機械原理課程設計說明書---光纖接頭保護玻璃管內孔倒角自動機設計

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　設計題目：光纖接頭保護玻璃管內孔倒角自動機設計</p><p><b>　　1.1設計題目</b></p><p>　　光纖接頭保護玻璃管的結構與尺寸如圖3.

2、1a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，保護玻璃管內孔兩端需倒角,如圖a所示。該玻璃管內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，故需設計一臺專用自動倒角磨削裝置來加工。</p><p>　　a) b)</p><p

3、><b>　　圖 3.1</b></p><p><b>　　設計技術要求如下：</b></p><p>　　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，故需配套設計自動送料機構。</p><p>　　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。為了減小對其夾緊力，應采

4、用兩套砂輪磨頭，并沿軸向相對布置，相向進給，反向旋轉，使兩磨削力得以平衡，實現(xiàn)兩端口同時磨削并自動定位。要求兩砂輪的轉速約6000r/min，并用兩套微型電動機驅動分別獨立驅動，電動機的轉速約1500r/min。</p><p>　　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，并用一個電動機驅動，電動機的轉速約1500r/min。</p><p>　　4）每班（

5、8小時）生產率不低于4000件。</p><p>　　1.2機械系統(tǒng)的方案擬定</p><p>　　1.21工作原理確定</p><p>　　我們設計的光線保護玻璃管倒角機的工作原理如下采用齒輪，改變轉速以及分路原理將齒輪電機主軸上的1500r/min的轉速轉換成3個轉速為6000r/min 的齒輪的轉速，這樣就可以實現(xiàn)三組工件同時加工。設定每組加工的時間是10秒。

6、倒角機的伺服系統(tǒng)主要分成三部分：自動送料裝置，自動夾緊裝置，以及刀架逆向行駛裝置。 自動送料裝置采用的是曲柄滑塊機構來實現(xiàn)，在滑塊上開三個與毛胚軸線處截面尺寸相同的孔（即長為10mm寬為5mm）當曲柄與連桿在同一直線處（不重疊）時，滑塊上的孔便與裝料箱的出料孔重合，毛胚在重力作用下自動掉下（滑塊的空的寬度應略大與5，防止在掉落時卡?。A緊裝置用凸輪來實現(xiàn)，凸輪近休端與遠休端的尺寸差為5mm（即工件的直徑）且凸輪上開有凸輪槽，用棍子推桿

7、與夾具的左側相連，當凸輪遠休端與夾具接觸時，工件被夾緊，當近休端與夾具接觸時，在棍子推桿的拉力作用下，夾具的兩部分分開，工件從夾具上掉落。而且凸輪的遠休端與近休端都保有一段圓弧角為40°的等直徑圓弧，這樣可以保持在加工時，工件始終處于夾緊狀態(tài)，不至于松動造成加工誤差的出現(xiàn)，同時在加工完成時，有足夠的時間使工件從家具上掉落，避免被夾具</p><p>　　如上圖所示，當曲軸轉動時，帶動兩連桿運動，而且兩連

8、桿的運動方向相反，連桿上連有刀架，則刀架同時逆向行駛。實現(xiàn)所需的功能要求。</p><p>　　1.2.2執(zhí)行構件及其運動設計</p><p>　　本方案中執(zhí)行構件為凸輪機器組合機構，齒輪系變速機構，由曲軸演化而來的曲柄滑塊機構，各機構仿真圖如下</p><p>　　運用曲軸作為原動件，器直接帶動凸輪實現(xiàn)夾緊，從而實現(xiàn)夾緊加工的同步，設計之初是利用蝸輪蝸桿實現(xiàn)大傳動

9、比的變速，由于其設計簡單，處于仿真原因，更改為齒輪系變速。</p><p>　　1.2.3原動機的選擇</p><p>　　選用的電機型號:Y90L-4轉速是 1500r/min,最多可使用三臺電機，用兩套微型電動機驅動分別獨立驅動砂輪，則用最后一套微型電機來驅動伺服系統(tǒng)。主軸轉速，伺服系統(tǒng)的速度分別是6000r/min,6r/min。則需要齒輪系來實現(xiàn)變速。</p><

