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1、 光纖接頭保護玻璃管內(nèi)倒角自動磨削機的設(shè)計 提供完整版的畢業(yè)設(shè)計 機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 光纖接頭保護玻璃管內(nèi)孔 倒角自動磨削機設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 號 設(shè) 計 者 指導(dǎo)教師 完成時間 2014年4月18日 1.1設(shè)計

2、題目 2 1.2機械系統(tǒng)的方案擬定 3 1.2.1 工作原理確定 3 1.2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計 3 1.2.3 原動機的選擇 5 1.2.4執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計 5 1.2.5機構(gòu)選型及組合 6 1.2.6方案評價及優(yōu)選 7 1.3 相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合 11 1.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關(guān)性能分析或說明 13 1.5課程設(shè)計體會及建議 14 主要參考文獻 15 1.1設(shè)計題目 光纖接頭保護玻璃管的結(jié)構(gòu)與尺寸如圖1所示。光纖接頭保護玻璃管被套在光纖接頭處，以保護光纖接頭。為不致?lián)p傷光纖，保護玻璃管內(nèi)孔兩端需倒角,如圖a

3、所示。該玻璃管內(nèi)孔兩端倒角宜采用細粒砂輪高速磨削的工藝，以避免砂輪磨削力過大而損壞其端口。其砂輪磨削頭的形狀如圖b所示。由于其用量很大，故需設(shè)計一臺專用自動倒角磨削裝置來加工。 a) b) 圖1 設(shè)計要求： 1）保護玻璃管在倒角之前處于散堆狀態(tài)，磨削時需自動整理并逐個送料，故需配套設(shè)計自動送料機構(gòu)。 2）保護玻璃管磨削時需自動夾緊，但夾緊力不宜過大，以免造成玻璃管損壞。為了減小對其夾緊

4、力，應(yīng)采用兩套砂輪磨頭，并沿軸向相對布置，相向進給，反向旋轉(zhuǎn)，使兩磨削力得以平衡，實現(xiàn)兩端口同時磨削并自動定位。要求兩砂輪的轉(zhuǎn)速約6000r/min，并用兩套微型電動機驅(qū)動分別獨立驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min。 3）要求保護玻璃管磨削機從自動送料、裝卸與夾緊、磨削控制等全部自動工作，并用一個電動機驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min。 4）每班（8小時）生產(chǎn)率不低于4000件。 1.2機械系統(tǒng)的方案擬定 1.2.1 工作原理確定 送料：由圖2為玻璃管的整料和送料機構(gòu)，當(dāng)一批玻璃管放入進料口，在具有機會運動特性的四桿機構(gòu)作用下，玻璃管依靠慣性沿斜坡滾到導(dǎo)軌中，由于

5、重力的作用在導(dǎo)軌內(nèi)調(diào)整自己的滾動方向，使玻璃管沿著合適的方向滾動，最后到達送料機構(gòu)。 夾緊：當(dāng)玻璃管從斜坡上滾下來并到達拐角處時，圓盤凸輪恰好將推桿送到拐角處并利用一個帶有圓弧形卡槽的裝置將玻璃管夾緊在加工位置。 加工：如圖12為傳動機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)總圖，動力由控制電機1輸出，經(jīng)帶輪7傳到星系齒輪軸進行減速，然后再傳到主軸9上控制各執(zhí)行構(gòu)件的運動。主軸9每轉(zhuǎn)動一圈，圓柱凸輪2轉(zhuǎn)動一周，通過連桿控制磨削電機4在導(dǎo)軌6上來回運動一個周期，從而完成一個工件5的磨削加工。 1.2.2 執(zhí)行構(gòu)件及其運動設(shè)計 1）磨削機的整料、送料功能設(shè)計 如圖2所示：我們利用一個有急回特性的四桿機

6、構(gòu)帶動料斗左右移動，由于料斗前進速度比較慢，而回程的時候很快，這樣就利用玻璃管的慣性作用使其滑落到斜導(dǎo)軌中，斜導(dǎo)軌的寬度略大于玻璃管的直徑，玻璃管可以利用自身的重力進行滾動方向的調(diào)整，從而實現(xiàn)順利送料。 圖2 2） 定位夾緊功能 圖3 3）磨削功能 通過兩套微型電機帶動砂輪對玻璃管進行磨削。工作原理如圖4所示。微型電機下方的圓柱凸輪機構(gòu)，由該機構(gòu)控制微型電機做間歇式直線往復(fù)運動。實現(xiàn)對保護玻璃管端部倒角的磨削。 圖4 1.2.3 原動機的選擇 該原動機采用電動機，題目設(shè)計要求中已給出，控制電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min，要求兩砂輪的轉(zhuǎn)速約60

