凉席竹片铣槽机课程设计.docx

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凉席竹片铣槽机课程设计

BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology

课程设计（课程实习）

机械原理课程设计

院（系、部）：

机械工程学院

姓名：

同组成员：

班级：

指导教师签名：

2011年6月30日

第一章引出问题………………………………4

1.1机器的功能和设计要求…………………………4

第二章运动方案的拟定…………………………5

2.1方案一………………………………………5

2.2方案二………………………………………7

2.3方案三………………………………………8

2.4最终方案的确定…………………………………8

第三章凉席竹片铣槽机运动循环图……………9

第四章机构的运动分析及设计………………10

4.1送料机构的运动分析及设计…………………10

4.1.1曲柄摇杆机构的运动分析及设计………………10

4.2切削机构的运动分析及设计………………………12

4.2.1凸轮机构的运动分析及设计……………………12

第五章机械传动系统设计………….…………17

5.1传动机构和传递路线及速比分配……………………17

5.2飞轮设计………………………………………17

第六章设计体会………………………………19

第七章参考文献………………………………20

凉席竹片铣槽机

第一章引出问题

1.1机器的功能和设计要求

1．机器的功能

在凉席竹片两侧的铣削出R20的圆弧槽。

为了实现在凉席竹片两侧的铣削出R20的圆弧槽。

，凉席竹片铣槽机

应完成如下三个动作：

（1）竹片的输送

（2）导槽压紧竹片

（3）锯片铣刀的进刀与退刀

2．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R20的圆弧槽。

如图10.7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，铣转速为2800r/min，铣削功耗约为375w。

表10.2凉席竹片铣槽机的生产率

方案号

进给电动机转速

r/min

生产率

片/min

A

1440

120

B

960

100

C

720

60

第二章运动方案的拟定

2.1方案一

工作原理

方案1凉席竹片铣槽机的工作原理可用图表示。

当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

在上述两个动作中，可以将两个铣刀连接在一个凸轮上进行上下往复运动。

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。

因此凉席竹片铣槽机要求完成以下四个工艺动作：

（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，导槽上的压紧机构将被加工的竹片压紧，铣刀在加工的时候竹片不会跑偏；

（3）切削：

当竹片被推到加工位置上时，铣刀分别对竹片进行切削；

（4）输出：

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，可以不予考虑。

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，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，并设定滑块在最小距离时为运动的起点位置，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（分配轴转角），纵坐标为各执行构件的直线位移或角位移。

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

2.3方案三

方案3凉席竹片铣槽机的工作原理可用图表示。

此图的送料机构是一个传送带，两个铣刀是左右运动的。

当传送带将竹片推到工作位置上时，由凸轮控制的的挡板将竹片挡住使其固定在加工位置上。

同时铣刀开始分别对竹片进行切削。

切削完一个竹片之后传送带将下一个竹片传到切削地点进行切削。

竹片在进行切削的时候会被传送带上方的夹紧机构加紧，竹片在被切削的时候不会跑偏。

方案3凉席竹片铣槽机工作原理

2.4最终方案的确定

经我组全体人员考虑决定我们组选定方案1为最终方案。

因为方案一比较合理，比较容易实现，更便于控制所以我们组选择方案一。

第三章凉席竹片铣槽机运动循环图

最终方案机械运动方案示意图

凉席竹片铣槽机运动循环图

第四章机构的运动分析及设计

4.1送料机构的运动分析及设计

4.1.1曲柄摇杆机构的运动分析及设计

1．曲柄滑块机构的尺寸综合及运动分析

（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＝300mm，行程速比系数Ｋ＝1.４，取偏距ｅ＝200mm。

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

2按冲头和脱模盘的行程Ｈ＝200mm，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＝200mm的直线，与圆相较于Ａ点，即为曲柄回转中心的位置。

5从图中量得AＣ2＝135ｍｍ，AＣ1＝300ｍｍ，求各杆长度

曲柄长度：

连杆长度：

用图解法设计偏置曲柄滑块机构

（2）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=60r/min，各从动构件的运动可由表3中所列公式求出。