10、;p>　　1.2.4執(zhí)行構件的運動協(xié)調性（運動循環(huán)圖）設計</p><p>　　各執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖如上，依次是原動桿曲軸，砂輪，和夾具的運動循環(huán)圖。圖一是主軸即曲軸的運動循環(huán)圖，運動周期T=10s.t圖二是砂輪在一個周期內的位移圖，據圖可知砂輪在各時間點的位移。圖三是夾具上一點在一個周期內夾持方向上的位移圖，據圖可知兩極限位置的休止。由于在加工過程中對夾具進退的速度無嚴格限制，故凸輪設計時只考慮近休點和

11、遠休點。</p><p>　　1.2.5 機構選型及組合</p><p>　　由于此次設計中機構比較簡單，即運用定軸輪系實現(xiàn)1500r/min的電動機的降速，用曲軸連桿（變形曲柄滑塊機構）實現(xiàn)刀具的正反行程及加工，用凸輪推桿機構實現(xiàn)工件的加工，各機構組合圖如下所示。</p><p>　　1.2.6方案評價及優(yōu)選</p><p>　　我們設計的

12、光纖接頭保護玻璃管倒角機總體上分為兩大部分：主軸轉動系統(tǒng)，以及伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)有包括，自動送料系統(tǒng)，自動加緊系統(tǒng)，以及刀架同時逆向行駛系統(tǒng)。而伺服系統(tǒng)的設計是倒角機設計的難點。</p><p><b>　　1.轉動系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　由于使用要求砂輪的轉速是6000r/min，可用的電機的轉速是1500r/min，顧需要使用齒輪系來改變轉速，以達

13、到設計要求</p><p>　　采用如上輪系，其中n1/n2=n3/n4=2 則可實現(xiàn)電機1500r/min 的轉速向砂輪6000r/min的轉速的傳遞。</p><p>　　2伺服系統(tǒng)的設計及優(yōu)選</p><p><b>　　自動送料裝置</b></p><p>　　方案一的送料系統(tǒng)如上圖所示，在裝料箱的下部出口處，裝

14、有一個類似于兩扇門的裝置，而且兩扇門上分別裝有彈簧，在推桿滾子不予門板接觸時，在彈簧的拉力作用下是關閉的，當1凸輪由遠休端向近休端運動的時候，裝料箱在重力的作用下向下運動，與棍子推桿接觸，推動門板打開，完成送料任務。</p><p>　　方案二的送料系統(tǒng)如下圖</p><p>　　方案二采用曲柄滑塊機構來完成自動送料，在滑塊上分別開上長為10mm .寬為6mm（寬度比毛胚的直徑略大，便于毛

15、胚落下）的槽，當曲柄于連桿在同一直線（不重疊）時，花快上的空正好于裝料箱的出口重合，則工件自動落下。完成自動送料。</p><p>　　通過比較方案一與方案二，我們可以很直觀的看出，方案二更具有實用性能。首先，方案一設計復雜，制造難度大，采用凸輪實現(xiàn)裝料箱的上下移動需要設計一系列的傳動機構以實現(xiàn)凸輪的運作，而且傳動不平穩(wěn)。其次，使用彈簧，彈簧過于頻繁的拉緊放松，極易超出它的疲勞極限，造成破壞，影響機械的正常工作。

16、方案二，主要有三大優(yōu)點，一 曲柄滑塊機構設計制造簡單。二 曲柄作為原動件與加緊機構的原動件連在同一根軸上，用同一動力驅動，減小了機構的復雜性。三 送料箱 固定不動，有利于實現(xiàn)精確送料，避免由于送料箱的運動造成送料誤差的出現(xiàn)。。所以綜上，我們決定選擇方案二作為倒角機的自動送料系統(tǒng)。</p><p><b>　　2）自動夾緊裝置</b></p><p>　　方案一的機構簡

