1、机械原理课程设计说明书设计题目:平尺刻线机专业班级：车辆三班 设计者： 樊文韬 20110402303崔晋皓 20110402310梅玉辉 20110402311董永衡 20110402305彭海生 20110402306 指导老师：陈敏钧设计日期：2013 年 7 月 5 日 摘要机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，学生通过此次设计，学习机构运动方案的确定，培养分析向设计机械能力，以及开发创新的能力，以机械系统方案设计与拟定为结合点，进一步巩固和加深学生所学的理论知识，明确课程设计目的、步骤，根据自己的设计题目对设计内容进行分析，确定输入、输
2、出件运动形式（及功能原理分析） 。关键字：机构运动分析 机构结构设计 曲柄滑块 凸轮设计目录1 设计功能与要求 .11.1 设计功能 11.2 要 求 .12 执行机构的比较与选定 .12.1 刻线机构.22.2 抬刀机构72.3 进给机构73 传动方案设计93.1 传动方案总括. .93.2 传动效率计算.93.3 电动机选择.93.4 传动比计算104 执行机构的尺寸设计.124.1 设计总体思路124.2 抬刀凸轮尺寸设计124.3 刻线组合机构尺寸计144.4 进给机构尺寸设计 165 方案图与机构运动循环图（表）165.1 方案图175.2 机构运动循环图.175.3 机构运动循环表
3、.186 参考文献.187 小结.181、设计功能与要求 1.1 设计功能平尺刻线机主要用来实现自动刻线，刻线要求在平尺毛坯上按一定规律刻划出不同长度的线条：短线 10mm,中线 13mm,长线 18mm.相邻两条刻线之间的距离为 1mm.从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复 。（如图 1） 。图 11.2 设计要求 运动要求：刀具在刻线行程时作等速运动（或近似等速运动） ，反行程时快速退回；刀具反行程时要有抬刀运动，并且工作台完成一定进给运动。实现 “落刀刻线抬刀回刀”的运动。功能要求刻线机主要由抬刀机构、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
4、，刻线完成之后，通过凸轮使刀具自动抬起，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，且要求刀具具有急回特性。原始数据及要求：1：平尺毛坯的轮廓尺寸为 1040*1030。要求在平尺毛坯上按一定规律刻划出不同长度的线条：短线 10mm,中线 13mm,长线 18mm.相邻两条刻线之间的距离为 1mm.从零起隔四条短线刻一条中线，隔九条刻线刻一条长线，然后依次重复 。2：刻线深度为 0.5mm,深度均匀，为防止刀具磨损，要求返程有抬刀运动。3：刻线速度：每秒钟刻一条线。4：推动刀具进行刻线运动的机构，其运动要求应保证刻线质量和提高刻线机的生产率角度提出。刻线行程中刀具做等速
5、运动，反行程时刀具快速退回。只要求道具在反行程中有急回运动，行程速度变化系数 K=1.2.5:为扩大刻线机的应用范围，要求线条长度可调。6：要求刻线机在工作过程中主动轴的角速度不均匀系数&=1.2。方案评价通过三个凸轮来控制刀具左右移动，难以控制它们之间的转速比，容易发生碰撞的现象，而且容易发生失真的现象，所以不建议采用。方案 2（图 3）图 3方案说明通过三个不完全齿轮与齿条的组合，来控制刀具的进刀、退刀运动，通过凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动。方案评价这种机构简明易懂，刀具刻线的长度精确，但不容易控制三个不完全齿轮的转速关系，且容易发生撞齿的现象，不能控制刀具的急回速比，所以不建议采用。方
