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12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 平尺刻線機(jī)設(shè)計(jì) 說明書 學(xué)生姓名 劉 康 樂 學(xué) 號(hào) 8031208115 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級(jí) 12 1 指導(dǎo)教師 劉 媛 媛 日 期 2012 5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制 目錄 1 緒 論 3 1 1 選題的意義和目的 3 1 2 本課題的研究現(xiàn)狀 3 1 3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 4 1 4 方案的確定 4 2 總體設(shè)計(jì) 5 2 1 機(jī)型 5 2 2 工作原理 5 2 3 總體配置 6 2 4 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 6 2 5 進(jìn)料槽 6 2 6 抬刀機(jī)構(gòu) 6 3 動(dòng)力性能計(jì)算 6 3 1 主工作動(dòng)力的選擇 6 4 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 8 4 1 設(shè)計(jì)要求 8 4 2 刀架軸的尺寸設(shè)計(jì)以及校核 8 4 3 立軸的設(shè)計(jì) 10 4 4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 10 4 5 摩擦輪力的計(jì)算 11 4 6 凸輪的設(shè)計(jì) 12 4 7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動(dòng)比 13 4 8 摩擦輪軸的設(shè)計(jì) 13 4 8 1 軸的定位和材料的選取說明 13 4 9 刻線周期的確定 15 4 10 不完全齒輪的設(shè)計(jì) 17 5 其他零部件 18 5 1 水平軸 18 圖 5 1 水平軸 18 5 2 刻線刀示意圖 18 5 3 工作臺(tái)示意圖 19 5 4 軸承的選取 參見參考資料 1 第 64 頁 19 5 5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要 見參考資料 1 第 53 頁 19 5 6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 19 6 結(jié)論 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 1 緒 論 1 1 選題的意義和目的 人們?cè)谡J(rèn)識(shí)我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然 由表及里 逐一深入 從 外及內(nèi) 顏色 形狀 大小 尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度測(cè)量就顯現(xiàn)出它的重要性 長(zhǎng) 度 的 測(cè) 量 是 最 基 本 的 測(cè) 量 最 常 用 的 工 具 是 刻 度 尺 可 是 在 最 開 始 是 不 存 在 刻 度 尺 的 最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及 埃及人曾用質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗巖制作了一根長(zhǎng)度標(biāo)尺 它的長(zhǎng)度是法老的小臂 肘到中指 的距離 因此又叫 腕尺 雖然這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng) 隨意 卻解決了重要問題 比如 金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證 隨意定義長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于國(guó)外 中國(guó)的情況也基本類似 史書記載 在遠(yuǎn)古時(shí) 期 中國(guó)人便 布手知尺 身高為丈 邁步定畝 古人中指中節(jié)之長(zhǎng)被定義為 一寸 直到現(xiàn)在 中醫(yī)的針灸還沿用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 中國(guó)最早的長(zhǎng)度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺 這 把骨尺由獸骨磨成 長(zhǎng) 17 厘米 上面標(biāo)刻著等長(zhǎng)的 10 個(gè)單位 到了春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期 各國(guó) 諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn) 這個(gè)王的手掌 那個(gè)王的小腿 都紛紛派上用場(chǎng) 使得長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂 給國(guó)與國(guó)之間的交流造成了極大不便 到秦始皇統(tǒng)一度量衡時(shí) 王侯的身體部位才退出歷史舞臺(tái) 從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量?jī)x器 而刻線又成了一個(gè)問題 人工的誤差是很大的 在工業(yè)和科技日新月異的最近一個(gè)世紀(jì) 人們就設(shè)計(jì)出了刻線機(jī) 并且不斷改進(jìn) 本課題通過機(jī)械化刻線 可以達(dá)到準(zhǔn)確度高 精確度高 減少了勞動(dòng)力 提高了生產(chǎn) 效率 降低成本 本課題在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題 通過認(rèn)真分析以解決 在今后的 設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循 1 2 本課題的研究現(xiàn)狀 平尺刻線機(jī)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃 可在工 