平尺刻线机(湖大课程设计).doc

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1、目录1.设计题目及机器功能 32设计要求 3 3执行机构方案选型设计 44机构设计 85.三维动画模拟仿真及机构运动线图 146传动系统方案设计 177运动分析 19 8运动循环图 259结果分析总结 2610主要参考资料 2711.工作分工 27 平尺刻线机运动方案设计1.功能要求：平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求为每隔毫米刻一条线，刻线长度有8毫米、6毫米、3毫米三种类型。第一次刻线长度为8毫米，后四次刻线长度为3毫米，第五次刻线长度为6毫米，第六至第九次刻线长度为3毫米，第十次刻线长度为8毫米，以后依此类推。 2.运动要求：实现 “抬刀刻线抬刀刻线”的运动。3.功能分析：刻线机主

2、要由抬刀机构、刻线机构以及进给机构三部分组成。抬刀机构用于刻线时将刀具压下，刻线完成之后，通过弹簧使刀具自动抬起，避免磨损；刻线机构用于控制刻线及刻线长度；进给机构用于控制刻线间隔。进给过程要求有急回特性。2.设计要求1. 选定题目方案2. 至少提出三种传动方案，然后进行方案分析对比，选出一种传动方案进行设计（含多种方案简图比较与评价说明）3. 机构设计设计传动系统中各机构的运动尺寸，并绘制处推包机的机构运动简图4. 5. 传动方案设计（包括电机选型）6. 机构运动分析分析（解析法）数学模型，源程序（语言不限），7. 制定机械系统的运动循环图8. 设计总结3. 执行机构方案选型设计机构简图及评

3、价：传动机构：方案（1） 曲柄摇杆机构与外棘轮组合机构，通过右面的棘轮把间歇的转动传递出去。 机构评价：优点：结构简单，传力较小，运动灵活，利用曲柄摇杆机构可实现右轮的往复转动。缺点：结构简单但不紧凑，输出无法改变，因为左轮转动副的偏心距已经确定。方案（2） 简单的槽轮机构就可以实现间歇的转动，带动丝杆间歇转动，来实现工作台的间歇进给机构评价：优点：同样具有结构简单，传力较小，运动灵活的优点。缺点：磨损较严重，效率较低，主动件转动一周，从动件转动角度无法改变。方案（3）是方案1的改良版，左轮中转动副的偏心距可以改变，使工作台每次间歇进给的距离实现可控，这样工作台每次进给一毫米成为可能，并且下轮

4、中采用内槽轮机构，使机器机构紧凑，安全，寿命长。机构评价：优点：采用内槽轮机构，使机器机构紧凑，安全，寿命长；工作台每次间歇进给的距离实现可控。缺点：机构略显复杂。对机构进行比较： 只有第三个方案能较好的实现对传动系统的功能要求，且结构紧凑，复杂度也可以接受，所以选第三个方案。执行机构：工作行程与进给行程时间比设定为3/2。方案（1）：刀具工作台下的圆柱体实现匀速转动，在圆柱外表面开槽，通过槽位置的设定和工作台下杆和槽的配合实现可控的往复运动和其急回特性，上图就为展开的圆柱外圆槽曲线。 机构评价：优点：结构简单且可实现可控往复运动的功能要求，且有急回特性。缺点：此方案需要的圆柱体较大，效率低，

5、磨损问题较为严重，运动过程中可能会出现卡死现象，较为危险。方案（2） 牛头刨床可实现有急回特性的往复运动，本方案是通过改变其滑块偏心距的方式其往复运动实现可控，类似于自行车后轮车闸的设计，通过闸线控制滑块偏心距。1盘在刀具工作台往复运动一次后会转动一个角度，带动2盘转动一个角度，闸线末端连接一个顶针定向2盘内槽，通过2盘内槽的设计可实现其可控往复运动，下图2盘为经过设计后的内槽曲线，基本形状是圆，四个90度方向凹进去一些，上下两个凹的多些，左右凹进少些，两两对应相等，且一盘每往复运动一次转动18度。 优点：结构略有些复杂，但还可以接受，实现了可控的往复运动，特别是能较好的实现往复运动中的急回特

6、性。缺点：在转动过程中，闸线末端需要不断转动来避免扭曲，闸线磨损严重，且闸线一旦磨断，后果很严重，2盘上的顶针不易固定，结构小但受力大，易于磨损，寿命短。综上，此方案不适宜用于工业生产实际需要。方案（3） 采用塔轮结构：刀具工作台往复运动一次，带动上轮转动9度，上轮是具有40齿的齿轮。上轮带动下图最左边的轮转动，最左短的轮外圆有凹槽，刀具工作台具有与之对应的顶针，使刀具工作台往复运动实现可控。 塔轮截图1 塔轮截图2优点：结构紧凑，可精确实现有急回特性的可控往复直线运动。缺点：略为复杂，需要设计凸轮。运动方案比较：（1）（2）结构简单，运动灵活，可实现行程较大的有急回特性的可控往复直线运动，但