7、00r/min，并用兩套微型電動機驅(qū)動分別獨立驅(qū)動，電動機的轉(zhuǎn)速約1500r/min，通過變速箱使輸出住的轉(zhuǎn)速達到6000r/min。 1.2.4執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計 根據(jù)工藝動作順序可知該系統(tǒng)運動方案有兩個主要構(gòu)件需要進行運動協(xié)調(diào)設(shè)計，即壓緊滑塊、磨削砂輪。以主軸的轉(zhuǎn)角作為參考基準得出機構(gòu)運動循環(huán)圖如圖5所示。 圖5 1.2.5機構(gòu)選型及組合 根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律，以及工藝動作的分解，選擇機構(gòu)類型，如表1所示。 表1 功能元 減速機構(gòu) 間歇送料機構(gòu) 磨削機構(gòu) 所選機構(gòu) 帶傳送和齒輪機構(gòu)結(jié)合 凸輪連桿機構(gòu) 圓柱凸輪 機構(gòu) 對表

8、1所選機構(gòu)類型，分別從運動性能、動力性能、經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)緊湊性等方面進行簡單的評價。評價結(jié)果如表2所示。 表2 對機構(gòu)選型的簡要評價 評價指標 具體項目 簡要評價 連桿機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 齒輪機構(gòu) 棘輪機構(gòu) 蝸桿機構(gòu) 運動性能 運動規(guī)律、運動軌跡 任意性較差 基本上實現(xiàn)任意的運動規(guī)律 一般做定比傳動 實現(xiàn)間歇式轉(zhuǎn)動 一般做定比傳動 運動精度 較低 較高 高 一般 較高 動力性能 傳力特性 一般 一般 較好 一般 較好 沖擊、振動、噪聲 較大 較小 小 較大 一般 經(jīng)濟性能 加工難易 容易 難 一般 較難 較難 維

9、護方便性 較方便 較麻煩 較方便 較方便 較方便 結(jié)構(gòu)緊湊性 運動空間 較大 較小 較小 較小 較小 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性 較復(fù)雜 一般 簡單 較復(fù)雜 一般 對該磨削機構(gòu)進行定性分析，結(jié)合設(shè)計要求，可以對該磨削機的性能要求進行排列，1.運動精度（磨削量很小，容易破碎，所以需要很小的運動精度）;2. 沖擊噪聲；3.維護方便（為大批量生產(chǎn)，而且過程中產(chǎn)生很多玻璃粉末，要經(jīng)常維護清理）；4. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；5. 運動空間。 根據(jù)磨削機對性能要求的重要程度，結(jié)合表1，2 ，可以最終確定該磨削機的機構(gòu)組合為： 減速機構(gòu) 帶傳動+齒輪傳動； 傳動系統(tǒng)Ⅰ即送料及夾緊機

10、構(gòu) 凸輪連桿機構(gòu)； 傳動系統(tǒng)Ⅱ即磨削砂輪的間歇式直線運動 圓柱凸輪機構(gòu)； 將以上幾種機構(gòu)進行整合后形成總的結(jié)構(gòu)圖。 1.2.6方案評價及優(yōu)選 通過以上分析，對于“送料、整料機構(gòu)”、“裝卸與夾緊機構(gòu)、“磨削控制機構(gòu)”，我們提出了以下方案： 1）送料及夾緊裝置（共三套方案） 方案一： 圖6 方案二： 圖7 方案三： 圖8 2）磨削控制機構(gòu) 圖9 方案的評價： 送料及夾緊裝置 方案一 方案二

11、方案三 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單 結(jié)構(gòu)簡單 運動比較精確 缺點 靠自身重力可能不能可靠夾緊 加工位置會有相對的浮動 設(shè)計制造比較復(fù)雜 方案的優(yōu)選： 充分考慮到玻璃管加工要求的準確性，我們對上述的方案進行了進一步的改進，將方案一與方案二綜合，并將凸輪推桿頂部的壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計成圓弧，這樣既保證了夾緊的可靠性，又保證了加工的準確性。 圖10 1.3 相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合 （1）減速機構(gòu)參數(shù)設(shè)計 加工一個玻璃管所用時間為t，設(shè)計要求為8小時生產(chǎn)量不低于4000件，及生產(chǎn)率 η≥4000/(860)=8.3件/min； t′=60/8.3=7.2

12、 s/件； 為了計算設(shè)計方便，同時保證可靠的生產(chǎn)率要求取 t=6 s/件； 即6s圓柱凸輪轉(zhuǎn)過2π，送料盤轉(zhuǎn)過2π/8=π/4,這樣即完成一個玻璃管的加工。 設(shè)圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速ω9，齒輪4的轉(zhuǎn)速ω4,則 ω9=ω4=2π/6=π/3 rad/s ； 原電機的轉(zhuǎn)速： ω=15002π/60=50π rad/s ； 從原電機到分配軸需實現(xiàn)的降速比 i=ω/ω9=150 ； 根據(jù)標準，蝸桿蝸輪傳動可取 z1=2, z2=31, m=5㎜,分度圓直徑 d1=50㎜,d2=155㎜, 可實現(xiàn)的傳動比 i1=z2/z1=15.5 ； 齒輪傳動需