作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線 刻線精度大為提高 國(guó)內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例 如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的 BVD50 系列激光刻線機(jī) 平尺刻線機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī) 例如 OK KX50A 激光刻線 機(jī)采 用 光 刻 代 替 機(jī) 械 刻 劃 可 在 工 作 臺(tái) 移 動(dòng) 的 情 況 下 完 成 動(dòng) 態(tài) 刻 線 刻 線 精 度 大 為 提 高 克 服 了 傳 統(tǒng) 照 相 腐 蝕 工 藝 費(fèi) 時(shí) 費(fèi) 力 的 缺 點(diǎn) 高 速 高 效 一 次 完 成 刻 線 字 符 商 標(biāo) 等 內(nèi) 容 全 程 電 腦 控 制 精 度 高 速 度 快 最 大 限 度 的 降 低 了 產(chǎn) 品 不 合 格 率 使 用 靈 活 方 便 即 可 成 批 量 生 產(chǎn) 又 可 滿 足 少 量 加 工 等 多 種 需 求 絕 對(duì) 環(huán) 保 無 任 何 污 染 是 現(xiàn) 代 化 生 產(chǎn) 工 藝 的 主 流 支 持 單 公 制 單 英 制 雙 公 制 雙 英 制 公 英 制 英 公 制 等 標(biāo) 新 型 支 持 丁 字 型 拐 角 型 圓 型 等 各 種 特 殊 量 具 類 型 支 持 用 戶 自 定 義 的 其 它 非 標(biāo) 類 的 平 面 或 圓 柱 面 的 量 具 速 度 快 刻 線 清 晰 精 度 高 永 不 磨 損 制 圖 方 便 快 捷 可 根 據(jù) 需 要 隨 意 制 作 各 種 尺 寸 形 狀 圖 標(biāo) 的 量 具 三 維 數(shù) 控 除 主 運(yùn) 動(dòng) 外 其 它 兩 維 運(yùn) 動(dòng) 也 是 自 動(dòng) 調(diào) 整 可 以 快 速 準(zhǔn) 備 的 對(duì) 焦 定 位 對(duì) 已 生 產(chǎn) 過 的 型 號(hào) 電 腦 自 動(dòng) 記 憶 位 置 及 其 刻 線 參 數(shù) 以 后 生 產(chǎn) 可 直 接 調(diào) 用 不 必 再 調(diào) 焦 定 位 1 3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題是刻線部分的抬刀機(jī)構(gòu)和刻線機(jī)構(gòu) 還有平尺的進(jìn) 給機(jī)構(gòu) 解決刻線不準(zhǔn)確 不方便 保證刻線刀的工作效果 結(jié)合目前的研究條件 此平 尺刻線機(jī)采用類似立式銑床的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)刻線與抬刀動(dòng)作 這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 易于設(shè)計(jì) 傳 動(dòng)效率高 同時(shí)容易理解 本課題的主要?jiǎng)恿碓纯痰?由主電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)整體 完成刻線 然后由抬刀電動(dòng)機(jī)通過減速器連接到齒輪齒條副 在通過立柱上的絲杠螺紋副 完成抬刀下刀動(dòng)作 最后由進(jìn)料電動(dòng)機(jī)通過減速器連接到不完全齒輪連到摩擦輪軸 由摩 擦輪帶動(dòng)平尺前進(jìn)完成進(jìn)料動(dòng)作 進(jìn)行下一周期的刻線工序 1 4 方案的確定 在翻閱和查找國(guó)內(nèi)外的相關(guān)資料和信息 經(jīng)過調(diào)查分析 我們發(fā)現(xiàn)刻線方式有以下幾 種 1 工作間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu) 首先 間歇性進(jìn)給機(jī)構(gòu)大致有 a 槽輪機(jī)構(gòu) b 不完全齒輪機(jī)構(gòu) c 棘輪機(jī)構(gòu) d 組合機(jī)構(gòu) 首先 槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小 機(jī)械效率高 能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位 但是相對(duì)于不 完全齒 實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜 而且制造及裝配的精度要求高 其傳動(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊 只 能用于速度不太高的場(chǎng)合 且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié) 不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)的參數(shù)較多 易滿足 不同停歇要求 但是 不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別 不僅在從齒輪的分布 上 而且在嚙合傳動(dòng)中 當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合及末齒退出過程中 齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙 合 因此在此過程中不能確保定傳動(dòng)比傳動(dòng) 由于從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)開始和終止時(shí) 角速度 有突變 故存在剛性沖擊 若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺(tái)相連 則會(huì)造成 較大的進(jìn)給誤差 棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠 并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu) 點(diǎn) 但其缺點(diǎn)是傳動(dòng)動(dòng)力小 工作時(shí)有沖擊和噪聲 不僅如此 傳動(dòng)力不足則會(huì)對(duì)工作臺(tái) 