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1、课程设计课程名称： 机械原理 学 院：机械工程学院 专 业： 农机071 姓 名： 学 号： 年 级： 2009级 任课教师： 2011年1月14日目录 机械原理课程设计任务书4第一章设计任务的相关参数 61.1功能要求: 61.2设计数据参数要求61.3各执行构件的运动参数为：6第二章机构的工作原理6第三章原动机及传动机构的选择.73.1原动机的选择73.2传动机构的选择与比较.8第四章执行机构的选择与比较.104.1送料机构的选择与比较104.2定位与夹紧机构选择与比较.114.3搬弯机构的选择与比较.12第五章系统方案拟定与比较.135.1功能分解13.5.2功能逻辑图145.3根据工艺
2、过程确定执行构件的运动形式.145.4绘制机械系统运动转换功能图145.5根据执行构件的运动形式选择机构155.6用形态学矩阵法创建机械运动的运动方案15第六章机械系统的工作运动循环图16第七章机构的设计与运动分析.177.1电机向主轴传动设计与分析.187.2送料机构设计与分析187.3定位夹紧机构的设计与分析197.4搬弯机构的设计与分析20第八章机构总体方案图及原理简要说明.20第九章绘制运动线图以及程序清单.22附录 凸轮参数28主要参考文献32 设计题目：锁梁自动成型搬弯机构设计机械原理课程设计任务书（题号B 5 ）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
3、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。二、 机构设计的有关数据1生产率 20件/分2机电输入转速：n1= 900转/分3工件尺寸：L= 190 D1= 8 D2= 5 三、 课程设计项目内容
4、：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：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，
5、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
6、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）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B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10生 产 率 10 12 15 18 20 24 25 28 30 32电机转速7007508008509009501000110012001250工件长度250240225200190180160150120100工件D110109 9 8 8 6 6 5 5工件D2
7、 7 7 6 6 5 5 4 4 3.5 3.5搬弯角度185185185185185185185185185185齿轮模数 6 6 5 5 4 4 3 3 2.5 2.5第一章：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20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8mm有切削槽直径5mm2；工件展开时的长度190mm；3；电机转速为900r/min5；生产率为20件/分；6；齿轮模数为41.3各执行构件的运动参数为：1；送料机构的正行程为190mm2;搬弯机构的旋转角度为185度
8、。第二章 机构的工作原理工作原理图及说明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。第三章：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
9、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900转/分的交流电动机最为合适。3.2传动机构的选择与比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：特点功率（KW）效率
10、寿命应用齿轮传动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；无过载保护作用圆柱直齿轮750圆柱直齿轮0.950.98取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器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，带的寿命较短普通V带500窄型V带750平带3
11、500V型带0.900.94平带0.940.98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链传动轴间距范围在，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。最在3500一般小于100速度小于等10m/s时0.950.97速度大于10m/s时0.920.96与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械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、
12、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵最在750通常只用到50单头0.70.75双头0.750.82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应选用链传动。第四章 执行机构的选择与比较4.1送料机构的选择与比较方案一：用一自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。如图4.1所示，夹持器由机构件4-5-5组成，夹持器由凸轮机构1