17、圖如上所示。三組夾具的右側于機架固連在一起，而夾具的左側則通過連桿連在一起，這樣就可以實現(xiàn)，三組夾具的同時加緊，同時張開。方案是利用凸輪加緊。當凸輪的遠休端于擋板接觸時夾具處于加緊狀態(tài)，當工件的近休端轉到于擋板接觸的時候，在彈簧的彈力總用下，夾具左側被彈開，由于遠休端與近休端的距離差是5mm（一個工件直徑），夾具分開的距離為5mm，則工件正好可以落下。</p><p>　　方案二的簡圖如上，方案二與方案一大致相同

18、，只是考慮到彈簧的疲勞強度問題，所以將彈簧去掉，改用滾子推桿機構。在凸輪上開一個槽（一個遠休端與近休端差為5mm的凸輪槽）推桿的右側于夾具的左側相連，這樣就可以代替彈簧的作用。所以在最終方案中我們選用方案二。</p><p>　　3）刀架同時逆向行駛系統(tǒng)的設計。</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　方案一如上圖所示。

19、采用一對圓柱凸輪來實現(xiàn)。圓柱凸輪的輪弧有最低端到最頂端的距離等于砂輪直徑3mm出到工件的距離加0.3(倒角的長度)，則當圓柱凸輪滾子由最低端轉到最頂端的是過程中，在推桿的作用下，刀具運動到工件端面并完成倒角工作，當滾子由最頂端運動到最低端時，刀具退回原來位置，完成一次加工。</p><p>　　方案二是采用曲柄滑塊機構來實現(xiàn)刀架的逆向行駛的</p><p>　　方案二與方案一相比，T為曲柄

20、，G為連桿，曲柄滑塊機構設計制造更簡單，在減速輪系中，方案一由于利用了曲柄滑塊機構，可全部利用直齒圓柱齒輪輪系來實現(xiàn)，去掉了方案一種的渦輪蝸桿機構，制造更加方便。</p><p>　　1.3相關機構的尺度綜合（包括運動及動力設計和仿真）</p><p>　　效率計算，我們設計的倒角機是采用三組刀具同時加工，每分鐘加工18件（即三組）則8小時加工的總工件個數為18*60*8=8840件由于每

21、分鐘加工18個則，每組加工的時間 是10秒。</p><p>　　主軸轉動的計算（單位均為mm）</p><p>　　可用電機的主軸轉速是1500m/min 砂輪的轉速是6000/min 則需要傳動比i=4的齒輪系來實現(xiàn)速度的轉換。如上圖示，Z1=Z3=40 , Z2=Z4=20 模數 m=1壓力角 α=20 齒頂高系數ha*=1 頂隙系數c*=0.25</p><

22、;p>　　齒輪的分度圓直徑 d1=d3=m×z1=40mm d2=d4=m×z2=20mm</p><p>　　齒輪的齒頂高 ha1=ha3=m×ha*=1 ha2=ha4=m×ha*=1</p><p>　　齒輪的齒根高 hf1=hf2=(h*+c*)×m=1.25 hf3=hf4=(h*+c*)×m

23、=1.25</p><p>　　齒全高 h1=h2=(2ha*+c*)×m=2.25 h3=h4=(2ha*+c*)×m=2.25</p><p>　　齒頂圓直徑 da1=(z1+2ha*)×m =42 da2=(z2+2ha*)×m= 22</p><p>　　da3=(z3

24、+2ha*)×m= 42 da4=(z4+2ha*)×m=22 </p><p>　　齒根圓直徑 df1=(z1-2ha*-2c*)×m= 37.5 df2=(z2-2ha*-2c*)×m=17.5</p><p>　　Df3=(z3-2ha*-2c*)×m=37.5 df4=(z4-2ha*-2c

25、*)×m=17.5</p><p>　　基圓直徑 db3= db1=d1×cos(α)= 37.58 db2= db2=d2×co9sα)=18.79</p><p>　　齒距 p=p1=p2=p3=p4=π×m=3.14</p><p>　　基圓齒距

