锁梁自动成型机床扳弯机构设计

课程设计
课程名称：机械原理
学院：机械工程学院专业：车辆工程姓名：Y Z C 学号：
年级：2014级任课教师：
2016年12月25日
贵州大学机械工程学院
课程设计成绩评定表
填表人：年月日
前言
本课程设计是使现代机械设计方向的学生全面、系统地掌握和深化机械设计类课程的基本知识、基本理论与基本方法的专业性、综合性实践教学环节。

其目标是：
1、通过工程设计过程各主要环节的训练，使学生树立正确的设计思想，了解现代机械设计技术及其在实际工程中的应用，掌握一般机械设计的基本方法和技能，培养观察、提问、分析和解决问题的独立设计工作能力，训练设计构思和创新能力。

2、培养学生综合运用机械设计类课程及其他有关先修课程的知识、理论与方法分析和解决机械设计问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展所学到的理论知识，并使理论知识与生产实践紧密结合。

3、培养学生的计算机辅助设计能力、现代设计理论与方法的运用能力和标准、规范、手册、图册及网络信息等有关技术资料的查阅与运用能力，为今后成为高级机械设计工程技术人员进行基本技能和基本素质训练。

目录1
贵州大学机械工程学院
机械原理课程设计任务书
题号02
锁梁自动成型机床搬弯机构设计
一、工作原理及工艺动作过程
锁梁自动成型机床加工锁梁（即挂锁上用与插入门扣的钩状零件）的工序为：将盘圆钢条校直、切槽、车圆头、切断和搬弯成型。

本机构为该机床的搬弯成型工艺部分，由送料机构、定位机构和搬弯机构组合而成。

搬弯成型加工原理如下图：送料滑块1将工件2送到搬弯工位后即返回，定位销3上升至锁梁槽内，将锁梁卡住，搬弯架4转动搬弯角度，搬弯架上的滚轮6绕固定滚轮5也转过搬弯角度，将锁梁搬弯成型。

然后搬弯架返回原位，定位销下降，松开工件，待送料滑块第二次送进时将已搬弯成型的工件推出工位。

6工件展开长度 L
D 2
D 1
3451
2
原始数据和设计要求:
锁梁自动成型机床搬弯机构设计题目数据(题号B1～B10)
1）设计内容：
1．目标分析：根据设计任务书中规定的设计任务，进行功能分析，作出工艺动作的分解，明确各个工艺动作的工作原理。

2．创新构思：对完成各工艺动作和工作性能的执行机构的运动方案进行全国构思。

对各可行方案进行运动规律设计、机构型式设计和协调设计。

3．方案拟定：拟定总体方案，进行执行系统、传动系统、原动机的选择和基本参数设计。

4．方案决策：在方案评价的基础上进行方案决策，确认其总体设计方案。

二、课程设计要求：
1按工艺动作设计多个组合机构的总体方案，根据评标的运动特性、传力特性、工作可靠性、结构紧凑性和制造经济性等进行分析比较，最后确定一、二个较好的方案，拟定出运动方案示意图。

2分解工艺动作，根据生产率绘制送料机构、定位机构和搬弯机构的运动循环图。

3根据生产率和电机转速，设计传动系统。

4对送料机构、定位机构和搬弯机构进行运动设计，绘制组合机构的运动简图。

5对送料机构进行运动分析：
编制计算流程框图；根据计算流程框图编制主程序，上机计算及打印结果
6用计算机辅助设计对凸轮机构进行设计，绘出凸轮轮廓和从动件位移曲线
7编写课程设计说明书。

内容包括：设计题目、工艺要求、设计内容、方案选择与比较、各机构类型和运动参数的选择、机构运动设计步骤、设计结构、设计结构、传动系统设计、机构运动分析计算流程框图、主程序及计算结构、凸轮机构设计、参考资料目录和设计小结等。

设计题目分配：
1．凡学号末位第二位数（即十位数）为０、２、４的同学作锁梁自动成型机搬弯机构(即题号B1～B10)。

2．学号末位数（即个位数）为题号代号。

例：学号03*****28 的同学作锁梁自动成型机搬弯机构题号代号为B8的数据。

第一章机械系统运动方案的拟订和选优
1.1 原动机的选择
根据设计的要求可知，锁梁一般是大批量生产；从能源方面看，工厂的电源能有效地保证并充足，且有降低生产成本，便于操作，工件可靠，维修方便，应尽量选用电力驱动。

从对环境影响来看，电力驱动方式所产生的污染较小，可选择电动机。

从经济方面来看，电动机应满足一定的功率，防止功率过大造成浪费，过小负荷过大，使生产率达不到要求致使浪费时间。

所以为了满足上诉要求，选择电压为380V转速1250转/分的交流电动机最为合适。

1.2传动机构的比较与选择
机械系统中的传动机构是把原动机输出的机械能传递给执行机构并实现能量的分配、转速的改变及运动形式的改变的中间装置。

传动机构最常见的有齿轮传动、带传动、蜗杆传动等。

他们的特点如表2.2：
表1.2传动机构特点比较图
由上述几种主要的传动装置相互比较，齿轮传动、带传动用于减速，扳弯机构使用链轮传动。

齿轮传动可靠、准确，链传动距离较远并可靠。

机构有关参数：生产率：32件/分，电机转速：1250转/分，工件长度；100 工件：D1=5，D2=3.5，扳弯角度：185°，齿轮模数；2.5
1.3电机向主轴传动设计与分析
根据生产率32件/分可知，主轴的转速为32。

