮带轮=300; z1=20, d1=mz1=50; z2=80, d2=mz2=200; z3=30, d3=mz3=75; z4=150, d4=mz4=375.=40 图7.17.2送料机构设计与分析如图7.2,送料机构是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构组成。将滑块F的终始位置FF'长度为工件长度120,主轴到工作台的长度为130, AB=30,BC=60,CD=50,曲柄连杆的极位

21、夹角为60,则用CAD画出1:1比例图。该连杆计算比较麻烦,可以用作图法求解:步骤:1、先画两条水平平行线L1、L2,且之间的距离为130(主轴到工作台的距离。2、在靠下方的直线中取一点作为曲柄AB的转动副A,已知连杆BC的距离为60,先作AB作极与水平方向的锐角夹角为20度,位夹角为60度的夹角。(直线AB+BC与直线BC-AB之间的锐角3、已知CD的长度为50,以C为原点做与水平线距离为50的直线交于水平线的点为D点。4、CD的延长线交于M、N上方水平线上两点,测量距离得MN=204.001,则有比120/204.001=EF/130,则可以得出EF的距离EF=76.47。5、复制上方的水

22、平线向下平移76.47与导杆CD延长线交于E就可以得到滑块的位置。6、标注摆杆DC的摆角为90度。 图7.27.3定位夹紧机构的设计与分析定位夹紧机构采用凸轮实现往复定位、夹紧运动,为减小摩擦,采用滚子推杆,为如图7.3,定位机构和夹紧机构合为一体,工件槽深为1.5mm,工件的直径为5,则切槽的直径为3.5,设计中设计主轴到工件下表面距离为130mm,凸轮行程最小5mm,在设计中定凸轮行程为6mm,则空行程为3.5mm,由于行程比较短,又没有急进急回运动,所以出于经济考虑,基圆定半径为45mm,则滚子+推杆=82.5,因为已知设凸轮半径为5,则杆的长度为77.5,所以如图: 图7.37.4搬弯

23、机构的设计与分析设计一个有间隙往复运动的机构实现搬弯工件,用一个搬弯滚子将工件压在一圆弧模块上,绕圆弧模块转187度,即可将工件搬成与圆弧模块半径相对应的弧型,其搬弯原理如图(图7.4。搬弯机构中搬弯滚子要完成187º转动,方能完成搬弯工作。如图中,由大链轮转动一定角度,由链条传动带动上轮转动187º使搬弯滚子完成187º转动。它们的关系满足在同时间内转动过的周长相同,所以有r=R,设置r=6mm,=60,得出比较合理大链轮半径R=18.7。因为工件的直径为5,设固定搬弯轮的内半径R=15,活动搬弯轮的半径为R=12.5,半圆槽的半径R=2.5,则大圆圆心到半圆槽

24、的半径为10,又因为工件直径为5,设两链轮之间的距离为62.5,工件圆心到大链轮的圆心距离为45,设计摆杆与大链轮刚性连接,设计摆角60度,凸轮中取基园半径为45,取得较为合理(基圆过小容易出现失真,滚子半径为5,利用作图法,作出如下图,标注得推杆的推程为26.04。作图步骤:1、作两条水平中心线L1、L2、L3,L1、L2之间的距离为130,L1与L3之间的距离为45,再作一条竖直中心线。2、在L1作直径为5的工件,搬弯工件内直径为30,搬弯角度为187度。3、如下图,在竖直中心线距离L1为32.5作直径为30的圆作为搬弯轮,再作直径为12的同心圆作小链轮。4、设置活动搬弯轮直径为25,轮中

25、搬弯半圆槽直径为5(用来固定工件,以防工件搬弯时出现偏移,所以搬弯轮内直径为20,在圆心A 处作与竖直中心线之间的角度为7度长度为30的AB直线(搬弯角度为187度,以B为圆心作直径为25的圆和直径为20的圆(虚线作出,本视图为不可见。5、如图所示,在L3与竖直中心线的交点处作直径为37.4的圆作为大连论。6、设摆杆的摆角为60度,则以大链轮圆心为起点作与L3成30度的直线作为摆杆。7、在摆杆直线量取26的点作竖直线作为推杆,由于摆角为60度,则很容易得出推杆推程为26,最后作基圆半径为45,滚子半径为5的凸轮。8、作回位弹簧、机架。 图7.4第8章机构总体方案图及原理8.1机械运动简图由前面