26、 pb=pb1=pb2=pb3=pb4=p×cos(α)=2.95</p><p>　　齒厚 s=s1=s2=s3=s4=π×m/2=1.57</p><p>　　齒槽寬 e1=e2=e3=e4=π×m/2=1.57</p><p>　　有以上數據可得 L1=d1+d2/2+d

27、3/2+d4=100mm</p><p>　　則齒輪箱的高度應大于100mm 取120mm</p><p>　　齒輪1的厚度為10mm 則齒輪箱的長度可取50mm 又由于三個20吃的齒輪分度圓直徑之和為 60mm 則可取齒輪箱的寬度為 70mm</p><p>　　伺服系統(tǒng)變速齒輪系的齒輪參數計算(單位均為：mm)如下圖</p><p>

28、　　Z1=20 Z2=100 Z3=20 Z4=100 Z5=20 Z 6=100 Z7= 20 Z8=40 </p><p>　　齒輪的分度圓直徑 d1=d3=d5=d7=mz1=20 d2=d4=d6=mz2=100 d8=mz8=40</p><p>　　齒輪的齒頂高 ha1=ha3=ha5=ha7=m×ha*=1 ha2=ha4=ha6

29、=m×ha*=1 ha8=m×ha*=1</p><p>　　齒輪的齒根高 hf1=hf3=hf5=hf7=(h*+c*)×m=1.25 hf2=hf4=hf6=(h*+c*)×m=1.25 hf8=(h*+c*)×m=1.25</p><p>　　齒全高 h1=h2=(2ha*+c*)m=h3=h4=h

30、5=h6=h7=h8=(2ha*+c*)×m=2.25</p><p>　　齒頂圓直徑 da1=da3=da5=da7=(z1+2ha*)×m =22 da2=da4=da6=(z2+2ha*)×m= 102</p><p>　　Da8=(z3+2ha*)×m= 42 </p><p>　　齒根圓

31、直徑 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 </p><p>　　基圓直徑 db1=db3=db5=db7=d1×cos(α)= 18.79

32、 db2=db4=db6=d2×cos(α)= 93.97 db8=d8×cos(α)= 37.58</p><p>　　齒距 p=p1=p2=p3=p4=p5=p6=p7=p8=π×m=3.14</p><p>　　基圓齒距 pb=pb1=pb2=pb3=pb4=p5=p6=p7=p8=p&#

33、215;cos(α)=2.95</p><p>　　齒厚 s=s1=s2=s3=s4=s5=s6=s7=s8=π×m/2=1.57</p><p>　　齒槽寬 e1=e2=e3=e4=e5=e6=e7=e8=π×m/2=1.57</p><p>　　送料及加緊機構 尺寸計算</p>

34、<p>　　送料機構尺寸設計及計算</p><p>　　送料機構是通過曲柄滑塊來實現(xiàn)，連接曲柄的轉軸到夾具的距離L1=30mm 取曲柄的長度10mm，設定當滑塊最左端于夾具的最左端平齊時滑塊上的空與料箱的出料口重合，則曲柄滑塊機構的連桿的長度L2=30—10=20mm 。由于設計給定夾具的長度是15mm，則滑塊上最左端空距滑塊左端邊界的距離為7.5mm，有因為三組砂輪是通過分度圓d=20的齒輪來帶動

35、的則兩兩刀具間的距離a=20mm 則夾具之間對應處的距離為20mm，則滑塊上各空之間的距離為20mm 由于工件的長度為10mm 則設定滑塊的寬度為20mm同時給定滑塊上的空的寬度為6mm。（略大于工件的直徑，防止工件被卡住）。要保證曲柄滑塊正常工作，還必須保證滑塊足夠長，以防止滑塊過短，當曲柄轉到最左側時，最右側的料箱里的毛胚從滑塊右側掉落。當曲柄轉到左側時，相比在最右側運行了20mm，則最短的尺寸是7.5+40+2.5+20=70,