7、从动件间压力较大，易磨损 ，误差大，且较危险。（3）结构更加紧凑，传力小，运动灵活的优点，可完美实现工作要求，凸轮机构也可精确实现其急回特性。尽管凸轮设计制造相对较为复杂，但综合考虑后我们选择了（3）方案。抬刀机构：由于抬刀运动较为复杂，需要用凸轮机构保证刀具的精确运动。 凸轮机构抬刀凸轮 4.机构设计（步骤与尺寸设计）机构选用：功能执行机构工艺动作执行机构进给刀具抬刀急回进给摆杆凸轮顶尖凸轮滑台 杠杆塔轮刻线刀具低头刻线回程摆杆凸轮顶尖凸轮滑台杠杆塔轮1 刀具运动轨迹如图：AB=9.981mm，刀具移动水平距离AC=16.6mm,刀具轨迹竖直高度AD=3.926mm，刀具刻线深度1mm。 刀

8、具运动轨迹曲线示意图2 .实现往复运动的凸轮设计，要求刀具工作台往复运动具有急回特性。凸轮基圆半径20mm，工作行程10mm，要求进给与刻线2/3的急回特性，则在144度时达到最大行程，利用第三个样条曲线得到不同位置的凸轮半径值。并设计出凸轮3：抬刀凸轮的设计： 抬刀凸轮根据实际的工作要求设计一些基本尺寸，轴心高度及两轴线水平距离。摆杆的设计刀尖：通过作图法得到在不同位置时刀具摆杆的角度值： 角度计算截图1：刻线0.6s对应的角度值（与水平夹角）0度，4.60度，4.60度，4.60度，4.60度，4.62度，4.62度。2：抬刀进给0.4s对应的角度值（与水平夹角）4.62度，0度，0度，0

9、度，0度。再像上图所做的那样得到不同角度对应的凸轮半径。有1.75mm的偏移量是因为摆杆有3.5mm的厚度。并最终拉伸成型。4：塔轮的设计：40齿的齿轮使用标准齿轮作出来的，而后面的带槽的轮的设计图纸：其他如工作台，轴，两凸轮水平距离的设计都是根据实际工作需要进行设计，不再赘述，如有需要，可以另行加上。5.三维动画模拟仿真（见附件）及运动线图推包机送给机构运动仿真图如下：软件形成的刀具轨迹图：平尺刻线机构刀尖的运动线图： 水平位置运动线图 竖直位置运动线图 水平速度运动线图 竖直速度运动线图 水平加速度运动线图 竖直加速度运动线图这里主要分析两个位置运动线图，在水平位置线图中其高度比为10：5

10、：5：5：5：8：5：5：5：5，分别减去2可达到要求的8：3：3：3：3：6：3：3：3：3比例值，且分布齐整，运动平稳。在竖直位置线图中，高低直线的长度比2：3，完美实现了要求的急回特性。综上运动分析，此机构运动符合设计功能和要求。6传动系统方案设计关于传动比例的计算：驱动件采用电动机，由于电动机频率为1440r/min，而推头工作循环为6s/次，相对说速率差别较大，需要在电动机与执行装置之间添加减速器。电动机处于下方，可保持重心在下，运转平稳，在于齿轮减速器之间安放皮带轮，可使运转平稳，起到缓冲作用，缺点在于皮带易磨损，寿命不长。由于工作循环为6s/次，所以主轴的转速为10r/min，而

11、电动机为1440r/min。若以大小带轮直径比为1：2，则齿轮传动器的传动比为i=72。传动时，另涡轮与凸轮共轴线且相对固定即可。具体如下图 传动系统机构简图电动机转速为1440r/min ，齿轮z=20，z=40，i=z/z=2, 皮带轮d/d=2 .，所以当传到齿轮1的时候n=1440/2=720r/min.又有蜗杆齿数z=1,蜗轮齿数z=36再由i=n/n=zz/zz=40*36/20=72所以n=10r/min ,即生产率达到10r/min ,满足要求。齿轮机构的计算（=20,z=40,m=3,=20,h*=1,c*=0.25）d=m*z=60mm d=m*z=120mmd=dcos2