13、要實現(xiàn)的傳動比 i2=i1/i=150/15.5≈9.6 ； i2=z3/z2’ z4/z3’=9.6 ； 齒輪選用的基本原則： 1．齒輪轉(zhuǎn)速較高時，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊震動，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)一般可選為20~40 2．為了使齒輪免于發(fā)生根切，對于標準直齒圓柱齒輪來說，一般取齒數(shù)為17~20 綜上以及考慮整體大小，選取最小齒數(shù)為20； 選取 z3=48, z2’=20, z3’=20, z4=40, m=3㎜； 分度圓直徑：d2’=60㎜, d3=144㎜, d3’=60㎜, d4=120㎜； （2）圓柱

14、凸輪機構(gòu) 設(shè)砂輪直徑為Φ10，則當(dāng)砂輪頭部1.8㎜進入玻璃管，即可磨出0.345的倒角，將該點標為B點。取B點距離玻璃管端面最遠距離為15㎜。 由于圓柱凸輪在工作過程中，轉(zhuǎn)速低，受力較小，所以可以采用一次多項式運動規(guī)律。滾子直徑為Φ5 ，圓柱凸輪轉(zhuǎn)角用θ表示。B點距離玻璃管端面的距離用y表示，時間用t表示。 當(dāng)θ=0到5π/6π時， t=0到2.5s, y=15-6t ； 當(dāng)θ=5π/6到7π/6時，t=2.5s到3.5s, y=0 ； 當(dāng)θ= 7π/6到2π時，t=3.5s到6s, y=6t-21 ； (3) 盤形凸輪的運動設(shè)計 凸輪基圓半徑：，推桿行程：，遠

15、休止角：， 運動規(guī)律： 1.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關(guān)性能分析或說明 圖11 圖12 性能分析與說明（運動鏈）： 1-控制電機→→5-皮帶輪→→6-行星輪→→7-主軸→→2-圓柱形凸輪→→ 3-磨削電機→→8-磨削頭→→4-玻璃管 1.5課程設(shè)計體會及建議 經(jīng)過幾周的努力，我們小組終于完成了此次的機械原理課程設(shè)計作業(yè)。在這幾個月的時間里，通過對這次的光纖接頭保護玻璃管內(nèi)孔倒角自動磨削機的設(shè)計，我們查閱了很多書籍，也

16、上網(wǎng)查閱了很多的機構(gòu)，學(xué)習(xí)了許多畫圖軟件，通過學(xué)習(xí)與討論，我們相互交流自己的想法與意見，不但地提出新的構(gòu)思，我們都學(xué)到了很多東西，也對機械機構(gòu)的設(shè)計有了初步的認識，我認為這次的作業(yè)對我們大學(xué)的學(xué)習(xí)有很重要的意義，不僅讓我們記憶不得對課本知識加以更深學(xué)習(xí)，而且將課本知識進一步的運用到實踐中去。 在此次機械課程設(shè)計的過程中，我們不僅學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識，更進行了生動活潑的課堂討論，則課堂討論中各組成員相互展示自己的PPT作品，通過交流，大家相互分享各自的成果，聆聽老師和同學(xué)們的建議，從而有了更多的認識和啟發(fā)。 此外通過這次課程設(shè)計，我們獲得了以下經(jīng)驗：1、要充分發(fā)揮團隊精神，充分利用好每個人的優(yōu)

17、勢，要分工明確，這樣就會事半功倍，也要注意足夠適時的交流；2、課程設(shè)計也是創(chuàng)新的過程，其中有許多不曾處理過的問題，我們應(yīng)該善于學(xué)習(xí)，積極地解決問題。 然而由于自身所學(xué)有限以及時間有限，此次設(shè)計也存在著不足，未能做出三維動畫，只對機構(gòu)進行了簡單的計算。 一點建議：希望以后能多進行此類課程的設(shè)計，將書本上的知識真正應(yīng)用到實際中去，提高大家分析問題和解決問題的能力。 主要參考文獻 [ 1 ] 孫桓、陳作模、葛文杰.機械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013. [ 2 ] 黃靖遠、高志、陳祝林.機械設(shè)計學(xué)[M]. 機械工業(yè)出版社， 2005. [ 3 ] 黃平、劉建素、陳揚枝、朱文堅 .常用機械零件及機構(gòu)圖冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999. [ 4 ] 濮良貴、紀名剛 .機械設(shè)計[M].9版. 北京：高等教育出版社，2013. [ 5 ] 呂仲文.機械創(chuàng)新設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. [ 6 ] 強建國等.《機械原理創(chuàng)新設(shè)計》.華中科技大學(xué)出版社， 2008. 15