的進(jìn)給產(chǎn)生影響 從而影響整個(gè)工序 基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 故考慮組合機(jī)構(gòu) 不完全齒輪與螺旋機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 進(jìn) 給精度高傳動(dòng)力較大 易于制造加工 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 圖 1 1 2 刻線機(jī)構(gòu) 常見的王府機(jī)構(gòu)有 a 凸輪推桿機(jī)構(gòu) b 四桿機(jī)構(gòu) c 不完全齒輪與環(huán)形齒條 凸輪推桿機(jī)構(gòu)中 能通過凸輪的輪廓曲線實(shí)現(xiàn)推程 休止 回程 推程與回程使刀具 沿直線運(yùn)動(dòng) 休止能起到間接性的作用 從而機(jī)構(gòu)亦能達(dá)到刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動(dòng) 但凸 輪與推桿的接觸為先接觸 而刻線是刀具收的力比較大 凸輪壓力大 易磨損 由于不完全齒輪能實(shí)現(xiàn)所需的間歇性運(yùn)動(dòng) 而環(huán)形齒條能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng) 不完全齒輪 與環(huán)形齒條配合也為實(shí)現(xiàn)刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供另一條途徑 搭載計(jì)算過程中因?yàn)辇X 數(shù)等參數(shù)比較難于計(jì)算 無法做到恰到好處的嚙合 且也無法實(shí)現(xiàn)抬刀運(yùn)動(dòng) 只能保證刀 在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng) 刻線的直線行程 四桿機(jī)構(gòu)選擇性相對(duì)較大 是的四桿機(jī)構(gòu)不能被忽略考慮 在對(duì)一 些常用的四桿機(jī)構(gòu)的分析過程中 我們發(fā)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)普遍類似 且功能單一 基于以上考慮 采用凸輪推桿機(jī)構(gòu)組合螺旋上升機(jī)構(gòu)完成刻線和抬刀動(dòng)作 此機(jī)構(gòu)結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 易于實(shí)現(xiàn) 2 總體設(shè)計(jì) 2 1 機(jī)型 該機(jī)器屬于專用型小型機(jī)器 借鑒立式銑床的原理進(jìn)行設(shè)計(jì) 雖然定位為小型機(jī)器 但其結(jié)構(gòu)尺寸還要根據(jù)具體的配套電動(dòng)機(jī)來定 2 2 工作原理 工作過程 刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成 壓刀機(jī)構(gòu)用 于刻線時(shí)將刀具壓下 刻線完成之后 通過齒條齒輪副和絲杠螺紋副使刀具自動(dòng)起落 避 免平尺磨損 刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長(zhǎng)度 進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔 2 3 總體配置 經(jīng)過多次的討論和研究 確定平尺刻線機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 包括臺(tái)刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)和平 尺進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成 圖 2 1 刻線機(jī)主要部件示意圖 1 工作臺(tái) 2 端蓋螺釘 3 水平軸 4 定尺條 5 螺紋筒 6 刀架軸 7 固定螺母 8 鍵 9 立軸 絲桿 齒輪軸 10 刀體 11 定位螺母 12 墊片 13 壓緊彈簧 14 摩擦輪 機(jī)器主要由工作臺(tái) 電動(dòng)機(jī) 凸輪 水平軸 定尺條 立柱 螺紋筒 刀體 以及不 挖版權(quán)齒輪 壓緊裝置和摩擦輪構(gòu)成 2 4 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 刻線深度 mm 0 5 刻線時(shí)間 s 1 刻單線力 N 1000 2 5 進(jìn)料槽 平尺為 1040 30 mm 平尺刻線機(jī)主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刻線 刻線要求為每隔 1 毫米刻一條線 刻線長(zhǎng)度有 10 毫米 13 毫米 18 毫米三種類型 前四次刻線每次刻線長(zhǎng)度為 10 毫米 第五次刻線長(zhǎng)度 為 13 毫米 第六至第九次刻線長(zhǎng)度為 10 毫米 第十次刻線長(zhǎng)度為 18 毫米 以后依此類 推 刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu) 刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成 壓刀機(jī)構(gòu)用于刻線時(shí)將 刀具壓下 刻線完成之后 通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)和絲杠螺紋副使刀具自動(dòng)抬起 避免平尺磨 損 刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長(zhǎng)度 進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔 2 6 抬刀機(jī)構(gòu) 抬刀機(jī)構(gòu)是由如圖 2 1 所示 定尺條 4 與齒輪軸 9 上的齒輪嚙合使傳動(dòng)方向改變 然 后通過絲杠 9 到螺紋筒 5 到刀架軸 6 完成抬刀下刀動(dòng)作 刻線完成后水平軸在回位彈簧的 作用下回位 從而齒輪齒條副以及上面的絲杠螺紋副反向運(yùn)動(dòng)完成回程運(yùn)動(dòng) 3 動(dòng)力性能計(jì)算 3 1 主工作動(dòng)力的選擇 基于設(shè)計(jì)是從最末端的工作部位開始的 所以從工作部位的零件開始校核計(jì)算 