12、0=24.48mmd=dcos20=48.97mmd=m(z+2ha*)=66mmd=m(z+2ha*)=126mmd=m(z-2ha*-2c*)=52.5mmd=m(z-2ha*-2c*)=112.5mm 推包机送给机构简图将传动系统加上得到完整的机构简图如图所示（如果齿轮再采用高度变位齿轮传动方案（x=x+x=0）,这样既可以减少机构尺寸，还可以提高承能力，改善磨损情况。此方案的传动系统采用三级减速机构，第一级为带传动，第二级为齿轮传动，第三级为涡轮蜗杆传动。按此种传动比分配可以获得较小的尺寸，而且结构紧凑。）7.运动循环图 刻线刀尖位移图 机构运动循环图时间0-0.1s0.1-0.4s0

13、.4-0.50.5-0.9s0.9-1.0s刀具工作台上行上行下行下行下行工件工作台进给进给静止静止进给刀具抬刀水平运动（可能在末点停留一段时间）下刀刻线（可能在起点停留一段时间）水平运动8运动分析这里的运动分析做的是第一次刻线1s内每隔0.01s100个位置点的精确计算。如读者有兴趣，可以依照相同思路进行刻10次线的1000位置分析，附录附工作台1000位置数据。图为粗略的刻线刀尖轨迹 其中：0-0.1s，刀具摆杆由与水平位置呈4.62度，匀速转至0度。0.1-0.4s， 刀具摆杆水平运动，刀尖水平前进。0.4-0.5s，下刀从0度转到4.60度0.5-0.8s，刻线，刀尖水平运动。0.8-

14、1.0s，刀具摆杆从4.60度匀速转至4.62度，其中前一半依旧刻线。转角线图以底座右端面为y轴，向下为正，刀具摆杆摆动中心竖直位置所在水平线为y轴，向右为正，交点为原点。刀尖的x轴坐标是由工作台水平位移和杠杆机构的水平位移叠加而成。先对刀具工作台的运动进行确定： 工作台位置线图（只表示趋势，数值未处理）杠杆水平位移x=95.4149*cos（a）,a为刀尖和杠杆中心连线与水平线夹角，夹角值可由上页中的已知条件轻松得到，用matlab进行循环确定水平位移值x.再进行叠加得到水平位移值。竖直位移值直接由y=95.4149*sin（a）得到，单位（mm）:时间 ( s )p1.1 ( mm )工作

15、台杆x轴刀具x轴刀具y轴0-270045.3845.3883.930.01-270.0150.0154.61E+0146.0658.36E+010.02-270.0620.0624.67E+0146.7828.32E+010.03-270.1380.1384.74E+0147.5288.28E+010.04-270.2450.2454.81E+0148.2958.24E+010.05-270.3810.3814.87E+0149.0918.20E+010.06-270.5450.5454.94E+0149.9158.17E+010.07-270.7370.7375.00E+0150.7578.

16、12E+010.08-270.9550.9555.07E+0151.6358.09E+010.09-271.1981.1985.13E+0152.5188.04E+010.1-271.4641.4645.20E+0153.4648.00E+010.11-271.7531.7535.20E+0153.7538.00E+010.12-272.0612.0615.20E+0154.0618.00E+010.13-272.3882.3885.20E+0154.3888.00E+010.14-272.732.735.20E+0154.738.00E+010.15-273.0873.0875.20E+01

17、55.0878.00E+010.16-273.4553.4555.20E+0155.4558.00E+010.17-273.8333.8335.20E+0155.8338.00E+010.18-274.2184.2185.20E+0156.2188.00E+010.19-274.6084.6085.20E+0156.6088.00E+010.2-27555.20E+01578.00E+010.21-275.3925.3925.20E+0157.3928.00E+010.22-275.7825.7825.20E+0157.7828.00E+010.23-276.1676.1675.20E+015

18、8.1678.00E+010.24-276.5456.5455.20E+0158.5458.00E+010.25-276.9136.9135.20E+0158.9138.00E+010.26-277.277.275.20E+0159.278.00E+010.27-277.6127.6125.20E+0159.6128.00E+010.28-277.9397.9395.20E+0159.9398.00E+010.29-278.2478.2475.20E+0160.2478.00E+010.3-278.5368.5365.20E+0160.5368.00E+010.31-278.8028.8025

19、.20E+0160.8028.00E+010.32-279.0459.0455.20E+0161.0458.00E+010.33-279.2639.2635.20E+0161.2638.00E+010.34-279.4559.4555.20E+0161.4558.00E+010.35-279.6199.6195.20E+0161.6198.00E+010.36-279.7559.7555.20E+0161.7558.00E+010.37-279.8629.8625.20E+0161.8628.00E+010.38-279.9389.9385.20E+0161.9388.00E+010.39-2

