机械原理课程设计说明书光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动机设计

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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机设计 1.1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设计技术要求如下：1）保护玻璃管在倒角之前处于散堆状态，磨削时需自动整理并逐个送料，故需配套设计自动送料机构。2）保护玻璃管磨削时需自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以

2、免造成玻璃管损坏。为了减小对其夹紧力，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。要求两砂轮的转速约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。3）要求保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约1500r/min。4）每班（8小时）生产率不低于4000件。1.2机械系统的方案拟定1.21工作原理确定我们设计的光线保护玻璃管倒角机的工作原理如下采用齿轮，改变转速以及分路原理将齿轮电机主轴上的1500r/min的转速转换成3个转速为6

3、000r/min 的齿轮的转速，这样就可以实现三组工件同时加工。设定每组加工的时间是10秒。倒角机的伺服系统主要分成三部分：自动送料装置，自动夹紧装置，以及刀架逆向行驶装置。 自动送料装置采用的是曲柄滑块机构来实现，在滑块上开三个与毛胚轴线处截面尺寸相同的孔（即长为10mm宽为5mm）当曲柄与连杆在同一直线处（不重叠）时，滑块上的孔便与装料箱的出料孔重合，毛胚在重力作用下自动掉下（滑块的空的宽度应略大与5，防止在掉落时卡住）。夹紧装置用凸轮来实现，凸轮近休端与远休端的尺寸差为5mm（即工件的直径）且凸轮上开有凸轮槽，用棍子推杆与夹具的左侧相连，当凸轮远休端与夹具接触时，工件被夹紧，当近休端与夹

4、具接触时，在棍子推杆的拉力作用下，夹具的两部分分开，工件从夹具上掉落。而且凸轮的远休端与近休端都保有一段圆弧角为40的等直径圆弧，这样可以保持在加工时，工件始终处于夹紧状态，不至于松动造成加工误差的出现，同时在加工完成时，有足够的时间使工件从家具上掉落，避免被夹具夹毁。使刀架同时逆向行驶也是用过曲柄滑块机构来实现的。如上图所示，当曲轴转动时，带动两连杆运动，而且两连杆的运动方向相反，连杆上连有刀架，则刀架同时逆向行驶。实现所需的功能要求。1.2.2执行构件及其运动设计本方案中执行构件为凸轮机器组合机构，齿轮系变速机构，由曲轴演化而来的曲柄滑块机构，各机构仿真图如下运用曲轴作为原动件，器直接带动

5、凸轮实现夹紧，从而实现夹紧加工的同步，设计之初是利用蜗轮蜗杆实现大传动比的变速，由于其设计简单，处于仿真原因，更改为齿轮系变速。1.2.3原动机的选择选用的电机型号:Y90L-4转速是 1500r/min,最多可使用三台电机，用两套微型电动机驱动分别独立驱动砂轮，则用最后一套微型电机来驱动伺服系统。主轴转速，伺服系统的速度分别是6000r/min,6r/min。则需要齿轮系来实现变速。1.2.4执行构件的运动协调性（运动循环图）设计各执行构件的运动循环图如上，依次是原动杆曲轴，砂轮，和夹具的运动循环图。图一是主轴即曲轴的运动循环图，运动周期T=10s.t图二是砂轮在一个周期内的位移图，据图可知

6、砂轮在各时间点的位移。图三是夹具上一点在一个周期内夹持方向上的位移图，据图可知两极限位置的休止。由于在加工过程中对夹具进退的速度无严格限制，故凸轮设计时只考虑近休点和远休点。1.2.5 机构选型及组合由于此次设计中机构比较简单，即运用定轴轮系实现1500r/min的电动机的降速，用曲轴连杆（变形曲柄滑块机构）实现刀具的正反行程及加工，用凸轮推杆机构实现工件的加工，各机构组合图如下所示。1.2.6方案评价及优选我们设计的光纤接头保护玻璃管倒角机总体上分为两大部分：主轴转动系统，以及伺服系统，伺服系统有包括，自动送料系统，自动加紧系统，以及刀架同时逆向行驶系统。而伺服系统的设计是倒角机设计的难点。

