机械设计课程设计

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1、机械原理课程设计说明书 设计题目 光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动磨削机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 号 05020804 设 计 者 1：贺继鹏 2008301304 2：黄肖杰 2008301305 3：何福宝 2008301303 指导教师 苏华 完成时间 2011年5月1日 目录1设计题目22设计要求23功能分析及功能分解34 功能原理求解及执行机构运动设计34.1 磨削机的送料、取工件功能设计34.2 定位夹紧功能44.3 磨削功能54.4 故障报警功能54.5 根据工艺过程确定执行机构的运动规律54.6 执行机构的选型及评价64.7 机构的组合74.8 原动机的选择85

2、初步方案的拟定86 方案的评价与优选107 机构工作原理138 相关数据的计算139 运动循环图1610 心得体会1711 参考文献171设计题目光纤接头保护玻璃管的结构与尺寸如图3.1a所示。光纤接头保护玻璃管被套在光纤接头处，以保护光纤接头。为不致损伤光纤，保护玻璃管内孔两端需倒角,如图a所示。该玻璃管内孔两端倒角宜采用细粒砂轮高速磨削的工艺，以避免砂轮磨削力过大而损坏其端口。其砂轮磨削头的形状如图b所示。由于其用量很大，故需设计一台专用自动倒角磨削装置来加工。 a) b) 图 3.1 2设计要求光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动磨削机的设计技术要求表3-1所列： 表3-1 光纤接头保护玻璃管

3、内孔倒角自动磨削机的设计要求功能要求1）实现玻璃管的自动整理，逐个进料、取料；2）自动定位与加紧；3）自动磨削控制几何参数1）磨削机各部件连接应空间定位；2）工件直径为：内径3，外径5；3）工件长10；4）倒角规格0.345运动参数和力要求1）自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以免造成玻璃管损坏；2）了减小对其夹紧力，应采用两套砂轮磨头，并沿轴向相对布置，相向进给，反向旋转，使两磨削力得以平衡，实现两端口同时磨削并自动定位；3）两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min生产率每班（8小时）生产率4000件安全与人机工程1）磨削机应尽可能简单

4、，便于工作人员对机器进行必要的清理、维护；2）机器工作时对环境无害，即低噪声、低污染、低振动制造与检验1）质量符合国家标准；2）尽可能采取标准件使用和维护1）磨损件少而简单；2）尽可能无需看管3功能分析及功能分解将光纤接头保护玻璃管自动送入磨削机，需要首先进行定位夹紧，然后通过两套微型电机带动砂轮对玻璃管进行磨削，磨削完之后，将其送出，继续进行下一工件的加工，如此无间断工作。同时需做到无人看管，所以需要一自动报警系统。为了实现总功能可将总功能分解为玻璃管的送料、定位、加紧、自动取走加工好的工件、倒角磨削、故障报警等分功能。功能树如图3.2所示。 右倒角磨削功能右加紧定位功能左加紧定位功能左倒角

5、磨削功能故障报警功能取走工件功能磨削倒角功能工件定位加紧功能自动送料功能光纤接头保护玻璃管内倒角自动磨削机功能图3.2 保护玻璃管内孔倒角磨削机功能树4 功能原理求解及执行机构运动设计4.1 磨削机的送料、取工件功能设计考虑到机构的简便灵活性，进料取料机构采取圆盘式结构，一次性实现原料的送给以及成品的输出。工作原理如3.3所示。送料盘由某机构带动实现间歇式转动。送料盘上开有与保护玻璃管直径相配的半圆槽，在进料口，保护玻璃管依靠重力作用由存放处滚入半圆槽内，送料盘带有防护罩，防止转动过程中将工件甩出随送料盘一块转动至磨削加工位置，在加工位置定位加紧，同时进行磨削加工，加工好之后，又随送料盘转至工

6、件导出位置，依靠重力从半圆槽中脱出，进入成品储放位置。图3.3 送料取料装置4.2 定位夹紧功能 左右两端分别采用一夹持器进行加紧，同时起到定位的作用-可以将保护玻璃管的两个端口对准磨削砂轮，防止损坏端部。其工作原理如图3.4所示。夹持器由5-16-17（锥块、两固定摇杆弹簧）组成，锥块5固定于滑板7之上，由某机构（图示以凸轮机构为例说明）驱动做间歇式直线往复运动。摇杆6固定在机架之上，摇杆的端部开有与工件外径相配合的沟槽，上面防滑性毛毡，防止工件左右滑动。当锥块向中间运动时，是固定摇杆外端分开，靠近工件端即实现定位并加紧。当锥快向两边运动时，弹簧17使摇杆6的外端合拢，靠近工件端分开，工件顺