20、79.9859.9855.20E+0161.9858.00E+010.4-280105.20E+01628.00E+010.41-279.9939.9935.13E+0161.315568.04E+010.42-279.9739.9735.07E+0160.648128.08E+010.43-279.9389.9385.00E+0159.962438.12E+010.44-279.8919.8914.94E+0159.261518.16E+010.45-279.839.834.87E+0158.54348.20E+010.46-279.7559.7554.81E+0157.808168.24E

21、+010.47-279.6689.6684.74E+0157.057828.28E+010.48-279.5689.5684.67E+0156.291428.32E+010.49-279.4559.4554.61E+0155.509018.36E+010.5-279.339.334.54E+0154.711648.39E+010.51-279.1939.1934.54E+0154.574648.39E+010.52-279.0459.0454.54E+0154.426648.39E+010.53-278.8868.8864.54E+0154.267648.39E+010.54-278.7168

22、.7164.54E+0154.097648.39E+010.55-278.5368.5364.54E+0153.917648.39E+010.56-278.3468.3464.54E+0153.727648.39E+010.57-278.1478.1474.54E+0153.528648.39E+010.58-277.9397.9394.54E+0153.320648.39E+010.59-277.7237.7234.54E+0153.104648.39E+010.6-277.57.54.54E+0152.881648.39E+010.61-277.277.274.54E+0152.65164

23、8.39E+010.62-277.0347.0344.54E+0152.415648.39E+010.63-276.7926.7924.54E+0152.173648.39E+010.64-276.5456.5454.54E+0151.926648.39E+010.65-276.2946.2944.54E+0151.675648.39E+010.66-276.046.044.54E+0151.421648.39E+010.67-275.7825.7824.54E+0151.163648.39E+010.68-275.5235.5234.54E+0150.904648.39E+010.69-27

24、5.2625.2624.54E+0150.643648.39E+010.7-27554.54E+0150.381648.39E+010.71-274.7384.7384.54E+0150.119648.39E+010.72-274.4774.4774.54E+0149.858648.39E+010.73-274.2184.2184.54E+0149.599648.39E+010.74-273.963.964.54E+0149.341648.39E+010.75-273.7063.7064.54E+0149.087648.39E+010.76-273.4553.4554.54E+0148.836

25、648.39E+010.77-273.2083.2084.54E+0148.589648.39E+010.78-272.9662.9664.54E+0148.347648.39E+010.79-272.732.734.54E+0148.111648.39E+010.8-272.52.54.54E+0147.881648.39E+010.81-272.2772.2774.54E+0147.658648.39E+010.82-272.0612.0614.54E+0147.442648.39E+010.83-271.8531.8534.54E+0147.234648.39E+010.84-271.6

26、541.6544.54E+0147.035648.39E+010.85-271.4641.4644.54E+0146.845648.39E+010.86-271.2841.2844.54E+0146.665648.39E+010.87-271.1141.1144.54E+0146.495648.39E+010.88-270.9550.9554.54E+0146.336648.39E+010.89-270.8070.8074.54E+0146.188648.39E+010.9-270.670.674.54E+0146.051648.39E+010.91-270.5450.5454.54E+014

27、5.926648.39E+010.92-270.4320.4324.54E+0145.813648.39E+010.93-270.3320.3324.54E+0145.713648.39E+010.94-270.2450.2454.54E+0145.626648.39E+010.95-270.170.174.54E+0145.551648.39E+010.96-270.1090.1094.54E+0145.490648.39E+010.97-270.0620.0624.54E+0145.443648.39E+010.98-270.0270.0274.54E+0145.408648.39E+01

28、0.99-270.0070.0074.54E+0145.388648.39E+011-27004.54E+0145.381648.39E+01 刀具y轴，x轴坐标变化趋势图（上为y轴） 点综合运动参数分析：由数据分析可知x轴位移符合平尺刻线机的运动要求，y轴位移大约4mm1mm,也符合1mm的刻线深度要求，结构紧凑且刀具工作台具有急回特性。综上分析，符合包装机送给机构的推头运动特性，满足机构的功能和要求。9.结果分析总结为期7周的课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，在7周的时间，我们在做课程设计的过程中都受益匪浅，收获很多。我们通过这次机械原理课程设计，学会了应用INVENTOR，CAD，SO

