【正文】 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)榫槽半自動(dòng)加工III 緒論 1—1設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)榫槽成型半自動(dòng)切削機(jī)。切削機(jī)的組成框圖如下圖所示。該機(jī)器為木工機(jī)械，其功能是將木質(zhì)長(zhǎng)方形塊切削出榫槽，其執(zhí)行系統(tǒng)工作過(guò)程如下圖所示。先由構(gòu)件2壓緊工作臺(tái)上的工件，接著端面銑刀3將工件的右端面切平，然后構(gòu)件2松開(kāi)工件，推桿4推動(dòng)工件向左直線移動(dòng)，通過(guò)固定的榫槽刀，在工件上的全長(zhǎng)上開(kāi)出榫槽。1—2原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求原始數(shù)據(jù)見(jiàn)下表（單位：mm）：XYHLL2L3L4L5L6L7502201070307030201820設(shè)計(jì)要求及任務(wù)：推桿在推動(dòng)工件切削榫槽過(guò)程中，要求工件作近似等速運(yùn)動(dòng)。共加工5臺(tái)，室內(nèi)工作，載荷有輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)為三相交流電動(dòng)機(jī)，使用期限為10年，每年工作300天，每天工作16小時(shí)，每半年作一次保養(yǎng)，大修期為3年。其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下1：工作載荷為3500N，端面載荷2200N，工作效率50件/分1—3 設(shè)計(jì)任務(wù)1). 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案，畫出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，完成系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案論證報(bào)告。2). 完成傳動(dòng)系統(tǒng)或執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出傳動(dòng)系統(tǒng)或執(zhí)行系統(tǒng)的裝配圖。3). 設(shè)計(jì)主要零件，完成2張零件工作圖。4). 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。第一章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)與選擇1—1 方案選擇a）設(shè)計(jì)方案一圖1—1方案一說(shuō)明：電機(jī)直接連接減速器，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。通過(guò)帶輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件的壓緊，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)端面切刀的上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)推桿的左右運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：由于整個(gè)機(jī)構(gòu)大部分為連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為緊湊，工藝性好，能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)所要求的所有動(dòng)作。通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)急回特性，可以實(shí)現(xiàn)推桿的快速返回，且傳遞的載荷允許值較大。缺點(diǎn)：整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要同時(shí)匹配三個(gè)運(yùn)動(dòng)，且三個(gè)運(yùn)動(dòng)之間有時(shí)間先后關(guān)系，行程匹配難度較大。推桿機(jī)構(gòu)是切削的主要部件，要求切削過(guò)程中速度平穩(wěn)，近似為勻速運(yùn)動(dòng)，而連桿機(jī)構(gòu)工作不能保證速度的恒定。同時(shí)推桿作為主要工作部件沒(méi)有過(guò)載保護(hù)。b）第二種方案（改進(jìn)后方案）圖1—2方案二說(shuō)明：電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器直接輸入減速器，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。通過(guò)帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的壓緊要求，同時(shí)在彈簧的作用下復(fù)原；在壓緊過(guò)程進(jìn)行同時(shí)，端面切刀與壓桿固連，當(dāng)工件壓緊的同時(shí)，端面切刀將木材端面加工，在彈簧力和凸輪的作用下復(fù)原；通過(guò)另一個(gè)帶輪傳動(dòng)，將減速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒輪齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)推桿的左右運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)所有機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理和運(yùn)動(dòng)分析較為簡(jiǎn)單，通過(guò)將壓緊裝置的壓桿垂直運(yùn)動(dòng)和端面切刀的垂直運(yùn)動(dòng)固連，減少了行程匹配的難度。通過(guò)帶輪傳動(dòng)，工作較為平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。通過(guò)齒輪齒條的嚙合運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為推桿的左右運(yùn)動(dòng)，由于齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，可以保證推桿的勻速要求。缺點(diǎn)：由于采用兩個(gè)帶傳動(dòng)和一個(gè)半齒輪齒條傳動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件工藝性不如方案一，齒輪齒條的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有急回特性，不能實(shí)現(xiàn)推桿的快速返回。采用帶輪傳動(dòng)后，機(jī)構(gòu)緊湊型不如方案一。綜合分析：方案一方案二都能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，從運(yùn)動(dòng)分析和工作原理來(lái)所，方案二更為簡(jiǎn)單。在壓緊裝置中均采用凸輪機(jī)構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)端面切削運(yùn)動(dòng)時(shí)，方案二設(shè)計(jì)更為合理。在推桿的運(yùn)動(dòng)上面，方案二能夠?qū)崿F(xiàn)推桿的勻速要求，雖然沒(méi)有急回特性，但是由于機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)效率較低，在正確匹配行程的基礎(chǔ)上，急回特性可以不予考慮。同時(shí)，方案二帶傳動(dòng)具有過(guò)載保護(hù)。