7、利取走。图3.4 保护玻璃管内倒角磨削机的定位夹紧、磨削及故障报警装置4.3 磨削功能通过两套微型电机带动砂轮对玻璃管进行磨削。工作原理如图3.4所示。微型电机10固连于滑板7上，由某机构（图示以凸轮机构为例说明）驱动做间歇式直线往复运动。实现对保护玻璃管端部倒角的磨削。4.4 故障报警功能采用噪声传感器14和扬声器15以及自动控制系统实现装置的自动报警功能。噪声传感器固定在摇杆6的夹头部位，如图3.4 所示。当磨削砂轮磨钝或者砂轮端部与工件端部发上错位，就会发出很大的噪声，噪声通过传感器14、控制系统，使扬声器发出警报，实现自动报警功能。这样磨削机便可在无人看管的情况下工作。4.5 根据工艺

8、过程确定执行机构的运动规律 1）由送料取料装置的工作原理和结构知，送料盘做间歇式回转运动。 2）实现定位夹紧功能的加持器，磨削功能的微电机具固定在滑板上，滑板间歇式直线运动。综上，磨削机电动机D经过减速系统J减速后，动力分别由传动机构、输出。见图3.5。传动系统实现送料盘的间歇式回转运动；传动系统滑板的间歇式直线运动。J传动系统传动系统送料功能取走工件定位夹紧磨削工件D 图3.5 磨削机工艺动作分解4.6 执行机构的选型及评价根据执行机构的运动规律，以及工艺动作的分解，通过机构选型可构成形态学矩阵，如表3-2所示。 表3-2 系统方案形态学矩阵功能元 1 2 3 减速J 带传动 齿轮传动 蜗杆

9、传动 传动系统即送料盘的间歇式转动棘轮机构-不完全齿轮机构 传动系统即加紧锥块以及磨削砂轮的间歇式直线运动凸轮机构连杆机构齿轮齿条机构对表3-2所示形态学矩阵，分别从运动性能、动力性能、经济性、结构紧凑性等方面进行简单的评价。评价结果如表3-3所示。 表3-3 对形态学矩阵的简要评价评价指标具体项目简要评价连杆机构凸轮机构齿轮机构棘轮机构蜗杆机构运动性能运动规律、运动轨迹任意性较差基本上实现任意的运动过规律一般做定比传动实现间歇式转动一般做定比传动运动精度较低较高高一般较高动力性能传力特性一般一般较好一般较好冲击、振动、噪声较大较小小较大一般经济性能加工难易容易难一般较难较难维护方便性较方便较

10、麻烦较方便较方便较方便结构紧凑性运动空间较大较小较小较小较小结构复杂性较复杂一般简单较复杂一般4.7 机构的组合对该磨削机构进行定性分析，结合设计要求，可以对该磨削机的性能要求进行排队，1.运动精度（磨削量很小，容易破碎，所以需要很狗的运动精度）;2. 冲击噪声；3.维护方便（为大批量生产，而且过程中产生很多玻璃粉末，要经常维护清理）；4. 结构复杂；5. 运动空间。根据磨削机对性能要求的重要程度，结合表3-2,3-3 ，可以最终确定该磨削机的机构组合为：减速机构蜗杆蜗轮传动+齿轮传动；传动系统即送料盘的间歇式转动不完全齿轮机构；传动系统即加紧锥块以及磨削砂轮的间歇式直线运动凸轮机构；4.8

11、原动机的选择该原动机采用电动机，题目设计要求中已给出，电动机的转速约1500r/min。5 初步方案的拟定 通过上述分析，我们组三人共提出两套备选方案如图3.6，图3.7所示。 图3.6 方案一图3.7(a)方案二 图3.7（b）(加紧，磨削定位部分)图3.7（c）6 方案的评价与优选将方案一和方案二分别从运动性能、工作性能、经济性能以及结构紧凑性方面进行分析比较，如表3-4所示。确定出最终方案。表 3-4 方案一和方案二的性能比较评价指标评价对象方案一方案二A 运动性能能够实现所需的运动规律，由于采用了凸轮机构，齿轮机构，未采用精度很低的连杆机构，所以精度很高。但减速机构采用的齿轮机构较少，