動(dòng)力的配套適應(yīng)性應(yīng)符合拖拉機(jī)的額定功率大于機(jī)具在作業(yè)中所消耗的功率這一原則 圖 3 1 減速機(jī)的型號(hào)與標(biāo)記 圖 3 2 減速機(jī)的安裝形式 圖 3 3 減速機(jī)的電機(jī)接線盒位置 機(jī)具在作業(yè)中要消耗的功率 P1 作業(yè)中機(jī)具消耗的功率主要刻線刀在受牽引破開平尺消耗的功率 P 組成 刻線消耗的功率 P 刻 刻線刀克服平尺阻力所消耗的功率 P 按下式計(jì)算 刻 3 1 1 3 10810 pFvW 刻 刻 刻 行 機(jī)具行進(jìn)速度 mm s 可按 18mm s 就是按照每秒完成刻線動(dòng)作一次 刻線刀所受工作阻力為 3 1 2 nN 刻 單 線 式中 n 每次刻線的條數(shù) 刻每條線所需要的力F單 線 相應(yīng)于作業(yè)功率 拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有的功率 P 開 拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)較作業(yè)消耗功率大一些 有所貯備 另外再考慮到動(dòng)力傳 輸?shù)臋C(jī)械效率 因此減速機(jī)應(yīng)具有的功率為 3 1 3 3 1080 9 162WPv 刻 刻刻 實(shí) 式中 減速機(jī)滾動(dòng)阻力系數(shù) 這里取 0 12 機(jī)組總的機(jī)械效率 現(xiàn)在按 0 9 計(jì) 將各有關(guān)值代入公式 考慮到回位彈簧所消耗的功率 參考圖 3 1 3 2 3 3 可選擇FAZ32Y1 45PMC 4 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4 1 設(shè)計(jì)要求 刻線力 1000N 每條線 行走速度 sm18 v 平尺長(zhǎng)度 L 1040mm 每行走 11mm 就是要刻線 10mm 所需時(shí)間約為 4 秒鐘 所以 每分約刻線 150mm 4 2 刀架軸的尺寸設(shè)計(jì)以及校核 圖 4 1 刀架軸 水平面支撐反力 12HF 10 0tFN 4 2 1 150tN 4 2 2 水平面的彎矩 1 7518 2aHLMFNm 4 2 3 轉(zhuǎn)矩 20 35tdT 4 2 4 22 eaHMT 4 2 5 22 187 5 0 6135 9Nm 最小直徑 310 ebMd 339 5 6 4 2 6 考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱 將 值增大 5 故d 1 053 2m 4 2 7 刀架軸的受力分析 圖 4 2 4 3 立軸的設(shè)計(jì) 圖 4 3 立軸 齒輪軸 絲杠軸 立軸的受力計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 4 3 1 50216 3tFTNml 1 按強(qiáng)度要求 應(yīng)使 4 3 2 3 0 2TWd 故軸的直徑 4 3 3 333160270 2 m 2 按扭轉(zhuǎn)剛度要求 應(yīng)使 4 3 4 4 TlGd 按題意 在軸的全長(zhǎng)上 故30lm 180orad 4 3 5 344423629 5 1Tldm 故該軸的直徑取決于剛度要求 圓整后可取 d 4 3 6 4 4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 由工作抬的尺寸可選彈簧 YA GB T 2089 19942 570 表 4 1 彈簧參數(shù) 線徑 2 5mm 彈簧中經(jīng) 25mm 自由高度 70mm 材料 60Si2Mn 表面處理 涂漆 類型 右旋圓柱螺旋壓縮彈簧 取彈簧的勁數(shù) 7kNm 設(shè)計(jì)彈簧壓縮量是 10mm 圖 4 4 彈簧 4 5 摩擦輪力的計(jì)算 圖 4 5 摩擦輪 因設(shè)計(jì)的需要 摩擦輪的直徑取 輪轂款 輪轂外援為一層250dm 20bm 橡膠 使摩擦力盡可能的大 摩擦力的計(jì)算 由 4 4 1 及胡可定律可得單個(gè)彈簧的彈力 4 5 1 107FkxN 單 則四個(gè)彈簧的總彈力為 4 5 2 4 280彈 總 單 考慮到摩擦輪及摩擦輪軸和座套等的重量 約為 m 3kg 故總的鎮(zhèn)壓力為 4 5 3 G31FmgN 總 彈 總 彈 總 由于要使尺子在摩擦力的作用下向前運(yùn)動(dòng) 則可以想到 平尺的上表面是與摩擦輪的 外緣橡膠接觸的 摩擦力打 平尺的下表面直接與工作臺(tái)的進(jìn)料槽接觸 且與光滑的鐵質(zhì) 平面接觸 為了是下表面懂得摩擦力盡可能的小 在適量的加入潤(rùn)滑油 待刻線完成后予 以清理 則可知鐵 鐵之間的摩擦因數(shù) 鐵 橡膠之間的摩擦因數(shù) 4 5 4 0 5 0 6 膠 可知 4 5 5 F31 N 總摩 下 4 5 6 68總摩 上 膠 可得平尺前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力為 4 5 7 F15 70 驅(qū) 摩 上 摩 下 故摩擦輪的轉(zhuǎn)矩為 4 5 8 3270 Nm21 TR 驅(qū)摩 輪 4 6 凸輪的設(shè)計(jì) 圖 4 6 凸輪 凸輪廓線 cosin isbsdxRy 直 角 坐 標(biāo) 4 6 1 2 arctn xy 極 坐 標(biāo) 4 6 2 注 1 參變量中 的增量根據(jù)精度要求而定 通常取 左右 1 2 2 移動(dòng)平動(dòng)件平底的長(zhǎng)度為 max 50 sd 3 上式中 為推程運(yùn)動(dòng)角 為基圓半徑 bR 凸輪材料應(yīng)能滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求 對(duì)于在低速 輕載 平穩(wěn)傳動(dòng)中 凸輪可采 用中碳鋼制造 中速 中載時(shí)應(yīng)采用中碳鋼淬火處理 而本設(shè)計(jì)中刻線傳動(dòng)部分屬于低速 輕載 較平穩(wěn)的傳動(dòng) 所以應(yīng)采用中碳鋼 4 7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動(dòng)比 為了保證在作業(yè)時(shí)連續(xù)工作 則要求傳動(dòng)部分要有可靠的傳動(dòng)比 無滑動(dòng) 又由于在刻 線傳動(dòng)部分所傳動(dòng)的功率小 速率小 所以所要求的齒輪齒條副的動(dòng)比非常的嚴(yán)格 要滿 足相應(yīng)要求 經(jīng)計(jì)算 該部分的鏈傳動(dòng)比 