29、LIDWORKS，MATLAB等软件绘出了平尺刻线机构的平面图和动画，使把平时学到的机械原理理论知识有效地应用到了实际设计中，并通过平时的经验和分析计算，不断地完善我们的课程设计。同时我们小组也发现了很多问题，也在设计及计算环节出现了很多意想不到的麻烦，本来想做个最简单的，结果大概成了最麻烦的一个。对于具体尺寸未完全给定的机构，我们无法明确的给出各构件的合理尺寸，有时需要边仿真变计算边设计，运动线图的生成也产生了很多困难，MATLAB也是现学现卖，而且开始时凸轮设计思路错误，耽误了很多时间，但不管怎样，我们成功地克服了这些困难，我们圆满地完成了这次课程设计，这是属于我们的真正的一部作品。总的来

30、说，这次机械原理课程设计让我们了解了很多，也学到了很多。10.主要参考资料1.高等教育出版社 机械原理教程（第二版）申永胜主编2. 大连理工大学出版社 机械原理讲义 王德伦 高媛主编3：高媛老师给的平尺刻线机实际工作录像 清华出版11工作分工 推包机送给机构绝大部分是由俩人共同完成，其中项飞同学完成机构选型，尺寸设计的部分，仿真制作，运动分析，王恒同学完成传动部分。附录：附工作台1000位置数据时间 ( s )p1.1 ( mm )工作台0-27000.01-270.0150.0150.02-270.0620.0620.03-270.1380.1380.04-270.2450.2450.05-

31、270.3810.3810.06-270.5450.5450.07-270.7370.7370.08-270.9550.9550.09-271.1981.1980.1-271.4641.4640.11-271.7531.7530.12-272.0612.0610.13-272.3882.3880.14-272.732.730.15-273.0873.0870.16-273.4553.4550.17-273.8333.8330.18-274.2184.2180.19-274.6084.6080.2-27550.21-275.3925.3920.22-275.7825.7820.23-276.16

32、76.1670.24-276.5456.5450.25-276.9136.9130.26-277.277.270.27-277.6127.6120.28-277.9397.9390.29-278.2478.2470.3-278.5368.5360.31-278.8028.8020.32-279.0459.0450.33-279.2639.2630.34-279.4559.4550.35-279.6199.6190.36-279.7559.7550.37-279.8629.8620.38-279.9389.9380.39-279.9859.9850.4-280100.41-279.9939.99

33、30.42-279.9739.9730.43-279.9389.9380.44-279.8919.8910.45-279.839.830.46-279.7559.7550.47-279.6689.6680.48-279.5689.5680.49-279.4559.4550.5-279.339.330.51-279.1939.1930.52-279.0459.0450.53-278.8868.8860.54-278.7168.7160.55-278.5368.5360.56-278.3468.3460.57-278.1478.1470.58-277.9397.9390.59-277.7237.7

34、230.6-277.57.50.61-277.277.270.62-277.0347.0340.63-276.7926.7920.64-276.5456.5450.65-276.2946.2940.66-276.046.040.67-275.7825.7820.68-275.5235.5230.69-275.2625.2620.7-27550.71-274.7384.7380.72-274.4774.4770.73-274.2184.2180.74-273.963.960.75-273.7063.7060.76-273.4553.4550.77-273.2083.2080.78-272.966

35、2.9660.79-272.732.730.8-272.52.50.81-272.2772.2770.82-272.0612.0610.83-271.8531.8530.84-271.6541.6540.85-271.4641.4640.86-271.2841.2840.87-271.1141.1140.88-270.9550.9550.89-270.8070.8070.9-270.670.670.91-270.5450.5450.92-270.4320.4320.93-270.3320.3320.94-270.2450.2450.95-270.170.170.96-270.1090.1090

36、.97-270.0620.0620.98-270.0270.0270.99-270.0070.0071-27001.01-270.0310.0311.02-270.1220.1221.03-270.2720.2721.04-270.4770.4771.05-270.7320.7321.06-271.0311.0311.07-271.3651.3651.08-271.7271.7271.09-272.1092.1091.1-272.52.51.11-272.8912.8911.12-273.2733.2731.13-273.6353.6351.14-273.9693.9691.15-274.26

37、84.2681.16-274.5234.5231.17-274.7284.7281.18-274.8784.8781.19-274.9694.9691.2-27551.21-27551.22-27551.23-27551.24-27551.25-27551.26-27551.27-27551.28-27551.29-27551.3-27551.31-27551.32-27551.33-27551.34-27551.35-27551.36-27551.37-27551.38-27551.39-27551.4-27551.41-27551.42-27551.43-27551.44-27551.45-27551.46-27551.47-27551.48-27551.49-27551.5-27551.51-27551.52-27551.53-27551.54-27551.55-27551.56-27551.57-27551.58-27551.59-27551.6-27551.61-27551.62-27551.63-27551.64-27551.65-27551.66-27551.67-27551.68-275