13、通过摆动导杆2驱动作间歇往复直线运动，当夹持器向左运动时，由推爪5和5在卷料7上打滑，从而实现单向送料。 图4.1方案二：机构4的送料方式和方案一一样，夹持器是由原动件1的转动，带动摆杆2左右摆动。从而实现了机构4将料5送到位后即返回。 通过方案一和方案二的比较，都实现了单向送料。可方案一与方案二相比。方案一可以再送完料以后能有间歇运动。而方案二没有间歇运动。选择方案一更为好。 图4.24.2定位与夹紧机构选择与比较方案一：从图4.3可知，滚轮3在凸轮2的旋转上下移动，从而滚轮3带动杆4上下移动。5是回位弹簧。6是V型块，有定位和夹紧工能为一体。 图4.3方案二：原理如图4.4，定位和夹紧分开
14、。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。 图4.4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。4.3搬弯机构的选择与比较方案一：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。 图4.5方案二：原动件5的摆动让轮1的旋转，从而带动搬弯机构进行搬弯。 图4.6方案二的摆动易容有卡死的现象，方案一就可有效避免这样的现象。从两种方案中选择方案二比较优秀。第五章 系统方案拟定与比较5.1功能分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
15、：1， 送料功能2， 送料定位功能3， 工件夹紧功能4， 工件搬弯功能5.2功能逻辑图送料功能送料定位功能工件夹紧功能工件后夹紧工件的搬弯功能锁梁自动成型机床搬弯机构5.3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自锁式夹持器，它作无间歇往复移动2；送料的定位执行构件是定位杆，它的运动是间歇往复移动3；固定机构是用带有V头的杆，它的运动是间歇往复移动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。5.4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间歇往复运动定位杆间歇往复运动夹紧
16、间歇往复运动搬弯滚子支架间歇往复回转运动图5.25.5根据执行构件的运动形式选择机构1；送料夹持器间歇往复移动，可选用凸轮机构，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，组合机构（如凸轮机构+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，组合机构（如凸轮机构+连杆机构）等4；搬弯头的间歇往复回转运动，可选用凸轮机构，齿轮摆杆机构，组合机构（凸轮机构+连杆机构+链传动等）5.6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
17、弯系统运动方案数为N=3333333=2187可由给定的条件，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功能元解（匹配机构）123减速1带传动齿轮传动蜗杆传动减速2带传动齿轮传动蜗杆传动减速3带传动齿轮传动蜗杆传动送料夹持器间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构定位杆的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构固定机构的间歇往复移动凸轮机构连杆机构凸轮+连杆机构搬弯滚子支架的间歇往复回转运动凸轮机构齿轮摆杆机构凸轮机构+连杆机构+链传动机构 图5.3第六章 机械系统的工作运动循环图 6.1根据工艺动作顺序和
18、协调要求拟定运动循环图送料定位夹紧搬弯090180270360执行构件动作时间分配轴转角送料杆送料行程工作位置停歇空回行程初始位置停歇T1=1/3T2=0T3=1/3T4=1/31=1202=03=1204=120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=1/12T2=2/3T3=3/12T4=01=302=2403=904=0搬弯搬弯行程工作位置的停歇空回行程初始位置停歇T1=1/3T2=0T3=1/3T4=1/31=1202=03=1204=120第七章 机构的设计与运动分析7.1电机向主轴传动设计与分析根据生产率20件/分可知，主轴的转速为20r/min。从而可以算得传动比i
19、=900/20,从而设计三级减速，如图（图7.1）一级减1/3，第二级减1/3，第三级减1/5；从1到2是带传动，设计d1=100 d2=300; z2=18 d2=mz=72;z3=54 d3=mz=216;z3=18 d3=mz=72;z4=90, d4=mz=360 图7.17.2送料机构设计与分析如图（图7.2）送料机构的送料过程是由圆柱凸轮1的旋转带动杆2左右摆动来实现送料。弦长AB就是凸轮1的摆线长。由于送料DE的长为190mm，取比利为1：10则AB的长为19mm，取CD长为380mm,则有AC为38mm.根据几何关系可得AB到DE距离405mm 图7.27.3定位夹紧机构的设计
20、与分析定位夹紧为一体的机构如图（图7.3）从侧示图可看出，当凸轮1旋转，通过连杆带动V型块上下移动。从而实现定位和夹紧。最高的高度如图所示H=405 图7.37.4搬弯机构的设计与分析用一搬弯滚子将工件压在一圆弧模块上，然后绕圆弧模块转一角度，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） 图7.5从图7.5中，设计杆1长70mm 杆3长300mm,杆4长200mm 图7.4第八章 机构总体方案图及原理简要说明8.1机械运动简图图8.1表示了搬弯机构的运动简图，电机1通过传动系统带动主轴2的旋转。通过主轴的旋转带动凸轮，从面使摆杆3摆动实现送料块5将料6送到位置。主轴的旋
21、转带动凸轮使连杆8带动V型块7上下移动实现定们及夹紧。主轴的旋转带动齿轮通过杆9的转动让11摆动，从而使圆13转动，由链传动使轮14进行搬弯。设计轮15和轮13的传动比为2. 图8.1第九章绘制运动线图以及程序清单 9.1绘制运动线图以及程序清单 （图） 编程框图9.1主程序以及子程序Private Sub Command2_Click()Dim b(6), c(6), d(3), xE1(360), vEx1(360), aEx1(360)pai = Atn(1#) * 4 / 180Picture1.Print 红色曲线表示位移, 蓝色曲线表示速度, 绿色曲线表示加速度 Picture1.