7、1.转动系统的设计由于使用要求砂轮的转速是6000r/min，可用的电机的转速是1500r/min，顾需要使用齿轮系来改变转速，以达到设计要求采用如上轮系，其中n1/n2=n3/n4=2 则可实现电机1500r/min 的转速向砂轮6000r/min的转速的传递。 2伺服系统的设计及优选1） 自动送料装置方案一的送料系统如上图所示，在装料箱的下部出口处，装有一个类似于两扇门的装置，而且两扇门上分别装有弹簧，在推杆滚子不予门板接触时，在弹簧的拉力作用下是关闭的，当1凸轮由远休端向近休端运动的时候，装料箱在重力的作用下向下运动，与棍子推杆接触，推动门板打开，完成送料任务。方案二的送料系统如下图方案

8、二采用曲柄滑块机构来完成自动送料，在滑块上分别开上长为10mm .宽为6mm（宽度比毛胚的直径略大，便于毛胚落下）的槽，当曲柄于连杆在同一直线（不重叠）时，花快上的空正好于装料箱的出口重合，则工件自动落下。完成自动送料。通过比较方案一与方案二，我们可以很直观的看出，方案二更具有实用性能。首先，方案一设计复杂，制造难度大，采用凸轮实现装料箱的上下移动需要设计一系列的传动机构以实现凸轮的运作，而且传动不平稳。其次，使用弹簧，弹簧过于频繁的拉紧放松，极易超出它的疲劳极限，造成破坏，影响机械的正常工作。方案二，主要有三大优点，一 曲柄滑块机构设计制造简单。二 曲柄作为原动件与加紧机构的原动件连在同一根

9、轴上，用同一动力驱动，减小了机构的复杂性。三 送料箱 固定不动，有利于实现精确送料，避免由于送料箱的运动造成送料误差的出现。所以综上，我们决定选择方案二作为倒角机的自动送料系统。2）自动夹紧装置方案一的机构简图如上所示。三组夹具的右侧于机架固连在一起，而夹具的左侧则通过连杆连在一起，这样就可以实现，三组夹具的同时加紧，同时张开。方案是利用凸轮加紧。当凸轮的远休端于挡板接触时夹具处于加紧状态，当工件的近休端转到于挡板接触的时候，在弹簧的弹力总用下，夹具左侧被弹开，由于远休端与近休端的距离差是5mm（一个工件直径），夹具分开的距离为5mm，则工件正好可以落下。方案二的简图如上，方案二与方案一大致相

10、同，只是考虑到弹簧的疲劳强度问题，所以将弹簧去掉，改用滚子推杆机构。在凸轮上开一个槽（一个远休端与近休端差为5mm的凸轮槽）推杆的右侧于夹具的左侧相连，这样就可以代替弹簧的作用。所以在最终方案中我们选用方案二。3）刀架同时逆向行驶系统的设计。 方案一方案一如上图所示。采用一对圆柱凸轮来实现。圆柱凸轮的轮弧有最低端到最顶端的距离等于砂轮直径3mm出到工件的距离加0.3(倒角的长度)，则当圆柱凸轮滚子由最低端转到最顶端的是过程中，在推杆的作用下，刀具运动到工件端面并完成倒角工作，当滚子由最顶端运动到最低端时，刀具退回原来位置，完成一次加工。方案二是采用曲柄滑块机构来实现刀架的逆向行驶的方案二与方案

11、一相比，T为曲柄，G为连杆，曲柄滑块机构设计制造更简单，在减速轮系中，方案一由于利用了曲柄滑块机构，可全部利用直齿圆柱齿轮轮系来实现，去掉了方案一种的涡轮蜗杆机构，制造更加方便。1.3相关机构的尺度综合（包括运动及动力设计和仿真）效率计算，我们设计的倒角机是采用三组刀具同时加工，每分钟加工18件（即三组）则8小时加工的总工件个数为18*60*8=8840件由于每分钟加工18个则，每组加工的时间 是10秒。主轴转动的计算（单位均为mm）可用电机的主轴转速是1500m/min 砂轮的转速是6000/min 则需要传动比i=4的齿轮系来实现速度的转换。如上图示，Z1=Z3=40 , Z2=Z4=20