从而可以算得传动比1250/32,从而设计三级减速，如图2.3，一级减2/5，第二级减2/5，第三级减4/25,设计：d1=100 d2=250; z2’=18 d2’72;
z3=45 d3180; z3’=18 d3’72;
z4=16 d4100
图1.3传动设计图
1.4运动方案的拟定
1.4.1机械系统的功能
锁梁自动成型机床扳弯机构的功能是将已切削加工后的材料进行扳弯再加工成“锁梁”。

将切削加工的金属材料加工成钩形的零件，可采用搬弯机构来实现。

用一板弯滚子将工件压在一圆弧模块上，然后绕圆弧模块转一角度，可将工件搬成与圆弧模块板将相对应得弧形。

1.4.2机械系统的功能分解图
图1.7.1功能分解图
1.4.3功能原理过程分解
(1)送料功能：采用曲柄摇杆的四杆机构或者六杆机构，使其有一定急回特性。

(2)定位功能：采用一活动定位杆进行定位，执行机构为凸轮机构上的定位杆，它的运动是间歇往复直动。

(3)扳弯功能：用一板弯滚子将工件压在一圆弧模块上，然后绕圆弧模块转一角度，即可将工件搬成与圆弧模块板半径相对应的弧形。

由扳弯的工作原理可知，它的执行机构是扳弯滚子支架，它的运动时间歇往复摆动。

1.4.4机械系统运动转换功能图
图1.7.4运动转换功能图1.4.5机械系统减速单元及功能转换图
机械系统运动转换功能图如图1.7.5
图1.7.5运动转换功能图
1.5送料机构的设计和分析
用一自锁式夹持器作间歇往复直线运动实现送料。

如图1.5.1方案一所示，夹持器由机构件4-5-5’组成，夹持器由凸轮机构1通过摆动导杆2驱动作间歇往复直线运动，当夹持器向左运动时，由推爪5和5’在卷料7上打滑，从而实现单向送料。

图1.5.1方案一图1.5.2方案二
方案一和方案二都能实现单向送料。

方案一用摇杆导杆滑块机构，使用凸轮连杆机构，凸轮能够实现比较精准，但是传动机构成本高。

方案二运用六杆机构，分别可以视为一个曲臂摇杆和一个摇杆滑块结合，没有间歇运动，但把极位夹角设计得大一些也能实现目的运动。

应用方案二可以节约成本。

1.6定位夹紧机构的选择与比较
方案一：如图所示，凸轮旋转推动连杆上下移动，从而实现定位夹紧功能。

方案二：从图可知，平底推杆4在凸轮3的旋转上下移动。

5是回位弹簧。

6是‘V’型块，有定位和夹紧工能为一体。

图1.6.1 方案一图1.6.2 方案二通过方案一和方案二的比较，方案二使用平杆，相比较方案一，摩擦力小，能量损失小，经济节约。

同时又能够满足需要，所以采用方案二。

1.7扳弯机构的选择与比较
方案一：运用的是曲臂摇杆机构，通过杆1的旋转使得杆3的摆动，从而由杆4传动到圆轮5的旋转。

从而带动搬弯装置进行搬弯。

使用这种曲柄摇杆机构，没有间歇运动。

方案二：使用六杆机构传动，原动件1的来回移动让杆2来回摆动，从而带
动机构进行搬弯。

使用凸轮作为原动件，可保证搬弯过程中有间歇运动。

图1.7.1方案一
图1.7.2方案二
方案对比：上述两个方案均能达到设计所需的要求，但方案一用的构件过多，工
作过程不易控制，导致加工精度不高，方案二能有效的解决这一问题，所以设计
时选择方案二。

第二章执行机构几何尺寸设计
2.1送料机构尺寸设计
图2.1送料机构尺寸计算图
由任务书得到100，分别以E、F为圆心，160做圆，交于A点，A为长杆的固定机架且、为长杆的两个极位，以A为圆心，100做圆交、于 C、D，取曲柄长度为20，连杆长度为80可以得到两杆之和为100，两杆之差为60，以C为圆心60，画圆弧；以D为圆心100，画圆弧交于B点，B点及为曲柄的机架位置，并可得到极位夹角θ=40º，1.57可以求的工进为140 º，回程为220 º。