12、难以实现所需的运动速度。能够实现所需的运动规律，由于采用了凸轮机构，齿轮机构，蜗轮蜗杆机构，所以精度很高。其传动系统可实现很大的传动比，能达到机构所需的速度。B 工作性能能够达到所需的生产效率，并能实现基本的运动功能，但缺少故障报警系统，所以不能达到无人看管的目标。能够达到所需的生产效率，增加了故障报警系统，弥补了方案一的缺点。C 经济性能凸轮机构和齿轮机构加工均比较难，增加了加工成本，两者的维护也不方便，增加了维护成本。采用了较多的齿轮齿条传动和锥齿轮传动，较一般齿轮传动机构费用增加。采用圆柱凸轮机构，较方案一更经济，用直杆和滑板代替方案一中的齿轮齿条机构，同时多用一般齿轮代替锥齿轮，较方案

13、一大大降低了生产和维护成本。D 结构紧凑凸轮机构使用使结构简化，整体结构比较紧凑，具有结构对称性，但要实现大的传动比，需要跟多级齿轮，使结构复杂。凸轮机构使用使结构简化，蜗杆传动使结构更为紧凑，简单。和方案一比较，结构对称性方面需要多加改进。根据表3-4 所比较的结果，可以看出方案二在各方面均优于方案一，所以将方案二确定为最终方案。如图3.8（a）(b)(c)。图3.8(a)方案二 图3.8（b）(加紧，磨削定位部分) 图3.8（c）其中：1-蜗杆，2-蜗轮，2、3、3、4-齿轮，4、5-不完全齿轮机构，6-摆杆，7-滑板，8-分配轴，9-圆柱凸轮，10-带磨削砂轮的微电机，11-工件，12-

14、送料盘，13-连接杆，14-噪声传感器，15-扬声器，16-锥块，7-弹簧。7 机构工作原理由图3-8（a）(b)(c)可见，电动机通过蜗轮蜗杆（构件1-2）实现大的降速，然后通过齿轮系（齿轮2334）实现小传动比的定比传动。齿轮4装在分配轴8上，驱动分配轴8转动。分配轴上的圆柱凸轮9通过连接杆13和滑板7带动锥块16和带磨削砂轮的微电机10做左右往复直线运动。锥块16左右运动使摆杆6开合实现工件的夹紧放松。微电机10的左右运动实现工件倒角的磨削。（需要指出的是，在摆杆6的夹头部分装有噪声传感器，当磨削砂轮磨钝或者砂轮端部与工件端部发上错位，就会发出很大的噪声，噪声通过传感器14、控制系统，使

15、扬声器发出警报，实现自动报警功能。左右倒脚加紧磨削原理一样，所以只介绍一端倒角的磨削。）分配轴8上的不完全齿轮4与齿轮5构成不完全齿轮传动系统，实现送料盘的间歇式转动功能。其工艺流程如图3.9所示。送料定位夹紧倒角磨削松开夹头取料 图3.9 倒角磨削机的工艺流程图当工件随送料盘转至磨削位置，送料盘停止转动，锥块16使摆杆6进行定位夹紧，然后砂轮进给磨削，磨削完后，砂轮退回，夹头松开，磨削好的工件自动从送料盘取出，接着进行下一工件的加工，如此不停的循环。8 相关数据的计算（1）减速机构参数设计 加工一个玻璃管所用时间为t，设计要求为8小时生产量不低于4000件，及生产率4000/(860)=8.

16、3件/min； t=60/8.3=7.2 s/件；为了计算设计方便，同时保证可靠的生产率要求取 t=6 s/件；即6s圆柱凸轮转过2，送料盘转过2/8=/4,这样即完成一个玻璃管的加工。设圆柱凸轮的转速9，齿轮4的转速4,则 9=4=2/6=/3 rad/s ； 原电机的转速： =15002/60=50 rad/s ； 从原电机到分配轴需实现的降速比 i=/9=150 ；根据标准，蜗杆蜗轮传动可取 z1=2, z2=31, m=5,分度圆直径 d1=50,d2=155, 可实现的传动比 i1=z2/z1=15.5 ；齿轮传动需要实现的传动比 i2=i1/i=150/15.59.6 ； i2=z

17、3/z2 z4/z3=9.6 ；齿轮选用的基本原则：1齿轮转速较高时，为了提高传动的平稳性，减小冲击震动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数一般可选为20402为了使齿轮免于发生根切，对于标准直齿圆柱齿轮来说，一般取齿数为1720综上以及考虑整体大小，选取最小齿数为20； 选取 z3=48, z2=20, z3=20, z4=40, m=3； 分度圆直径：d2=60, d3=144, d3=60, d4=120；（2）对于不完全齿轮机构x4和z5主动轮z4每转过一圈，从动轮z5转过一个工位，从动轮转过一圈从动轮有8个工位（如图3.8（c），即从动轮的停歇次数N=8，主动轮与从动轮的外圆直径相同，主

