1、机械原理课程设计自动进料加紧装置方案设计指导老师：曾小慧 小组成员：徐长路 陈磊目录一、题目：自动进料加紧装置方案设计 3二、设计题目及任务 32.1 设计题目 32.2 设计任务 4三、运动方案 43.1 圆柱凸轮 滑块机构 53.2 盘形凸轮 滑块机构 53.3 盘形凸轮机构 5四、运动循环图 6五、尺寸设计 75.1 齿轮系及齿轮设计 7轮系设计 7啮合齿轮设计 85.2 传送带（皮带轮）设计 95.3 对心滚子推杆凸轮机构设计（夹紧装置） 95.4 对心滚子推杆盘形凸轮机构设计（定位装置） 125.5 圆柱凸轮机构设计（送料装置） 135.6 夹紧装置杆的设计 165.7 定位装置推杆
2、的设计 165.8 送料装置推杆设计 17六、总结 176.1 方案简介 176.2 不足和问题分析 186.3 设计小结 18七、参考文献 18一、题目：自动进料加紧装置方案设计二、设计题目及任务2.1 设计题目设计某自动机的自动进料夹紧装置。某自动机为完成冲压零件需要自动单向步进进料(工件尺寸直径 D=100mm)，料被送到工位后自动夹紧。夹紧后机械进行冲压工作，冲压一次时间约为 3 秒（其中 0.5 秒停留） 。如下图：功能原理构思2.2 设计任务1自动进料夹紧装置应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。2设计传动系统并确定其传动比分配。3.图纸上画出自动进料夹紧装置运动方案简
3、图，并用运动循环图分配各机构运动节拍。4凸轮的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图5.齿轮机构的设计计算。6编写设计计算说明书。三、运动方案总方案设计：利用两个盘形凸轮实现夹紧和定位功能，而利用圆柱凸轮的往复运动来实现间歇送料运动。自动夹紧装置的功能、工艺动作及执行机构框图如下运动方案简图：送料将从料斗中运下来的工件向前推进移动从动件圆柱凸轮机构从动件往复运动定位定位挡板伸缩，挡住工件或让出通道移动从动件盘形凸轮机构从动件往复运动夹紧 夹具夹紧或松开摆动
4、从动件盘形凸轮机构滑块往复运动3.1 圆柱凸轮滑块机构利用定轴齿轮减速，由圆柱凸轮机构实现间歇送料，并利用弹簧实现返程。3.2 盘形凸轮滑块机构利用凸轮机构作用，使连杆机构将滑块压紧，从而实现将工件压紧；而利用弹簧将滑块松开。 3.3 盘形凸轮机构利用盘形凸轮机构实现挡板的移动，实现将工件压紧或让出通道的功能。四、运动循环图圆柱凸轮机构的滑块送料运动退进0 72 168 180 240 360夹紧装置 升程72远休止（压紧状态）96回程72近休止 120定位装置 升程72远休止（定位装置）96回程72近休止 120五、尺寸设计5.1 齿轮系及齿轮设计轮系设计根据题目要求，主轴 n6=1/3 r
5、/s=20r/min。给定参数如下：（ha*=1）模数（mm） 压力角（0） 齿数 分度圆直径（mm）齿数 3 4 20 20 80齿数 4 4 20 60 240齿数 5 4 20 20 80齿数 6 4 20 100 400附：皮带轮 d2/d1=2计算过程如下：i16=(d2d1)(Z4 Z3) (Z6Z5)； i16=n1n6；带入数据，求得：n1=600r/min 即选择的电动机转速为 600r/min。啮合齿轮设计以齿轮 3 和齿轮 4 为例，进行啮合齿轮设计如下：分度圆半径：r3=mZ3/2=40mm；r4=mZ4/2=120mm；齿顶圆半径：ra3=r3+ha*m=44mm；
6、Ra4=r4+ha*m=124mm；齿顶圆压力角：a1=arcos( r1cos / ra1)=31.32a2=arcos( r2cos / ra2)=24.58又因两齿轮按标准中心距安装，故 = 重合度：=Z1(tana1- tan)+Z2(tana2- tan)/(2) =1.67要保证这对齿轮能连续传动，必须要求其重合度 1，即=Z1(tana1- tan)+Z2(tana2- tan)/(2 )1故啮合角为 22.618可得这对齿轮传动的中心距为a =a cos /cos 162.88mm即为保证这对齿轮能连续传动，其最大中心距为 162.88mm。5.2 传送带（皮带轮）设计主轴角速