定位机构用凸轮顶杆机构，根据运动循环图使用设计凸轮如图，根据任务书可知形成大于5-3.5=1.5即可满足要求，设定凸轮的基圆半径20，升程为6。

2.2.1凸轮位移角度图
升程0-60 º：20+(6(ψ-90 º))+6）
间歇60 º-240 º：20
回程240 º-360 º：20+(6(0.5(ψ-240 º))+6)
由任务书可知板弯轮转动185°，选择扳弯轮和轮O的半径比为1：5，扳弯轮20，轮O半径100，可得轮O转动37°，取杆D距圆心O距离为75可以得到D点的两个极位如图D、D’，反向延长D’O，距离为250 得到机架A的位置，取240，200，通过作圆相交得到C与C’的位置，并且可以求得∠’=9°,取50可得’=7.872，’即为扳弯凸轮的行程。

图2.3.1扳弯机构尺寸计算图
根据已有条件利用生成扳弯凸轮
图2.3.2凸轮运动图解升程0-90°：升程7.872，简谐运动规律；
回程90°-180°：升程-7.872，简谐运动规律；
近休止180°-360°：升程0，静止。

2.4运动循环图
2.4.1运动循环列表
运动循环列表如表2.4.1
表2.4.1运动循环图
执行构件动作时间（s）分配轴转（°）
送料送料行程
工作位置停歇
空回行程
初始位置停歇
T1=1.145s
T2=0s
T3=0.73s
T4=0s
ψ1=140°
ψ2=0°
ψ3=220°
ψ4=0°
定位夹紧定位夹紧
工作位置停歇
空回行程
初始位置停歇
T1=0.42s
T2=1.25s
T3=0.83s
T4=0s
ψ1=60°
ψ2=180°
ψ3=120°
ψ4=0°
扳弯扳弯行程
工作位置停歇
空回行程
初始位置停歇
T1=0.468s
T2=0s
T3=0.468s
T4=0.93s
ψ1=90°
ψ2=0°
ψ3=90°
ψ4=180°
2.4.1运动循环图
运动循环图如图3.4.1
图2.4.1运动循环图
2.5总体机构图
总体机构图如图3.5所示
图2.5总体机构图
第三章运动分析
3.1用绘制三维模型
模型截图如图4.1
如图所示，曲柄长度20，摇杆长度80。

最长杆长度160，滑块公共杆长100m，装配得如图所示装配图，在曲柄上加32的等速马达即可。

图3.1送料机构运动图截图
3.2用进行运动分析
工件的运动速度与时间的关系、速度与时间的关系、加速度与时间的关系都可见图；但是由于软件问题，虽然设置电机为等速转动，但模拟过程中仍会变成加速转动，所以得到的关系图在X轴上会有所偏移，但仍可以看出是符合要求的运动。

机构有关参数：生产率：32件/分，电机转速：1250转/分，工件长度；100 工件：D1=5，D2=3.5，扳弯角度：185°，齿轮模数；2.5
从而有1.875，100.
图3.2送料机构运动算例图表
通过对所建立模型进行运动分析，从分析结果可以看出，本次设计的机构可以满足任务书所提要求。

总结
通过本次课程设计，初步掌握了一些机械设计的方法。

在各机构选择时，认识
了很多很实用、设计很巧妙的机构。

在对机构各尺寸的计算时，利用到了机械原理所讲的很多知识点，比如作图法、反转法等。

本次课程设计所运用到的应用工具很多，其中可以用来完成机构最基本的尺寸设计；可以用来对设计好的零件建模、装配、运动分析及动力学分析；强大的数据处理功能可以用来处理一些比较复杂的数据及数据间关系。

需要特别指出的是，最初设计的零件往往是存在一些错误的，而这些错误在各个零件及机构中混淆是很难发现的，所以不能只用单一的方法去设计和验证机械系统的可靠性。

一个机构在工具里面分析正确后，还要从不同的途径去验证其可靠性。

从开始进行课程设计到完成本次课程设计，我学到了很多实用的知识，建模能力运算能力以及对于机械原理理论知识的理解更加深刻了，当然也看到自己存在的很多不足，了解的知识太少，在今后还需要更广泛的学习。

最后感谢戴老师的悉心指导，因为戴老师明确的进度安排，我们才能循序渐进，一步一步的完成这次课程设计，每一步自己在查询资料和实践过程中，对于自己的专业理论知识有了更加深刻的理解，同时也因为老师指导的课程设计，自己的建模运算技能有了更高的提升，感谢老师。

参考文献
1．《机械原理课程设计手册》主编牛鸣歧，重庆大学出版社
2．《机械原理课程》主编申永胜，清华大学出版社
3．《机械原理课程》重庆大学出版社4．《机械制造基础》重庆大学出版社5．《机械原理教案》余述凡主编
6．《机械设计手册》北京机械工业出版社7．《贵州大学机械原理课程设计任务书》8．《贵州大学机械原理课程设计指导书》
附录一：送料凸轮输入参数图
附录二：送料凸轮生成图
附录三：送料凸轮运动算例图
附录四：扳弯凸轮输入参数图
附录五：扳弯凸轮生成图
6.5扳弯凸轮生成图
附录六：扳弯凸轮运动算例图
附录七：机构总图。