26、设计的传动系统、送料机构、定位(锁紧机构、搬弯机构可以组合设计出如附录一的机械系统运动简图。机械运动简图见附录(附图一8.2原理说明:电动机1200r/min,通过皮带传动进行一次减速,在经过两次的齿轮减速,使主轴转速变为30r/min。送料机构与主轴同速,带动摆杆经行杆摆动,使送料构件将工件带到搬弯位置。加紧定位机构凸轮也与主轴同速,将平底推杆向上推,使工作时达到定位和加紧工件的作用,在搬弯完成后,通过回位弹簧将推杆退回,使得工件得以被推出和下一个工件得以进入。搬弯机构通过凸轮的转动带动推杆上下运动,推杆带动摆杆上下做60度的摆动,同时带动大轮来回摆动,通过链条带动小链轮转动187°

27、;,从而实现工件的搬弯。第9章凸轮参数该机械系统需要用到的凸轮有定位(锁紧、搬弯机构,通过机械系统整体考虑,为了提高精度、减小摩擦,我设计采用滚子推杆的圆盘凸轮,设置凸轮的半径为R=45,滚子半径r=5。为了提高作图效率和精度,采用cam软件模拟设置以及计算凸轮的参数导出电子表格。然后再在proe里根据轨迹生成凸轮的实体。9.1夹紧凸轮的参数定位加紧机构凸轮的近休角度为150,远休止角度该从送料终止点到搬弯回程点,即(150°330°,定位和夹紧机构回程330°360°。凸轮类型、基本参数见附录(附图二凸轮运动规律参数见附录(附图三凸轮运动行程、速度、加

28、速度与时间关系参数见附录(附图四9.2、搬弯凸轮的参数凸轮的近休为150°,搬弯即从完成加紧之后开始(推杆推程,即150°180°,搬完机构缓停180°330°(凸轮的远休,搬完机构回程330°360°(推杆回程。凸轮类型、基本参数见附录(附图五凸轮运动规律参数见附录(附图六凸轮运动行程、速度、加速度与时间关系参数见附录(附图七第10章机构的运动分析(proe按照机械系统的功能要求,设计出该机械系统的机构简图,用三维软件pro/E画出三维零件,再进行装配,我们在装配好后并用其对机构进行运动分析。设置电机的转速为1200r/m

29、in,则通过减速后实际到达主轴的转速为30r/min,分别对送料机构、定位(锁紧机构、搬弯机构的运动的位移,速度,加速度与时间的关系分析并进行导出excel,以便分析。10.1送料机构送料机构的三维图见附录(附图八送料机构的滑块运动分析见附录:位置分析(附图九和速度分析(附图十和加速度(附图十一10.2定位机构(锁紧定位(锁紧机构的三维图见附录(附图二10.3搬弯机构搬弯机构的三维图见附录(附图十三10.4机械系统图送料、定位(锁紧、搬弯机构组合效果图见附录(附图十四整个机械的三维图附录(附图十五附录 (附图一机械系统运动方案简图 (附图二凸轮类型、基本参数 (附图三凸轮运动规律参数 (附图四凸轮运动行程、速度、加速度与时间关系参数 (附图五凸轮类型、基本参数 (附图六凸轮运动规律选择 (附图七凸轮运动行程、速度、加速度与时间关系参数 (附图八送料机构效果图 (附图九送料滑块的位移与时间分析 (附图十速度与时间的关系函数 (附图十一加速度与时间的关系函数图 (附图十二定位(锁紧机构效果图 (附图十三搬弯机构效果图 (附图十四送料、定位、搬弯机构组合效果图 (附图十五机械系统整体