计算结果列于表4。

按计算结果画出的滑块的速度、加速度曲线如图8所示。

图7曲柄滑块机构

表3曲柄滑块机构运动分析

连杆2

滑块3

转角：

角速度：

角加速度：

其中：

位移：

速度：

加速度：

表4曲柄滑块机构运动分析结果

Φ1

Φ2

ω2

ε2

xc

vc

ac

0

-33.0534

-1.22926

0.983308

0.427606

-0.24585

-1.45468

30

-45.1861

-1.266

-0.68307

0.362593

-0.51823

-1.61981

60

-56.0415

-0.92225

-3.75536

0.26496

-0.60769

-1.90986

90

-60.8539

-1.3E-16

-6.64598

0.178592

-0.37781

-2.12844

120

-56.0415

0.922247

-3.75536

0.1447

-0.04669

-0.72294

150

-45.1861

1.265998

-0.68307

0.154297

0.14042

0.435992

180

-33.0534

1.229259

0.983308

0.187086

0.245852

0.919156

210

-22.4229

0.965263

2.135261

0.234818

0.323915

1.010735

240

-15.153

0.533716

2.981306

0.293811

0.378349

0.778402

270

-12.5598

1.94E-16

3.316203

0.357915

0.377808

0.264434

300

-15.153

-0.53372

2.981306

0.414071

0.276034

-0.40852

330

-22.4229

-0.96526

2.135261

0.443114

0.053893

-1.04507

360

-33.0534

-1.22926

0.983308

0.427606

-0.24585

-1.45468

图8滑块的速度、加速度曲线

4.2切削机构的运动分析及设计

4.2.1凸轮机构的运动分析及设计

图9凸轮机构位移曲线

切削机构采用凸轮机构。

已知从动件铣刀的行程为h＝50mm。

由凉席竹片铣槽机运动循环图，可得凸轮的位移曲线如图9所示。

根据凸轮机构的位移曲线设计凸轮机构如图10所示

图10凸轮机构

δ

s

v

a

X

y

0

0

0

0

0

100

10

0.440414

0.408329

0.246054944

17.44129

98.9145

20

3.27426

1.442256

0.376978045

35.32188

97.04606

30

9.775055

2.617994

0.331508929

54.88753

95.06799

40

19.50051

3.385402

0.130923101

76.81345

91.5427

50

30.49949

3.385402

-0.130923101

99.96841

83.88345

60

40.22494

2.617994

-0.331508929

121.4384

70.11247

70

46.72574

1.442256

-0.376978045

137.8771

50.18316

80

49.55959

0.408329

-0.246054944

147.2874

25.97075

90

50

0

-9.37958E-17

150

9.19E-15

100

49.55959

-0.40833

0.246054944

147.2874

-25.9707

110

46.72574

-1.44226

0.376978045

137.8771

-50.1832

120

40.22494

-2.61799

0.331508929

121.4384

-70.1125

130

30.49949

-3.3854

0.130923101

99.96841

-83.8835

140

19.50051

-3.3854

-0.130923101

76.81345

-91.5427

150

9.775055

-2.61799

-0.331508929

54.88753

-95.068

160

3.27426

-1.44226

-0.376978045

35.32188

-97.0461

170

0.440414

-0.40833

-0.246054944

17.44129

-98.9145

180

-1.9E-15

0

-1.87592E-16

1.23E-14

-100

190

0.440414

0.408329

0.246054944

-17.4413

-98.9145

200

3.27426

1.442256

0.376978045

-35.3219

-97.0461

210

9.775055

2.617994

0.331508929

-54.8875

-95.068

220

19.50051

3.385402

0.130923101

-76.8134

-91.5427

230

30.49949