12、 模数 m=1压力角 =20 齿顶高系数ha*=1 顶隙系数c*=0.25齿轮的分度圆直径 d1=d3=mz1=40mm d2=d4=mz2=20mm齿轮的齿顶高 ha1=ha3=mha*=1 ha2=ha4=mha*=1齿轮的齿根高 hf1=hf2=(h*+c*)m=1.25 hf3=hf4=(h*+c*)m=1.25齿全高 h1=h2=(2ha*+c*)m=2.25 h3=h4=(2ha*+c*)m=2.25齿顶圆直径 da1=(z1+2ha*)m =42 da2=(z2+2ha*)m= 22 da3=(z3+2ha*)m= 42 da4=(z4+2ha*)m=22 齿根圆直径 df1=(

13、z1-2ha*-2c*)m= 37.5 df2=(z2-2ha*-2c*)m=17.5 Df3=(z3-2ha*-2c*)m=37.5 df4=(z4-2ha*-2c*)m=17.5基圆直径 db3= db1=d1cos()= 37.58 db2= db2=d2co9s)=18.79 齿距 p=p1=p2=p3=p4=m=3.14基圆齿距 pb=pb1=pb2=pb3=pb4=pcos()=2.95齿厚 s=s1=s2=s3=s4=m/2=1.57齿槽宽 e1=e2=e3=e4=m/2=1.57有以上数据可得 L1=d1+d2/2+d3/2+d4=100mm则齿轮箱的高度应大于100mm 取1

14、20mm齿轮1的厚度为10mm 则齿轮箱的长度可取50mm 又由于三个20吃的齿轮分度圆直径之和为 60mm 则可取齿轮箱的宽度为 70mm伺服系统变速齿轮系的齿轮参数计算(单位均为：mm)如下图Z1=20 Z2=100 Z3=20 Z4=100 Z5=20 Z 6=100 Z7= 20 Z8=40 齿轮的分度圆直径 d1=d3=d5=d7=mz1=20 d2=d4=d6=mz2=100 d8=mz8=40齿轮的齿顶高 ha1=ha3=ha5=ha7=mha*=1 ha2=ha4=ha6=mha*=1 ha8=mha*=1齿轮的齿根高 hf1=hf3=hf5=hf7=(h*+c*)m=1.25

15、 hf2=hf4=hf6=(h*+c*)m=1.25 hf8=(h*+c*)m=1.25齿全高 h1=h2=(2ha*+c*)m=h3=h4=h5=h6=h7=h8=(2ha*+c*)m=2.25齿顶圆直径 da1=da3=da5=da7=(z1+2ha*)m =22 da2=da4=da6=(z2+2ha*)m= 102 Da8=(z3+2ha*)m= 42 齿根圆直径 df1=df3=df5=df7=(z1-2ha*-2c*)m=17.5 df2=df4=df6=(z2-2ha*-2c*)m=97.5 Df8=(z8-2ha*-2c*)m=37.5 基圆直径 db1=db3=db5=db7

16、=d1cos()= 18.79 db2=db4=db6=d2cos()= 93.97 db8=d8cos()= 37.58齿距 p=p1=p2=p3=p4=p5=p6=p7=p8=m=3.14基圆齿距 pb=pb1=pb2=pb3=pb4=p5=p6=p7=p8=pcos()=2.95齿厚 s=s1=s2=s3=s4=s5=s6=s7=s8=m/2=1.57齿槽宽 e1=e2=e3=e4=e5=e6=e7=e8=m/2=1.57送料及加紧机构 尺寸计算送料机构尺寸设计及计算送料机构是通过曲柄滑块来实现，连接曲柄的转轴到夹具的距离L1=30mm 取曲柄的长度10mm，设定当滑块最左端于夹具的最左