6、案 3（图 4）图 4方案说明这种方案通过一个凸轮来控制刀具的进刀、退刀运动，另一个凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动，并通过凸轮的推程与回程来控制刀具的急回速比 K=1.2。方案评价通过一个凸轮来控制进刀、运动，此凸轮的形状会过于复杂，同时不能实现自动回刀，所以不建议采用。方案 4（图 5）图 5方案说明这种方案是通过一个曲柄滑块机构实现进刀、退刀动作，具有急回特性，另一个凸轮来控制刀具的抬刀、下刀运动，用曲柄滑块机构实现急回速比 K=1.2。 、方案评价曲柄滑块机构虽能实现急回速比 K=1.2，但是不能保证刻线过程中的等速运动，所以不建议采用。方案 5（图 6）图 6方案说明这套方案是通过一套
7、组合机构实现刻刀的进刀、退刀动过，同时通过凸轮槽的形状实现滑块的匀速运动，进而实现刀具的匀速运动。同时也可以满足急回速比 K=1.2。方案评价此方案可满足全部刻线的功能要求，同时可以使进刀动作平稳，采用转动副为低副，降低较低，接触面积大，应力集中就相对小一些，此外，安装、加工也相对方便。所以我们决定采用这套方案。2.2 抬刀机构方案 1（图 7）图 7方案说明我们采用凸轮机构实现刀具的抬、落刀动作，通过控制凸轮轮廓来实现刻线时间的调整，又因为凸轮转速一定，即可以控制可线的长短。方案评价凸轮机构转动平稳，可有效实现刀具的平稳刻线，同时结构较为简单，体积较小，便于安装。所以我们采用这套方案。2.3
8、 进给机构方案 1（图 8）图 8方案说明：这套方案采用不完全齿轮实现工作台的间歇进给，当主动轮做连续回转时，从动轮作间歇式转动，在从动轮停歇期内，两轮轮缘各有锁止弧起定位作用，以防止从动轮游动。不完全齿轮机构可以带动丝杆间歇转动，来实现工作台的间歇进给，控制不完全齿轮转速与丝杆导程就可实现每秒进给量为 1mm。方案评价：不完全齿轮冲击较大，且加工、安装较为不便，尺寸较大，所以不建议采用。方案 2（图 9）图 9方案说明：这套方案采用槽轮机构实现工作台的间歇进给，主动拨盘连续回转，槽轮间歇运动，且我们这套方案采取普通四槽的对称式的槽轮机构，传动较为平稳。方案评价：槽轮机构尺寸小，外形简单，机械
9、效率高，传动较为平稳，所以我们决定采用这套方案。3、传动方案设计3.1 传动方案总述采用 V 带+齿轮传动，将电动机转速减小了需要的转速。3.2 传动功率的计算：查阅相关资料得：凸轮效率：0.95-0.97 槽轮效率：0.95-0.97滚珠轴承效率：0.98 V 带传动效率：0.94-0.969 级精度齿轮效率：0.96 螺旋机构效率：0.85-0.95刻线机构P1=0.4/ (0.950.97)/0.98/0.96/=0.438-0.448KW抬刀机构P2=0.1/(0.950.97)/0.96/0.96=0.112-0.114KW进给机构P3=0.2/(0.850.95)/(0.950.9
10、7)/0.96/0.96=0.236-0.269KW总体机构P（电机）=（P1+P2+P3）/（0.940.96)=0.819-0.884KW3.3 电动机选择根据总功率选择电机，查表得，6 极的三相交流发电机型号 Y132S-6，额定功率为 3KW，转速为 960r/分，效率为 83%。故 P=3*83%=2.49KW，满足功率要求，所以选择上述机型。3.4 传动比计算（图 10）图 10各传动比如图所示。驱动件采用电动机，由于电动机转速为 960r/min，而刻线组合机构工作转速为 60r/min，所以要将转速减小至 60r/min。达到传动比 i=16，故选择 V带传动比 i1 为 4，
11、齿轮 i3 传动比为 4，刻线组合机构工作转速达到 60r/min。抬刀凸轮工作转速为 20r/min，故选用 1 对齿轮传动，传动比 i=3，其中 i4 传动比为3，抬刀凸轮达到 20r/min。槽轮主动拨盘转速与刻线组合机构转速大小与方向相同，且布置于抬刀凸轮下方，故选用两对锥齿轮将 60r/min 的转速传递到工作台，其传动比为 i2=1，i5=4，故此时槽轮主动拨盘转速为 60r/min，槽轮从动拨盘转速为 15r/min。进给机构要求进给量为 1mm/s，故选取与槽轮从动拨盘同轴的丝杆导程为 4mm，故进给量为 60mm/min，即 1mm/s。3.4 各标准齿轮参数（表 2）表 2