3.385402

-0.130923101

-99.9684

-83.8835

240

40.22494

2.617994

-0.331508929

-121.438

-70.1125

250

46.72574

1.442256

-0.376978045

-137.877

-50.1832

260

49.55959

0.408329

-0.246054944

-147.287

-25.9707

270

50

0

-2.81387E-16

-150

-2.8E-14

280

49.55959

-0.40833

0.246054944

-147.287

25.97075

290

46.72574

-1.44226

0.376978045

-137.877

50.18316

300

40.22494

-2.61799

0.331508929

-121.438

70.11247

310

30.49949

-3.3854

0.130923101

-99.9684

83.88345

320

19.50051

-3.3854

-0.130923101

-76.8134

91.5427

330

9.775055

-2.61799

-0.331508929

-54.8875

95.06799

340

3.27426

-1.44226

-0.376978045

-35.3219

97.04606

350

0.440414

-0.40833

-0.246054944

-17.4413

98.9145

360

-1.9E-15

0

0

-2.5E-14

100

表7凸轮机构的运动分析

凸轮的参数如下：

r0=100mme=0最大行程s=50

最大压力角由公式

max=22度

凸轮旋转角度与速度图像

凸轮旋转角度与加速度图像

凸轮的散点图

第五章机械传动系统设计

5.1传动机构和传递路线及速比分配

5.1.1机械传动系统的设计

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，图15表示了所用的传动机构及传递路线。

图15传动机构和传递路线

5.1.1速比分配

驱动电机的转速为750r/min，曲柄的转速为60r/min，凸轮的传动比为30r/min，则机械传动系统的传动比为：

曲柄滑块齿轮传动：

传动比为12.5，取Ｚ1＝12Ｚ2＝60Z3=126

凸轮机构传动：

传动比为25，取Z4=12Z5=60Z6=250

5.2飞轮设计

凸轮机构工作阻力的变化和铣刀加工时造成机器的速度波动，必须通过加飞轮的方法进行调节。

轴的转速n=750/30=25r/min，取凉席竹片铣槽机的许用速度波动系数[δ]=0.005。

1．计算等效阻力矩Ｍｒ

凉席竹片铣槽机机的能量消耗，主要来自凸轮运转时消耗的能量。

因此，可以忽略其它执行机构，以及各构件惯性力的影响，只考虑凸轮运转的工作阻力Ｆr。

此时，机器的等效阻力矩为

其中，ω为凸轮的角速度s；ｖc为凸轮运动的速度，由表.3可以得到凸轮的速度为

V=-h*ω/δ02*（1-COS（2*PI（）*（δ-（δ0+δ01））/δ02））

Md图像

Mr图像

其中，ΔＷmax，ΔＷmin分别为最大的赢功和最小的亏功，ΔWmax=18205.73,ΔWmin=-18205.73，可以算得[W]=36410J。

4.计算飞轮的转动惯量JF

5.确定飞轮的尺寸

对于如图17所示的轮形飞轮，其转动惯量可用下式表示

其中，D为飞轮轮缘的平均直径

，m为飞轮的质量

其中，ρ为飞轮材质的密度。

取ρ=7800kg/m3，m=kgD=700mm,H=200mm,可以算的B=145.75mm。

飞轮

D=97.97mmB=145.75mmm=0.5kgH=200mm

第六章设计体会

通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械设计基本技能的训练。

在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。

从开始的传动方案的拟定的总体设计中，让我清楚的了解了自己接下来要完成的任务，也很好的锻炼了自己自主学习的能力；在传动件，凸轮，齿轮大量的计算和最终的选择过程中，不但考验了自己计算过程中的细心程度还提高了自己快速资料的一种能力；在最后的绘图过程中，再次锻炼并提高了自己绘图的能力。

在这个过程中也遇到了些许的问题，在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但是最后还是解决了。

才发现当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.。

现在把这个课程做完了才发现自己对以前学的知识点有了更好的理解，知识只有放在实践运用上才能体现他的价值才能更好地被大家接受，所以这门实践课是很有必要开设的，也是大家很有必要去认真做的。

在这个过程中，要谢谢徐林林老师对我们的教导，在老师的讲解下让我对整个设计过程以及绘图过程有了很好的了解，对我后面的整体的设计和绘图的进行有了很大的帮助。

第七章参考文献

《机械原理》第2版刘会英杨志强张明勤编机械工业出版社

《机械原理课程设计指导书》主编戴娟高等教育出版社

《高等数学》第六版同济大学数学系编高等教育出版社

《物理学》第五版东南大学等七所工科院校编马文蔚改编高等教育出版社

《理论力学》范钦珊刘燕王琪编著清华大学出版社