17、端平齐时滑块上的空与料箱的出料口重合，则曲柄滑块机构的连杆的长度L2=3010=20mm 。由于设计给定夹具的长度是15mm，则滑块上最左端空距滑块左端边界的距离为7.5mm，有因为三组砂轮是通过分度圆d=20的齿轮来带动的则两两刀具间的距离a=20mm 则夹具之间对应处的距离为20mm，则滑块上各空之间的距离为20mm 由于工件的长度为10mm 则设定滑块的宽度为20mm同时给定滑块上的空的宽度为6mm。（略大于工件的直径，防止工件被卡住）。要保证曲柄滑块正常工作，还必须保证滑块足够长，以防止滑块过短，当曲柄转到最左侧时，最右侧的料箱里的毛胚从滑块右侧掉落。当曲柄转到左侧时，相比在最右侧运行

18、了20mm，则最短的尺寸是7.5+40+2.5+20=70, 则取滑块的长度为 80mm。同时给定滑块的厚度为3mm。加紧机构尺寸设计及计算 夹具的设计夹具的长度为15mm 在夹具上开有直径是5mm的半圆柱空，其中圆柱中心到上平面的距离为1.5mm，则开口的宽度为4mm，这样便于工件的装夹。 夹具的宽度等于工件的长度10mm 夹具的 高度为10mm。 用凸轮来实现工件的加紧。凸轮的远休端的直径是32mm 而转轴到夹具的距离是30mm则凸轮应于夹具下侧的挡板相连接，挡板到夹具左侧的距离是32-30=2mm。其中凸轮的近休端为27mm。凸轮上有一凸轮槽，凸轮槽的宽度设定为5mm，深度设定为4mm，

19、上有一直径是4.5mm的滚子，滚子的高度是4mm，滚子上有一推杆，推杆与夹具最左侧相连。凸轮槽外轮缘到凸轮外缘的距离是5mm（设计给定度 ），则推杆的长度是2.5+5-2=5.5同时凸轮的厚度给定为10mm凸轮的绘制，绘制两个同心圆，半径分别是27mm，32mm，同时 以水平线为中心线做两条直线，两直线间的夹角为40分别以A,B 以及对应角为a的两端圆弧之间的一点为基点，采用三点做圆弧法做出连接A,B两点的圆弧，并除多余的圆弧。采用以上的方法，做出半径是22，27的圆弧，对于凸轮槽的内边缘轮廓线（即半径是17，22的圆弧所构成的圆弧）大致上与上面的做法相同，只是要控制轮槽的宽度为5mm，在第二

20、个轮才上取一点，并向圆心出做5mm线段，以C,D以及5mm线段端点三点做圆弧既满足要求。连接凸轮以及曲柄滑块的轴的计算。给定的EF间的距离是L=15.9mm夹具的厚度是10mm，滑块的厚度是3mm凸轮与夹具的底距离是2mm，则滑块与夹具之间的距离是0.9mm。锥齿轮计算，锥齿轮的齿数相等Z1=Z2=30 ，取模数m=1 则分度圆直径为d1=d2=mZ1=30mm.。砂轮距齿轮箱底的距离d4/2+d3+d2/2+d1+10= 90mm（d1,d22,d3,d4是刀具齿轮箱内齿轮的分度圆直径）。竖直轴上GH两点间的距离为：90-d2/2-（2.5+6）-2-10=52.5mm，竖直轴到最右侧夹具的

21、右边缘的距离为：30+15+202=85mm。则N点到有边缘的距离NX=85-15=70MM,，NM的距离应大于NX ，取NM的长度为70+20=90mm刀架逆向行驶装置的尺寸的给定及计算当曲柄与连杆同一直线上（且不重叠）时，砂轮直径3mm处到工件端面的距离是20mm，可知，当曲柄与连杆在同一直线（重叠）时，砂轮与工件最近，即加工阶段，设曲柄的长度是a 则2a=20+0.3的 a=10.15mm。给定刀砂轮直径3mm处到砂轮齿轮箱的表面的距离为10.15 则连杆的长度为：L=20+10.15+5-10.15=25mm.两曲柄关于中间夹具的中心线对称，却两曲柄到中心线的距离为5 mm则N点到左侧