i 1 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)手冊(cè) 該傳動(dòng)比完全 滿足要求 4 8 摩擦輪軸的設(shè)計(jì) 圖 4 7 摩擦輪軸 材料 45 鋼許用應(yīng)力 60Mpa mDdDWtT 025 3 1605 12806 3 取 4 8 1 m28 校核 小pa1 ax 7 13 4 maxzW 于 Mp10 確定軸徑 D28 4 8 1 軸的定位和材料的選取說明 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼 由于碳鋼比合金鋼價(jià)格便宜 對(duì)應(yīng)力集中 的敏感性較低 同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度 所 以本設(shè)計(jì)采用 45 號(hào)鋼作為軸的材料 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn) 的要求者外 都必須進(jìn)行軸向和周向定位 以保證其準(zhǔn)確的工作位置 軸的校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算 也可用于既受彎矩又受扭矩 的軸的計(jì)算 其強(qiáng)度條件為 4 8 2 MpandpWT 32 0 15 9 6 式中 為軸的扭切應(yīng)力 為轉(zhuǎn)矩 為抗扭截面系數(shù) TkwWT3m 對(duì)圓截面 為傳遞的功率 為軸的轉(zhuǎn)速 為3 6 d nin rd 軸的直徑 為許用扭切應(yīng)力 所以 把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得 m pa MpandWT 1 205 48 120 15 92 0 15 9 636 4 8 3 由于軸的選材為 45 號(hào)鋼 所以查表可知 45 號(hào)鋼的許用扭切應(yīng)力為 3 經(jīng)校核設(shè)計(jì)的軸符合要求 可以正常工作 下圖為軸的彎矩和扭矩圖 圖 4 8 的彎矩圖和扭矩圖 4 9 刻線周期的確定 構(gòu)造和工作原理刻線抬刀機(jī)構(gòu)由工作臺(tái) 水平軸平推桿 凸輪 固定齒條 刻線刀架 立軸 螺紋套筒等組成 如圖 4 8 所示 圖 4 9 抬刀刻線機(jī)構(gòu) 1 工作臺(tái) 2 水平軸平推桿 3 凸輪 4 固定齒條 5 刻線刀架 6 立軸 7 螺紋套筒 8 刻線槽 凸輪 3 從近休止點(diǎn)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候 水平軸推桿 2 在凸輪的推動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng) 當(dāng)運(yùn)動(dòng) 到控制抬刀的固定齒條處時(shí) 帶動(dòng)位于水平軸的立軸 齒輪軸 上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) 立軸上段 是表面有螺紋的絲杠 然后帶動(dòng)螺紋套筒 7 下降 當(dāng)刻刀正好下降到刻線槽 8 的指定刻線 位置時(shí)立軸下端的齒輪正好走完了齒條 停止下刀 至此凸輪的下刀行程走完 然后凸輪 繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 推動(dòng)水平軸開始刻線行程 完成之后就開始了回復(fù)行程 以上運(yùn)動(dòng)反過來進(jìn)行 這樣就完成了一次刻線動(dòng)作 其中包括了抬刀動(dòng)作簡(jiǎn)單明了 表 4 2 抬刀機(jī)構(gòu)的基本數(shù)據(jù) 凸輪推程角 180 凸輪抬刀降刀行程角 2 凸輪刻線行程角 60 凸輪轉(zhuǎn)速 2 minr 凸 升降刀行程 40mm 刻線行程 20mm 可得 刻線周期 3s 齒條嚙合長(zhǎng)度為 40mm 軸齒輪的分度圓直徑為 32mm 齒輪模數(shù)為 3 刻線速度 18 vms刻 螺紋絲杠副螺距 14mm 4 10 不完全齒輪的設(shè)計(jì) a 不完全齒輪機(jī)構(gòu) b 摩擦輪 圖 4 10 4 10 1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算 由摩擦輪控制進(jìn)料量可得 每次進(jìn)料 11mm 相對(duì)于摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng) 的圓心角 算略 5 故 不完全齒輪機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的間歇進(jìn)給量為 可得5 從動(dòng)輪布滿時(shí)的齒數(shù)為 4 10 1 236075z 由于齒數(shù)太密集 壓力角為 故 主動(dòng)輪僅設(shè)計(jì)單齒 即 所承受轉(zhuǎn)矩較 1z 小 可以滿足要求 4 10 2 摩擦輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的選取 摩擦輪轉(zhuǎn)矩為 4 10 2 15 02Nm 1 9375TFR 摩 摩 下 摩 圖 3 1 圖 3 2 和圖 3 3 可選擇減速機(jī)型號(hào)為 4 10 3 FAZ32Y 10 54PMC 5 其他零部件 5 1 水平軸 圖 5 1 水平軸 5 2 刻線刀示意圖 圖 5 2 刻線刀 圖 5 3 刀體刀刃的布局 5 3 工作臺(tái)示意圖 圖 5 4 工作臺(tái) 5 4 軸承的選取 參見參考資料 1 第 64 頁 5 5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要 見參考資料 1 第 53 頁 5 6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 YA 4 5 10 5 65 2LH GB T2089 1994B級(jí) 圖 5 5 壓縮彈簧 6 結(jié)論 機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用 節(jié)省了成本 大大提高了生產(chǎn)效率 平尺刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè) 提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率 節(jié)省了人力及時(shí) 間 改善了人們的作業(yè)環(huán)境 