為了減少設(shè)計(jì)上的困難，所有帶傳動(dòng)傳動(dòng)比均為1，且兩帶傳動(dòng)中心距相同。方案二在緊湊上不如方案一，但是方案一種也采用了帶傳動(dòng)，兩者緊湊性差別不大。綜合考慮所有因素，最終選擇方案二。1—2 方案的運(yùn)動(dòng)分析a）壓緊和端面切削部分圖1—3b）推桿運(yùn)動(dòng)部分圖1—4c）運(yùn)動(dòng)分析圖1—5凸輪每旋轉(zhuǎn)一周，最大行程為25mm，當(dāng)行程為5mm時(shí)，壓桿將工件壓緊，行程為10mm時(shí)，此時(shí)工件已經(jīng)壓緊，端面切刀接觸端面，當(dāng)行程為25mm時(shí)，完成端面的切削，壓桿和切刀同時(shí)抬起。于此同時(shí)，當(dāng)壓桿向下時(shí)，推桿向左運(yùn)動(dòng)，此段為空程。當(dāng)壓桿抬起，工件不再壓緊時(shí)，推桿推動(dòng)工件向左運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)榫槽加工，加工完成后，推桿退回，推桿的總行程為200mm，推桿退回之后，壓桿向下，如此循環(huán)。d)行程匹配圖1—6 e)凸輪輪廓設(shè)計(jì)平底從動(dòng)件凸輪設(shè)計(jì)，采用解析法進(jìn)行設(shè)計(jì)圖1—7凸輪段采用三角函數(shù)關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，于是整個(gè)凸輪行程的解析表達(dá)式就可以得出 由式3—22，可得凸輪輪廓的解析表達(dá)式其中，代入可得輪廓表達(dá)式時(shí)時(shí)實(shí)際凸輪輪廓如下所示圖1—8第二章 電動(dòng)機(jī)的選擇Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)具有效率高、性能好、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。適用于空氣中不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場(chǎng)所或無(wú)特殊要求的機(jī)械上。2—1電動(dòng)機(jī)容量的選擇由工作情況可知，工作軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，榫槽切削刀就切木塊一次，同時(shí)推桿推動(dòng)工件一次，而根據(jù)生產(chǎn)效率為每分鐘50件。又由設(shè)計(jì)凸輪的形狀，凸輪在一周的半圈里工作，另半圈處于近休位置，最大功率即為推桿推動(dòng)工件時(shí)的功率。v=26450601000=根據(jù)已知條件由計(jì)算得知工作機(jī)所需有效功率設(shè)：聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率為 ηc=軸承的傳動(dòng)效率(一對(duì)) ηb=圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為 ηg=V帶傳動(dòng)的效率為 ηt=估算傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率式中：于是，傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率為工作電動(dòng)機(jī)輸出的最小功率必須達(dá)到 由電動(dòng)機(jī)的最小輸出功率要求，查表可選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)且滿足的條件。2—2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇根據(jù)榫槽切削機(jī)的工作效率（50件/分鐘），按照理想情況，輸出軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周榫槽切刀就切削木塊一次，進(jìn)行一次榫槽切削動(dòng)作，以此為依據(jù)可知，榫槽切削機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)該等于切削機(jī)的切削機(jī)的工作效率，即榫槽切削機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速為按要求選取同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)，—4型表2—1電動(dòng)機(jī)性能電動(dòng)機(jī)型號(hào)額 定功 率（kw）同 步轉(zhuǎn) 速(r/min)滿 載轉(zhuǎn) 速(r/min)總傳動(dòng)比Y90L—41500140028查看電動(dòng)機(jī)表可知此電動(dòng)機(jī)的中心高為H=90mm,轉(zhuǎn)軸伸出部分用于裝聯(lián)軸器軸段的直徑和長(zhǎng)度分別為D=24mm和E=50mm。 第三章 傳動(dòng)比的分配及動(dòng)力參數(shù)3—1 榫槽切削機(jī)的總傳動(dòng)比分配根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)方案，所有的傳動(dòng)此均由減速器分配，于是，計(jì)算可得兩級(jí)圓柱齒輪減速器的總傳動(dòng)比為為便于兩級(jí)圓柱齒輪減速器采用浸油潤(rùn)滑，當(dāng)兩級(jí)齒輪的配對(duì)材料相同，齒面硬度HBS≤350，齒寬系數(shù)相等時(shí)，考慮齒面接觸疲勞強(qiáng)度接近相等的條件，按經(jīng)驗(yàn)公式取高速級(jí)傳動(dòng)比及低速級(jí)傳動(dòng)比分別為故整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)比分配情況為3—2 各項(xiàng)動(dòng)力參數(shù)計(jì)算0軸（電動(dòng)機(jī)伸出的軸）1軸（減速器的高速軸）2軸（減速器中間軸）3軸（減速器低速軸）4軸（帶輪的中心軸）表3—1傳動(dòng)系統(tǒng)的總參數(shù)軸號(hào)電動(dòng)機(jī)兩級(jí)圓柱齒輪減速器帶輪0軸1軸2軸3軸4軸轉(zhuǎn)速n(r/min)140014005050輸入功率p(kw)輸出功率p(kw)輸入轉(zhuǎn)矩T(Nm)輸出轉(zhuǎn)矩T(Nm)兩軸聯(lián)接、傳動(dòng)件聯(lián)軸器第一級(jí)齒輪第二級(jí)齒輪聯(lián)軸器帶輪傳動(dòng)比111傳動(dòng)效率第四章 減速器傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4—1第一級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1．、材料、齒數(shù)初選及螺旋角初定a) 榫槽切削機(jī)為一般的工作機(jī)器，速度不高，沖擊振動(dòng)不大，而且所加工的零件為硬度并不高的木料，故可選擇齒輪精度為7級(jí)或8級(jí)，在此設(shè)計(jì)計(jì)算中選擇8級(jí)。b) 材料：齒輪在工作是受到的是交變作用力，要求齒輪的材質(zhì)為里韌外硬，一般制造齒輪的材料為調(diào)質(zhì)鋼或滲碳鋼，在此設(shè)計(jì)計(jì)算中選擇調(diào)質(zhì)鋼。同時(shí)由于小齒輪直接與軸作為一體，所以小齒輪材料選擇為45鋼（調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HBS），大齒輪材料選擇為45鋼（調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS），兩者硬度相差20HBS。c) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的最少齒數(shù)為17，齒輪的模數(shù)選擇第一系列，兩嚙合齒輪齒數(shù)互質(zhì)，螺旋角范圍8至25176。，小