22、曲柄的距离为30+7.5+20-15-5=37.5mm；M点到右侧曲柄的距离是90-37.5-10=43.5mm。1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动机的机构简图如下，由于有部分简图会出现遮挡的现象，故遮挡的部分绘制在另一张图上。系统的机构加图如上，第一幅图是伺服系统的变速机构，以及刀架，类似于丝杠功能的曲柄滑块机构。在上图中，通过齿轮1，2，3，4，5，6，7，8，将电机的1500转降到曲柄所需的转速6r/min。曲柄于齿轮8固连在一起，当齿轮8转动时，带动的第二幅图的曲轴（即两曲柄）转动带动两刀架同时逆向行驶。完成对工件的加工。但利用曲柄机构也有一

23、个缺点，那就是刀架的运行速度不平稳，易造成刚性冲击。砂轮的转速要求是6000r/min则通过齿轮箱内的变速轮系来实现。图二主要显示的是，工件自动加紧装置，以及自动送料装置。通过曲轴NM，以及锥齿轮将伺服系统的6r/min的转速传递到竖直轴HF上，通过竖直轴带动凸轮，以及曲柄滑块来实现夹紧以及送料。利用凸轮来完成工件的夹紧，当凸轮有近休端转向元休端的过程中，在推杆以及凸轮外缘的推力作用下，夹具的右侧向左侧靠近，完成对工件的夹紧，当加工时，凸轮恰好转到远休端，在远休端对应40的圆弧，在加工过程中工件会始终处于夹紧状态。当加工完成时，凸轮恰好由远休端转向近休端，在滚子推杆的拉力作用下，夹具的右侧与左

24、侧分开，工件自动脱离夹具。在设计上在夹具的下侧还应加一个斜面，这样就可以使工价脱离加工机械，不然会掉到曲轴上，损伤工件，以及机器。采用曲柄滑块机构来实现自动送料，当曲柄与连杆在同一直线上时，花快上的空于出料空重合，则毛胚自动掉落，在机械刚开始使用是应对其进行调整，使工件的送料以及夹紧相协调。可以是曲柄滑块机构的曲柄设置在凸轮刚出近休端的地方如图示W为曲柄滑块机构的曲柄，凸轮的转速是逆时针。1.5课程设计体会及建议此次的课程设计花费了我们三人近六周的时间，从开始草案提出，到后面的初步展示，方案优化，直至最后的书面成型，期间我们经历了很多。课程设计不同于平时的作业，它不仅要求理论知识的掌握，同时还

25、考验我们的思维与阅历。它不再是闭门造车式的死记硬背，而是要集思广益，灵活变通。总有种感觉，课本上的知识能用上的总是很少，只要努力地记忆就能掌握，但这次课程设计却总给人一种书到用时方恨少的感觉，一次次的查阅课本和相关资料，一次次的对着公式埋头苦思，总是那么的让人感觉气馁。这时才明白，书本上的始终只是一种学问，而真正的知识还是要在实践中去体会。课程设计这门课程开设的很好，它给即将步入社会的学生的我们当头棒喝埋头于书本是不明智的，那样的我们只能走做学问，搞先辈的理论的老路子，而不可能走出去，走自己的路子。大学是一个小型的社会，这里不再是初高中那种一切自己能搞定，两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书的地方了

26、，这里要学会和人交往，与他人合作，团队是一个重要舞台，这里的个人英雄主义注定是个悲剧，只有与他人合作，懂得给自己定位才能让你做起事来，事半功倍。在你可以做好的地方努力去做，做不好的地方先坦率的让给他人去做，这样才不至于误人害己。总之，一句话，对于即将步入社会的我们，领悟书本与实践的距离，团队精神的重要是很重要的，或许平日不能察觉，但通过这次的课程设计你一定会有所领悟。另外，老感觉老师给出的课题过于单薄，太少了，让我们自己找是不太现实的，我们又有多少人有足够的阅历和能力去给自己出题目，并加以解决的呢？故，我希望老师可以给出大量的题目，就算不用，开阔视野总是好的。还有这个课时实在是有点少，老师教授与的知识很有限，很希望在这种类型的课上多组织些实践课，让我们能多学到很多书本上学不到的知识。主要参考文献1 孙桓 葛文杰 陈作模机械原理（第七版）M高等教育出版社,20062 齐从谦 甘屹 王士兰Pore野火5.0产品造型设计与机构运动仿真M中国电力出版社，20103 席振鹏 机械CAD基础教程J 哈尔滨工业大学出版社 2009