18、动轮z4=5,设主从动轮的假想齿数为：z4”=40 ，z5=48, m=3, 则 d4=120，d5=144 中心距A=132 mm；主动轮z4每转过一圈，从动轮z5的动角= 2/8=/4 rad；从动轮每转过一个动角所包含的齿数 z5=z5/N=48/8=6;从动轮上每一个锁止弧所跨过的整周节数 K=6-5+1=2，即从动轮相邻两锁止弧之间的实际齿数为6-2=4 个，齿槽与z5相同，为5个。从动轮z5上锁止凹圆弧半径R1=57；主动轮z4上锁止凸圆弧直径D2=2R1=114。（3）圆柱凸轮机构设砂轮直径为10，则当砂轮头部1.8进入玻璃管，即可磨出0.345的倒角，将该点标为B点。取B点距离

19、玻璃管端面最远距离为15。由于圆柱凸轮在工作过程中，转速低，受力较小，所以可以采用一次多项式运动规律。滚子直径为5 ，圆柱凸轮转角用表示。B点距离玻璃管端面的距离用y表示，时间用t表示。当=0到时， t=0到3s, y=15-5t ；当=到4/3时，t=3s到4s, y=0 ；当= 4/3到2时，t=4s到6s, y=7.5t ；最终得出连接杆的运动规律如图3.10所示。 图3.10 连接杆的运动规律圆柱凸轮展开后的形状如图3.11所示，滚子包络线为图中黑实线。图3.1 （4）锥块16与摆杆6为计算与制造方便，摆杆6所组成结构可以采取菱形，取各棱长为10，加紧端的摆动范围为相对玻璃管5，（不宜

20、取的太大，以免影响精度）。锥块运动应使夹头在2s时提前加紧，此时锥块水平移动10，使夹头相对玻璃管移动5，即锥度为1:2，最终设计的结构尺寸如图3.12所示。图3.12 9 运动循环图根据工艺动作顺序可知该系统运动方案有四个构件需要进行运动协调设计，即送料盘、锥块、摆杆的夹头、磨削砂轮。以圆柱凸轮的转角作为参考基准。以各构件作用点距离工件最远位置作为起点，得出机构运动循环图如图3.12所示。图3.12 系统运动循环图10 心得体会经过近十周的时间，我们完成了机械原理课程设计作业，通过此次作业的完成，我们小组学习到了很多东西，也有很多感触。作为机械专业的学生，我觉得这类作业对我们的能力锻炼有非常

21、重要的意义。通过对这次的光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动磨削机的设计，有助于我们进一步掌握课本知识，并将课本知识应用到实践中去，此次课程设计就为我们提供了良好的实践机会。在课程过程中的参观教学中，我们更是受益匪浅，我们直接接触了各种传动机构的模型，对课本上学到的机构有了更深的了解，同时也激发了我们的设计灵感，给我们的设计提供了很大的帮助。同时课程过程中，每个组都展示了自己的设计思路和设计方案，给大家提供了一个很好的互相交流的平台。我觉得该课应提供更多的课时，以使每个人都有一个展示自我的机会。此外通过这次课程设计，我们获得了以下经验：1、要充分发挥团队精神，充分利用好每个人的优势，要分工明确，这样

22、就会事半功倍，也要注意足够适时的交流2、课程设计也是创新的过程，其中有许多不曾处理过的问题，我们应该善于学习，积极地解决问题。然而由于自身所学有限，此次设计也存在着不足，未能做出三维动画，只对各构件进行了尺寸计算，而没有进行动力参数设计。11 参考文献1、孙桓、陈作模、葛文杰.机械原理.7版.北京：高等教育出版社，2008.2、强建国等.机械原理创新设计.华中科技大学出版社， 2008.3、濮良贵、纪名刚 .机械设计.8版. 北京：高等教育出版社，2008.4、黄平、刘建素、陈扬枝、朱文坚 常用机械零件及机构图册.北京：化学工业出版社，1999.5、王三民 . 机械原理课程设计. 机械工业出版社， 2005.第18 页05020804班 光纤接头保护玻璃管内倒角自动磨削机的设计 2011年5月1日