7、度： n6=1/3 r/s=20r/min减速比：i=d2/d1= 2 （选择的周转速度为 520m/s）设计参数：d1=60mm d2=120mm计算 v=rw=20m/s (满足设计要求)5.3 对心滚子推杆凸轮机构设计（夹紧装置）运动规律 最大速度 Vmax( hw/0) 最大加速度 amax(h w/0) 最大跃 jmax( hw/ 0) 适用场合等速运动 1.00 低速轻载等加速等减速 2.00 4.00 中速轻载余弦加速度 1.57 4.93 中低速重载正弦加速度 2.00 6.28 39.5 中高速轻载五次多项式 1.88 5.77 60.0 高速中速由于夹紧装置是低速轻载，故采
8、用等速运动规律（选择依据见上表） 。初步设计：凸轮的基圆半径为 100mm，推杆半径为 10mm（凸轮半径与凸轮机构的压力角有关，凸轮半径的确定后，压力角必须小于许用值） 。h=30mm。x=(r0+s)sin y=(r0+s)cos 求理论廓线升程阶段： s1=h 1/ 0 1 0,2/5;远休止阶段： s2=h 2 0,8/15;回程阶段： s3=h（1-5 3/2） 3 0,2/5;近休止阶段： s4=0 4 0,2/3;压力角：= arctan|(ds/ d )/(ro+s)| 凸轮设计（matlab 设计）凸轮运动位移图像：程序：h=30;w=2*pi/3;theta1=2*pi/5
9、;theta2=168*pi/180;theta3=240*pi/180;theta4=2*pi;j1=linspace(0,theta1,72);s1=h*j1/theta1;j2=linspace(theta1,theta2,96);s2=h;j3=linspace(theta2,theta3,72);s3=h-h*(j3-theta2)/(theta3-theta2);j4=linspace(theta3,theta4,120);s4=0;plot(j1,s1,j2,s2,j3,s3)grid on截图：凸轮速度图像： h=30;w=2*pi/3;theta1=2*pi/5;theta2
10、=168*pi/180;theta3=240*pi/180;theta4=2*pi;j1=linspace(0,theta1,72);v1=h*w/theta1;j2=linspace(theta1,theta2,96);v2=0;j3=linspace(theta2,theta3,72);v3=-h*w/(theta3-theta2);j4=linspace(theta3,theta4,120);v4=0;plot(j1,v1,j2,v2,j3,v3) redgrid on截图：凸轮轮廓图像：程序： h=30;w=2*pi/3;theta1=2*pi/5;theta2=168*pi/180;
11、theta3=240*pi/180;theta4=2*pi;j1=linspace(0,theta1,72);v1=h*w/theta1;j2=linspace(theta1,theta2,96);v2=0;j3=linspace(theta2,theta3,72);v3=-h*w/(theta3-theta2);j4=linspace(theta3,theta4,120);v4=0;plot(j1,v1,j2,v2,j3,v3)grid onr0=100;x1=(r0+s1).*sin(j1);y1=(r0+s1).*cos(j1);x2=(r0+s2).*sin(j2);y2=(r0+s2
12、).*cos(j2);x3=(r0+s3).*sin(j3);y3=(r0+s3).*cos(j3);x4=(r0+s4).*sin(j4);y4=(r0+s4).*cos(j4);plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)grid ontitle(凸轮轮廓 )截图：5.4 对心滚子推杆盘形凸轮机构设计（定位装置）由于整个装置是实现同步夹紧、同步定位，故夹紧装置的凸轮形状与定位装置完全相同，即是两个凸轮的升程、远休止、返程、近休止完全相同。利用 matlab 编程，程序与上述基本相同，只是 h 变为 60mm。重复上述凸轮设计步骤，得到下面截图。位移图像:速度图像：凸轮形状：5