36、則取滑塊的長度為 80mm。同時給定滑塊的厚度為3mm。</p><p>　　加緊機構尺寸設計及計算</p><p>　　夾具的設計夾具的長度為15mm 在夾具上開有直徑是5mm的半圓柱空，其中圓柱中心到上平面的距離為1.5mm，則開口的寬度為4mm，這樣便于工件的裝夾。 夾具的寬度等于工件的長度10mm 夾具的 高度為10mm。</p><p>　　用凸輪來實現(xiàn)工

37、件的加緊。凸輪的遠休端的直徑是32mm 而轉軸到夾具的距離是30mm則凸輪應于夾具下側的擋板相連接，擋板到夾具左側的距離是32-30=2mm。其中凸輪的近休端為27mm。凸輪上有一凸輪槽，凸輪槽的寬度設定為5mm，深度設定為4mm，上有一直徑是4.5mm的滾子，滾子的高度是4mm，滾子上有一推桿，推桿與夾具最左側相連。凸輪槽外輪緣到凸輪外緣的距離是5mm（設計給定度 ），則推桿的長度是2.5+5-2=5.5同時凸輪的厚度給定為10mm&

38、lt;/p><p>　　凸輪的繪制，繪制兩個同心圓，半徑分別是27mm，32mm，同時 以水平線為中心線做兩條直線，兩直線間的夾角為40°分別以A,B 以及對應角為a的兩端圓弧之間的一點為基點，采用三點做圓弧法做出連接A,B兩點的圓弧，并除多余的圓弧。采用以上的方法，做出半徑是22，27的圓弧，對于凸輪槽的內邊緣輪廓線（即半徑是17，22的圓弧所構成的圓?。┐笾律吓c上面的做法相同，只是要控制輪槽的寬度為5m

39、m，在第二個輪才上取一點，并向圓心出做5mm線段，以C,D以及5mm線段端點三點做圓弧既滿足要求。</p><p>　　連接凸輪以及曲柄滑塊的軸的計算。給定的EF間的距離是L=15.9mm夾具的厚度是10mm，滑塊的厚度是3mm凸輪與夾具的底距離是2mm，則滑塊與夾具之間的距離是0.9mm。錐齒輪計算，錐齒輪的齒數相等Z1=Z2=30 ，取模數m=1 則分度圓直徑為d1=d2=m×Z1=30mm.。&l

40、t;/p><p>　　砂輪距齒輪箱底的距離d4/2+d3+d2/2+d1+10= 90mm（d1,d22,d3,d4是刀具齒輪箱內齒輪的分度圓直徑）。豎直軸上GH兩點間的距離為：90-d2/2-（2.5+6）-2-10=52.5mm，豎直軸到最右側夾具的右邊緣的距離為：30+15+20×2=85mm。則N點到有邊緣的距離NX=85-15=70MM,，NM的距離應大于NX ，取NM的長度為70+20=90mm

41、</p><p>　　刀架逆向行駛裝置的尺寸的給定及計算</p><p>　　當曲柄與連桿同一直線上（且不重疊）時，砂輪直徑3mm處到工件端面的距離是20mm，可知，當曲柄與連桿在同一直線（重疊）時，砂輪與工件最近，即加工階段，設曲柄的長度是a 則2a=20+0.3的 a=10.15mm。給定刀砂輪直徑3mm處到砂輪齒輪箱的表面的距離為10.15 則連桿的長度為：L=20++10.15+5

42、-10.15=25mm.兩曲柄關于中間夾具的中心線對稱，卻兩曲柄到中心線的距離為5 mm則N點到左側曲柄的距離為30+7.5+20-15-5=37.5mm；M點到右側曲柄的距離是90-37.5-10=43.5mm。</p><p>　　1.4機械系統(tǒng)的運動簡圖繪制及相關性能分析或說明</p><p>　　光纖接頭保護玻璃管內孔倒角自動機的機構簡圖如下，由于有部分簡圖會出現(xiàn)遮擋的現(xiàn)象，故遮擋