本設(shè)計(jì)采用巧妙的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀 用摩擦輪配合不完全齒輪機(jī)構(gòu)完成 定時(shí) 定量的進(jìn)料動(dòng)作 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不復(fù)雜 理論上達(dá)到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件 理論上本機(jī)使用價(jià)值高 經(jīng)濟(jì)效益高 由于本設(shè)計(jì)沒有做試驗(yàn) 對(duì)其實(shí)際的可行性程度還 不能確定 致 謝 本次設(shè)計(jì)是在劉媛媛老師的悉心指導(dǎo)與嚴(yán)格要求下進(jìn)行的 從設(shè)計(jì) 論文 的選題 方案的設(shè)計(jì) 具體的測(cè)繪與繪圖到論文撰寫的每個(gè)環(huán)節(jié) 都凝聚著劉老師的心血和汗水 劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)及對(duì)事業(yè)的奮進(jìn)執(zhí)著精神 都將使我銘記在 心 并時(shí)刻激勵(lì)著我不斷追求勇往直前 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲 在此我想對(duì)我的母校 我的父母親人們 我的老師 和同學(xué)們 表達(dá)我由衷的謝意 感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī) 會(huì) 讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高 塔里木大學(xué)四季如春的校園 美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在 了我的記憶里 四年珍貴的學(xué)習(xí)期間 讓我的知識(shí)體系更加完善 思想觀念更加成熟 整 體素質(zhì)得到了極大的鍛煉 自強(qiáng)不息 求真務(wù)實(shí) 的校訓(xùn)我將銘記于心 在未來的學(xué)習(xí)和 工作中躬身踐行 再次 感謝我的同學(xué)們 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到了他們無私的幫助 以及許多啟發(fā)性的指 導(dǎo)和建議 在此向所有支持 關(guān)心 幫助我的人表示由衷的感謝 祝他們永遠(yuǎn)健康 幸福 最后 感謝我的父母親人們對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持 使我能順利完成本科學(xué)業(yè) 參考文獻(xiàn) 1 吳宗澤 機(jī)械原理課程指導(dǎo)書 第 1 版 北京 高等教育出版社 2005 29 30 2 徐穎主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 6 3 東北工學(xué)院 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 冶金工業(yè)出版社 1980 4 西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版 高等教育出版社 5 龔淮義 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè) 高等教育出版社 第三版 6 吳宗澤 機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 高等教育出版社 7 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué) 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué) 農(nóng)業(yè)出版社 第二版 1994 8 單輝祖 材料力學(xué) 第二版 高等教育出版社 9 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)研究室編 機(jī)械制圖 6 版 北京 高等教育出版社 2007 7 10 強(qiáng)毅 設(shè)計(jì)制圖試用標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè) 北京 科學(xué)出版社 2000 1 開題報(bào)告
1. 平尺刻線機(jī)課題的來源及研究目地和意義。
1.1 課題來源
人們?cè)谡J(rèn)識(shí)我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然，由表及里，逐一深入，從外及內(nèi)，顏色、形狀、大小、尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)度測(cè)量就顯現(xiàn)出它的重要性，長(zhǎng)度的測(cè)量是最基本的測(cè)量，最常用的工具是刻度尺。可是在最開始是不存在刻度尺的，最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及。埃及人曾用質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗巖制作了一根長(zhǎng)度標(biāo)尺，它的長(zhǎng)度是法老的小臂（肘到中指）的距離，因此又叫“腕尺”。雖然這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng)隨意，卻解決了重要問題，比如：金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證。