12、图 11各标准齿轮参数模数 m=2 压力角 a=20 度 ha*=1 c*=0.25 皮带轮半径 d=80mm D=320mm齿数 Z1=34 Z1=34 Z2=17 Z2=68 Z3=17 Z3=51 Z4=34 Z4=136中径（mm）d1=68 d1=68 d2=34 d2=136 d3=34 d3=102 d4=136 d4=2724、执行机构的尺寸设计4.1 设计总体思路我们通过比较各种机构与组合，决定采用组合机构（凸轮-连杆机构）完成刻线动作，采用凸轮机构完成抬刀、落刀动作，采用槽轮-丝杆机构完成工作台的间歇进给动作。其中，组合机构只负责刀具的匀速进给，通过凸轮控制刻线的时间，从而
13、控制刻线长度，与此同时，每秒钟工作台通过槽轮-丝杆机构完成一次间歇进给（1mm） 。4.2 抬刀凸轮尺寸设计（图 12）图 12（凸轮实际轮廓线）取抬刀量为 0.5mm，(抬刀量之所以去这么小，我们就可以认为抬刀与下刀时间很短，可以忽略不计).且抬刀凸轮转速为 20r/min，即刻线组合机构转过一圈，抬刀凸轮转过三分之一，那么我们将抬刀凸轮均分为 10 份每份 36，每一份即可完成一次刻线动作。再在每份中分出相应的度数（10、10、10、10、13、10、10、10、10、18） ，使其比例为10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，作为刻线度数，余下度数（26，26，26，
14、26，23，26，26，26，26，18） ，作为抬刀、回刀、下刀的度数，这样就可以保证 10 次刻刀的时间为10：10：10：10：13：10：10：10：10：18，如果保证匀速的速度的话，那么刻出的线的长度即可保证 10：10：10：10：13：10：10：10：10：18。此外，我们将 10 段的小圆内径定为 150mm,每段小圆中的 26，23，18部分内径为 154，之所以设定为这样的数据，是为了抬刀过程平稳进行。控制刻线深度 0.5mm，可以通过调整刻线尺的放置高度来实现。4.3 刻线组合机构尺寸设计（图 13、图 14）为控制刀具能达到分别刻 18mm、13mm、10mm 的线
15、，现令刀具移动距离为18mm，可以保证 13mm 和 10mm 的线长足够。给定推杆的行程为 18mm，因为要求每秒钟刻出一条线，故凸轮转速为 1r/s,设定 K=1.2:1,故进刀凸轮转角设定为 196 度，进刀时间为 0.55s。退刀凸轮转角设定为 164 度。退刀时间为 0.45s。进刀速度 V1=32.7mm/s。退刀速度V2=40mm/s。将进刀和退刀行程 18mm 等分为 6 段，故每段距离为 3mm。进刀 3mm，曲柄转动角度为 32 度。退刀 3mm，曲柄转动角度为 27 度。选定适当的连杆长度30mm。故依次可以做出凸轮轮廓曲线。图 13由此可得凸轮连杆组合机构如下图图 14
16、4.4 进给机构尺寸设计（图 15）图 15外啮合槽轮 n=1，z=4，运动系数 k=1/2-1/z=0.25取进给丝杆导程为 4mm，右旋，则进给量为 1mm/s。进给槽轮参数：L=20cm R=14.14cm r=2.36cm s=14.14cm h=10.64cm d1=11.72cm d2=7cm b=4mm5、方案图与机构运动循环图（表）5.1 方案图（图 16）图 165.2 机构运动循环图（图 17）图 175.3 机构运动循环表（表 3）凸轮转角0 10 26 36 46 56 72 82 92凸轮行程0 0 4 0 0 4 0 0 4凸轮转角108 118 128 144 157 170 180 190 200凸轮行程0 0 4 0 0 4 0 0 4凸轮转角216 226 236 252 262 272 288 298 308凸轮行程0 0 4 0 0 4 0 0 4凸轮转角344 362 371 380凸轮行程0 0 4 0表 36、参考文献1孙桓.机械原理.高等教育出版社.2006.2濮良贵.机械设计.西北工业大学出版社.2006 年.3闻邦椿.机械设计（第 5 版）.机械工业出版社.2006 年.4胡虔生.电机学.中国电力出版社.2006 年.