13、.5 圆柱凸轮机构设计（送料装置）位移图程序:h=60;w=2*pi/3;theta1=150*pi/180;theta2=pi;theta3=330*pi/180;theta4=2*pi;j1=linspace(0,theta1,150);s1=h*j1/theta1;j2=linspace(theta1,theta2,30);s2=h;j3=linspace(theta2,theta3,150);s3=h-h*(j3-theta2)/(theta3-theta2);j4=linspace(theta3,theta4,30);s4=0;plot(j1,s1,-r,j2,s2,-r,j3,s3
14、,-r,j4,s4,-r)图像如下:速度图程序:h=60;w=2*pi/3;theta1=150*pi/180;theta2=pi;theta3=330*pi/180;theta4=2*pi;j1=linspace(0,theta1,150);v1=h*w/theta1;j2=linspace(theta1,theta2,30);v2=0;j3=linspace(theta2,theta3,150);v3=-h*w/(theta3-theta2);j4=linspace(theta3,theta4,30);v4=0;plot(j1,v1,-r,j2,v2,-r,j3,v3,-r,j4,v4,-
15、r)图像如下:圆柱凸轮的三维立体图形:5.6 夹紧装置杆的设计如图所示：尺寸已给出当凸轮在升程过程中，步进 30mm 时，滑块位移正好位 40mm（三角形相似原理） ，进而将工件压紧。5.7 定位装置推杆的设计如图所示：尺寸已给出当凸轮在升程过程中，步进 30mm 时，滑块位移正好位 40mm（三角形相似原理） ，进而将工件压紧。同时，定位凸轮步进 60mm，带动上图滑块前进 60mm。即实现定位（将工件挡住） 。5.8 送料装置推杆设计六、总结6.1 方案简介在整个系统运用到了对心滚子推杆盘形凸轮机、圆柱凸轮机构、曲柄滑块急哦够等常用机构，完成了从零件的输送到定位，最后夹紧的功能。齿轮传动部
16、分：该装置选用 600r/s 的电动机，通过皮带轮转动后，进行两级减速，将主轴的转速降到 20r/s。送料部分：通过齿轮系的减速，将主轴的转速降到 20r/s。再通过主轴带动移动从动件圆柱凸轮往复运动，移动从动件带动滑块推动工件，实现送料功能。夹紧和定位部分：同样利用主轴带动两个运动规律相同的对心滚子推杆盘形凸轮机构实现同步加紧和定位，即升程、远休止、返程、近休止步调一致。6.2 不足和问题分析由于凸轮均采用直动推杆，定位装置的推杆是横向放置，该设计中没有考虑到摩擦的影响；另外每个部分（齿轮系、送料、夹紧和定位）都是分开设计，没有进行的装配分析。这些问题，还需往后学习知识的深入，才能更进一步地
17、解决和完善。6.3 设计小结此次课程设计让我们受益匪浅。当我们拿到此次设计课题时，我们曾有很多想法，而且似乎都行得通。然而，当我们进行理论分析时，却发现有很多地方是很难实现的。这让我们明白机械设计绝不同于艺术设计，它需要很严格的理论依据和严密的推算、分析。另外，课程设计涉及到很多课程的知识， 理论力学 、 机械原理 、 线性代数以及 CAD 制图和matlab 软件等等。这次课程设计，是我们第一次将本学期机械原理这门课程中所学的知识综合运用到实际中，另外对于机械设计也有了初步的认识。这次课程设计，我们虽然感觉很累，但在这整个过程中，我们在实践中摸索成长，同时也更加清晰地认识到只有认真地掌握好理论知识，在实际应用才能够得心应手。更重要的是，此次课程设计然我们明白，机械博大精深，想要在这个行业有所成就，我们还需更加努力，任重而道远。七、参考文献 1.机械原理（第七版） 孙恒 陈作模 葛文杰编 高等教育出版社，20002.MATLAB 程序设计及应用 蒋珉 编著 北京邮电大学出版社3.机械原理课程设计手册 邹慧君 主编 高等教育出版社，19984.机械原理 （学习指导） 王晶 主编 西安交通大学出版社