43、的部分繪制在另一張圖上。</p><p>　　系統(tǒng)的機構加圖如上，第一幅圖是伺服系統(tǒng)的變速機構，以及刀架，類似于絲杠功能的曲柄滑塊機構。在上圖中，通過齒輪1，2，3，4，5，6，7，8，將電機的1500轉降到曲柄所需的轉速6r/min。曲柄于齒輪8固連在一起，當齒輪8轉動時，帶動的第二幅圖的曲軸（即兩曲柄）轉動帶動兩刀架同時逆向行駛。完成對工件的加工。但利用曲柄機構也有一個缺點，那就是刀架的運行速度不平穩(wěn)，易造成

44、剛性沖擊。砂輪的轉速要求是6000r/min則通過齒輪箱內的變速輪系來實現(xiàn)。圖二主要顯示的是，工件自動加緊裝置，以及自動送料裝置。通過曲軸NM，以及錐齒輪將伺服系統(tǒng)的6r/min的轉速傳遞到豎直軸HF上，通過豎直軸帶動凸輪，以及曲柄滑塊來實現(xiàn)夾緊以及送料。利用凸輪來完成工件的夾緊，當凸輪有近休端轉向元休端的過程中，在推桿以及凸輪外緣的推力作用下，夾具的右側向左側靠近，完成對工件的夾緊，當加工時，凸輪恰好轉到遠休端，在遠休端對應40

45、76;的圓弧，在加工過程中工件會始終處于夾緊狀態(tài)。當加工完成時，凸輪恰好由遠休端轉向近休端，在滾子推桿的拉力作用下，夾具的右側與左側分開，工件自動脫離夾具。在設計上在夾具的下側還應加一個斜面，這樣就可</p><p>　　1.5課程設計體會及建議</p><p>　　此次的課程設計花費了我們三人近六周的時間，從開始草案提出，到后面的初步展示，方案優(yōu)化，直至最后的書面成型，期間我們經歷了很多

46、。</p><p>　　課程設計不同于平時的作業(yè)，它不僅要求理論知識的掌握，同時還考驗我們的思維與閱歷。它不再是閉門造車式的死記硬背，而是要集思廣益，靈活變通。</p><p>　　總有種感覺，課本上的知識能用上的總是很少，只要努力地記憶就能掌握，但這次課程設計卻總給人一種書到用時方恨少的感覺，一次次的查閱課本和相關資料，一次次的對著公式埋頭苦思，總是那么的讓人感覺氣餒。這時才明白，書本上

47、的始終只是一種學問，而真正的知識還是要在實踐中去體會。</p><p>　　課程設計這門課程開設的很好，它給即將步入社會的學生的我們當頭棒喝——埋頭于書本是不明智的，那樣的我們只能走做學問，搞先輩的理論的老路子，而不可能走出去，走自己的路子。大學是一個小型的社會，這里不再是初高中那種一切自己能搞定，兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書的地方了，這里要學會和人交往，與他人合作，團隊是一個重要舞臺，這里的個人英雄主義注定是

48、個悲劇，只有與他人合作，懂得給自己定位才能讓你做起事來，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讓給他人去做，這樣才不至于誤人害己。總之，一句話，對于即將步入社會的我們，領悟書本與實踐的距離，團隊精神的重要是很重要的，或許平日不能察覺，但通過這次的課程設計你一定會有所領悟。</p><p>　　另外，老感覺老師給出的課題過于單薄，太少了，讓我們自己找是不太現(xiàn)實的，我們又有多少人有足夠的閱歷和能力

49、去給自己出題目，并加以解決的呢？故，我希望老師可以給出大量的題目，就算不用，開闊視野總是好的。還有這個課時實在是有點少，老師教授與的知識很有限，很希望在這種類型的課上多組織些實踐課，讓我們能多學到很多書本上學不到的知識。</p><p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　[1] 孫桓 葛文杰 陳作模機械原理（第七版）[M]高等教育出版社,2006&