隨意定義長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于老外，中國(guó)的情況也基本類似。史書記載，在遠(yuǎn)古時(shí)期，中國(guó)人便“布手知尺”、“身高為丈”、“邁步定畝”。古人中指中節(jié)之長(zhǎng)被定義為“一寸”，直到現(xiàn)在，中醫(yī)的針灸還沿用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)最早的長(zhǎng)度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺。這把骨尺由獸骨磨成，長(zhǎng)17厘米，上面標(biāo)刻著等長(zhǎng)的10個(gè)單位。到了春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，各國(guó)諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)王的手掌，那個(gè)王的小腿，都紛紛派上用場(chǎng)，使得長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂，給國(guó)與國(guó)之間的交流造成了極大不便。到秦始皇統(tǒng)一度量衡時(shí)，王侯的身體部位才退出歷史舞臺(tái)。從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量?jī)x器，而刻線又成了一個(gè)問題。人工的誤差是很大的，在工業(yè)和科技日新月異的最近一個(gè)世紀(jì)，人們就設(shè)計(jì)出了刻線機(jī)，并且不斷改進(jìn)。
1.2 研究的目地
長(zhǎng)刻線機(jī)用來刻劃有一定距離精度要求的平行線紋。普通長(zhǎng)刻線機(jī)用於刻制一般線紋尺；高精度長(zhǎng)刻線機(jī)能刻制光學(xué)儀器和高精度機(jī)床的精密線紋尺、光柵尺、感應(yīng)同步器或游標(biāo)卡尺等，刻線精度在0.001～0.005毫米之間。本課題的研究目的在于用所學(xué)的機(jī)械方面的專業(yè)課設(shè)計(jì)一款平尺刻線機(jī)，從新體會(huì)機(jī)械代替手工的優(yōu)點(diǎn)。
1.3 意義
本課題通過機(jī)械化刻線，可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、精確度高。減少了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，降低成本，本課題在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題，通過認(rèn)真分析以解決，在今后的設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循。
2 平尺刻線機(jī)在國(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析。
2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線，刻線精度大為提高，國(guó)內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的BVD50系列激光刻線機(jī)。
2.2 國(guó)外現(xiàn)狀
國(guó)外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī)。例如OK-KX50A 激光刻線機(jī)采用光刻代替機(jī)械刻劃，可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線，刻線精度大為提高?？朔藗鹘y(tǒng)“照相-腐蝕”工藝費(fèi)時(shí)，費(fèi)力的缺點(diǎn)，高速、高效，一次完成刻線、字符、商標(biāo)等內(nèi)容。全程電腦控制，精度高、速度快，最大限度的降低了產(chǎn)品不合格率。使用靈活方便，即可成批量生產(chǎn)，又可滿足少量加工等多種需求。絕對(duì)環(huán)保，無任何污染，是現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的主流。支持單公制、單英制、雙公制、雙英制、公英制、英公制等標(biāo)新型。支持丁字型、拐角型、圓型等各種特殊量具類型。支持用戶自定義的其它非標(biāo)類的平面或圓柱面的量具。速度快,刻線清晰、精度高、永不磨損。制圖方便快捷，可根據(jù)需要隨意制作各種尺寸、形狀、圖標(biāo)的量具。三維數(shù)控，除主運(yùn)動(dòng)外其它兩維運(yùn)動(dòng)也是自動(dòng)調(diào)整，可以快速準(zhǔn)備的對(duì)焦，定位。對(duì)已生產(chǎn)過的型號(hào)，電腦自動(dòng)記憶位置及其刻線參數(shù)，以后生產(chǎn)可直接調(diào)用，不必再調(diào)焦，定位。
幾種劃絲機(jī)械都取得了其工作范圍的成功，有很多機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新的想法是值得借鑒的，特別是與本課題同類的6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī)，很多機(jī)構(gòu)對(duì)完成本課題有很大的啟發(fā)作用，本課題參考借鑒6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu)，再結(jié)合自身的特點(diǎn)改進(jìn)可達(dá)到本課題預(yù)期要求的目標(biāo)。國(guó)外的切片機(jī)構(gòu)都達(dá)到自動(dòng)化水平，在研究本課題的同時(shí)要好好學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)思想及思想。
3 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1任務(wù)要求
刻線機(jī)構(gòu)（主運(yùn)動(dòng)）的設(shè)計(jì)，平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)（輔助運(yùn)動(dòng)）的設(shè)計(jì)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過具體的CAD圖紙和相關(guān)設(shè)計(jì)說明，確保支持的進(jìn)給、刀具刻線的間隔和各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
3.2可行性分析
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，先得明確作業(yè)對(duì)象的特性即平尺的結(jié)構(gòu)特性，并根據(jù)其特性草擬方案，試選原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。比如在選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)要參考五點(diǎn)原則：
（1） 現(xiàn)場(chǎng)能源供應(yīng)條件。
（2） 工作機(jī)載荷特性及其工作制度。