22、Print 农机071 徐银杰 070803110504For fi = 0 To 360 Step 10 fi1 = fi * pai Call 单杆运动分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.07, 0, fi1, 2.0944, 0, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy)Call RRR运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0.3, -0.2, 0, 0, 0, 0, _0.3, 0.3, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, omega2, omega3, epsilon2, e
23、psilon3)Call 单杆运动分析子程序(xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, 0.21, 0, fi3, omega3, epsilon3, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy)Call RRP运动分析子程序(1, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy, 0.3, 0.4, 0, 0, 0, 0, _0.225, 0, 0, 0, xF, yF, vFx, vFy, aFx, aFy, fi4, omega4, epsilon4, sr, vsr, asr) xE1(fi) = xE vEx1(fi) = vEx aEx1(fi) =
24、aExNext fiForeColor = QBColor(0)Picture1.Scale (-10, 100)-(370, -100)Picture1.Line (0, 0)-(360, 0), ForeColorPicture1.Line (0, -100)-(0, 100), ForeColorForeColor = QBColor(4)Picture1.PSet (0, xE1(0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, xE1(fi) * 200), ForeColorNext fiForeColor = QBCol
25、or(9)Picture1.PSet (0, vEx1(0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, vEx1(fi) * 200), ForeColorNext fiForeColor = QBColor(10)Picture1.PSet (0, aEx1(0) * 0.3)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, aEx1(fi) * 50), ForeColorNext fiEnd SubPrivate Sub Command1_Click()Dim b(6), c(6),
26、d(3), t As Stringpai = Atn(1#) * 4 / 180For fi = 0 To 360 Step 10 fi1 = fi * pai Call 单杆运动分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.07, 0, fi1, 2.0944, 0, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy)Call RRR运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0.3, -0.2, 0, 0, 0, 0, _0.3, 0.3, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, omega2, omega3,
27、 epsilon2, epsilon3)Call 单杆运动分析子程序(xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, 0.21, 0, fi3, omega3, epsilon3, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy)Call RRP运动分析子程序(1, xE, yE, vEx, vEy, aEx, aEy, 0.3, 0.4, 0, 0, 0, 0, _0.225, 0, 0, 0, xF, yF, vFx, vFy, aFx, aFy, fi4, omega4, epsilon4, sr, vsr, asr) t = t + Fi1= + Str(fi) + vb
28、CrLf t = t + xE(m)= + Str(xE) + vbCrLf t = t + vE(m/S)= + Str(vEx) + vbCrLf t = t + aE(m/S2)= + Str(aEx) + vbCrLf t = t + omega3(rad/S)= + Str(omega3) + vbCrLf t = t + omega4(rad/S)= + Str(omega4) + vbCrLf t = t + epsilon3(rad/S)= + Str(epsilon3) + vbCrLf t = t + epsilon4(rad/S)= + Str(epsilon4) + v
29、bCrLf t = t + vbCrLfNext fiText1.Text = tEnd SubSub 单杆运动分析子程序(xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy, S, theta, fi, omega, epsilon, _ xm, ym, vmx, vmy, amx, amy)xm = xA + S * Cos(fi + theta)ym = yA + S * Sin(fi + theta)vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta)vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta)amx = aAx - S *
30、 epsilon * Sin(fi + theta) - S * omega 2 * Cos(fi + theta)amy = aAy + S * epsilon * Cos(fi + theta) - S * omega 2 * Sin(fi + theta)End SubSub RRR运动分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xD, yD, vDx, vDy, aDx, aDy, _ L2, L3, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, fi3, _ omega2, omega3, epsilon2, epsilon3) Di
31、m pi, d, ca, sa, yDB, xDB, gam, yCD, xCD, e, F, Q, EA, FA, delta pi = Atn(1#) * 4d = (xD - xB) 2 + (yD - yB) 2) 0.5If d L2 + L3 Or d 0 Thengam = Atn(sa / ca)Else: gam = Atn(sa / ca) + piEnd IfIf m = 1 Thenfi2 = delta + gamElse: fi2 = delta - gamEnd IfxC = xB + L2 * Cos(fi2)yC = yB + L2 * Sin(fi2)yCD
32、 = yC - yDxCD = xC - xDIf xCD 0 Thenfi3 = Atn(yCD / xCD)ElseIf yCD = 0 Thenfi3 = Atn(yCD / xCD) + piElse: fi3 = Atn(yCD / xCD) - piEnd Ife = (vDx - vBx) * xCD + (vDy - vBy) * yCDF = (vDx - vBx) * (xC - xB) + (vDy - vBy) * (yC - yB)Q = yCD * (xC - xB) - (yC - yB) * xCDomega2 = e / Qomega3 = F / QvCx
33、= vBx - omega2 * (yC - yB)vCy = vBy + omega2 * (xC - xB)EA = aDx - aBx + omega2 2 * (xC - xB) - omega3 2 * xCDFA = aDy - aBy + omega2 2 * (yC - yB) - omega3 2 * yCDepsilon2 = (EA * xCD + FA * yCD) / Qepsilon3 = (EA * (xC - xB) + FA * (yC - yB) / QaCx = aBx - omega2 2 * (xC - xB) - epsilon2 * (yC - y
34、B)aCy = aBy - omega2 2 * (yC - yB) + epsilon2 * (xC - xB)n1: End SubSub RRP运动分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _ L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, _ aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2pi = Atn(1#) * 4d2
35、 = (xB - xP) 2 + (yB - yP) 2)e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3)F = d2 - L2 2If e 2 1E-20 Then GoTo n1 m1 = i - 1 For m3 = m1 To m If A(m3, m1) = 0 Then GoTo n2 For m2 = m1 To n1 S = A(m3, m2) A(m3, m2) = A(m1, m2) A(m1, m2) = S Next m2n2: Next m3 MsgBox 矩阵是 singular GoTo n3n1: r
36、 = A(j, i - 1) / A(i - 1, i - 1) For k4 = 1 To n1 A(j, k4) = A(j, k4) - r * A(i - 1, k4) Next k4 Next jNext iFor i = 2 To n k5 = n - i + 2 r = A(k5, n1) / A(k5, k5) For j = i To n L5 = n - j + 1 A(L5, n1) = A(L5, n1) - r * A(L5, k5) Next jNext iFor i = 1 To nb(i) = A(i, n1) / A(i, i)Next in3: End Sub Sub atn1(x1, y1, x2, y2, fi)