（3） 工作機(jī)對(duì)起動(dòng)，平穩(wěn)性，過載能力，調(diào)速和控制等方面的要求。
（4） 原動(dòng)機(jī)是否工作可靠，操作與維修簡(jiǎn)便，是否要防塵，防暴，防腐等。
（5） 原動(dòng)機(jī)初始成本與維護(hù)費(fèi)用。
本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是躁聲小，初始成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，維護(hù)要求較少。傳動(dòng)系統(tǒng)是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到工作機(jī)的中間裝置。傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是將原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或增大，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，采用變速傳動(dòng)來滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常變速的要求，將原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩和力，將原動(dòng)機(jī)輸出的等速需安裝運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不相同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；谏鲜鰞?nèi)容再結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，我選用齒輪和曲柄連桿機(jī)構(gòu)做傳動(dòng)裝置。再選用偏心輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)配合完成平尺刻線過程，通過選用以上機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)課題的任務(wù)要求。
4 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 重點(diǎn)研究
本課題要重點(diǎn)研究的是怎樣實(shí)現(xiàn)劃絲機(jī)構(gòu)與推動(dòng)機(jī)構(gòu)的時(shí)間協(xié)調(diào)關(guān)系，即推桿每推一次平尺，刻線刀開始工作同時(shí)推桿往回運(yùn)動(dòng)至起點(diǎn)準(zhǔn)備下一次運(yùn)動(dòng)，而刻線刀在推桿回到起點(diǎn)位置的同時(shí)正好完成一次刻線，推桿再一次推動(dòng)平尺進(jìn)入刻線槽時(shí)刻線刀退回原來位置，此時(shí)正好完成一個(gè)工作周期。
4.2 關(guān)鍵問題
本課題的關(guān)鍵問題關(guān)于平尺的刻線問題，依據(jù)平尺的特性，本設(shè)計(jì)專門針對(duì)平尺在夾持好的情況下進(jìn)給周期和刻線刀的周期協(xié)調(diào)好，這就需要在凸輪和連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上確定好周期。只有很好的周期配合、進(jìn)給配合以及夾緊才能達(dá)到刻線的深度及準(zhǔn)確度。
4.3 解決的方法
針對(duì)怎樣能使進(jìn)料與刻線兩個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)，我選擇槽輪機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)，在偏心輪轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)槽輪也轉(zhuǎn)過一定角度，偏心輪帶動(dòng)沖劃裝置向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送料機(jī)構(gòu)到達(dá)預(yù)定位置，沖劃裝置也到這個(gè)位置，由沖劃裝置完成沖劃，即達(dá)到動(dòng)作的協(xié)調(diào)。針對(duì)平尺夾緊刻線問題，我采用刻線模裝置，此裝置可根據(jù)不同尺寸平尺更換不同刻線模，同時(shí)也有夾緊作用，使平尺在刻線時(shí)有很好的定位。
5. 完成本課題所必須的工作條件及解決的方法。
5.1工作條件
指導(dǎo)教師一名，電腦一臺(tái)（必須有windows辦公軟件，CAD制圖軟件，proe三維制圖軟件）設(shè)計(jì)地點(diǎn)（如實(shí)驗(yàn)室），機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)等各種相關(guān)專業(yè)書籍及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等工具書。
5.2 解決方法
指導(dǎo)教師由學(xué)院分配，電腦自備能滿足要求，設(shè)計(jì)地點(diǎn)由學(xué)院提供，各種書籍可自備或者到圖書館借。
6.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃。
6.1 工作方案
平尺槽輪機(jī)構(gòu)------偏心輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)-----電動(dòng)機(jī)選擇
6.2 進(jìn)度計(jì)劃
第1周——第2周 文獻(xiàn)檢索、社會(huì)調(diào)研、資料分析及總結(jié)；
第3周——第4周 設(shè)計(jì)方案的確定；
第5周——第6周 交開題報(bào)告；
第7周——第9周 初次交電子版畢業(yè)設(shè)計(jì)Auto CAD 圖；
第10周—— 第11周 修改Auto CAD 圖；
第12周 交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；
第13周 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；
第14周 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
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