机械原理课程设计-光纤接头保护玻璃管内倒角自动磨削机的设计.doc
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光纤接头保护玻璃管内倒角自动磨削机的设计
提供完整版的毕业设计
机械原理课程设计
说明书
设计题目光纤接头保护玻璃管内孔
倒角自动磨削机设计
专业机械设计制造及其自动化
班号
设计者
指导教师
完成时间2014年4月18日
1.1设计题目 2
1.2机械系统的方案拟定 3
1.2.1工作原理确定 3
1.2.2执行构件及其运动设计 3
1.2.3原动机的选择 5
1.2.4执行构件的运动协调性（运动循环图）设计 5
1.2.5机构选型及组合 6
1.2.6方案评价及优选 7
1.3相关机构的尺度综合 11
1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明 13
1.5课程设计体会及建议 14
主要参考文献 15
1.1设计题目
光纤接头保护玻璃管的结构与尺寸如图1所示。
光纤接头保护玻璃管被套在光纤接头处，以保护光纤接头。
为不致损伤光纤，保护玻璃管内孔两端需倒角,如图a所示。
该玻璃管内孔两端倒角宜采用细粒砂轮高速磨削的工艺，以避免砂轮磨削力过大而损坏其端口。
其砂轮磨削头的形状如图b所示。
由于其用量很大，故需设计一台专用自动倒角磨削装置来加工。
a）b）
图1
设计要求：
1）保护玻璃管在倒角之前处于散堆状态，磨削时需自动整理并逐个送料，故需配套设计自动送料机构。
2）保护玻璃管磨削时需自动夹紧，但夹紧力不宜过大，以免造成玻璃管损坏。
为了减小对其夹紧力，应采用两套砂轮磨头，并沿轴向相对布置，相向进给，反向旋转，使两磨削力得以平衡，实现两端口同时磨削并自动定位。
要求两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min。
3）要求保护玻璃管磨削机从自动送料、装卸与夹紧、磨削控制等全部自动工作，并用一个电动机驱动，电动机的转速约1500r/min。
4）每班（8小时）生产率不低于4000件。
1.2机械系统的方案拟定
1.2.1工作原理确定
送料：
由图2为玻璃管的整料和送料机构，当一批玻璃管放入进料口，在具有机会运动特性的四杆机构作用下，玻璃管依靠惯性沿斜坡滚到导轨中，由于重力的作用在导轨内调整自己的滚动方向，使玻璃管沿着合适的方向滚动，最后到达送料机构。
夹紧：
当玻璃管从斜坡上滚下来并到达拐角处时，圆盘凸轮恰好将推杆送到拐角处并利用一个带有圆弧形卡槽的装置将玻璃管夹紧在加工位置。
加工：
如图12为传动机构及执行机构总图，动力由控制电机1输出，经带轮7传到星系齿轮轴进行减速，然后再传到主轴9上控制各执行构件的运动。
主轴9每转动一圈，圆柱凸轮2转动一周，通过连杆控制磨削电机4在导轨6上来回运动一个周期，从而完成一个工件5的磨削加工。
1.2.2执行构件及其运动设计
1）磨削机的整料、送料功能设计
如图2所示：
我们利用一个有急回特性的四杆机构带动料斗左右移动，由于料斗前进速度比较慢，而回程的时候很快，这样就利用玻璃管的惯性作用使其滑落到斜导轨中，斜导轨的宽度略大于玻璃管的直径，玻璃管可以利用自身的重力进行滚动方向的调整，从而实现顺利送料。
图2
2）定位夹紧功能
图3
3）磨削功能
通过两套微型电机带动砂轮对玻璃管进行磨削。
工作原理如图4所示。
微型电机下方的圆柱凸轮机构，由该机构控制微型电机做间歇式直线往复运动。
实现对保护玻璃管端部倒角的磨削。
图4
1.2.3原动机的选择
该原动机采用电动机，题目设计要求中已给出，控制电动机的转速约1500r/min，要求两砂轮的转速约6000r/min，并用两套微型电动机驱动分别独立驱动，电动机的转速约1500r/min，通过变速箱使输出住的转速达到6000r/min。
1.2.4执行构件的运动协调性（运动循环图）设计
根据工艺动作顺序可知该系统运动方案有两个主要构件需要进行运动协调设计，即压紧滑块、磨削砂轮。
以主轴的转角作为参考基准得出机构运动循环图如图5所示。
图5
1.2.5机构选型及组合
根据执行机构的运动规律，以及工艺动作的分解，选择机构类型，如表1所示。
表1
功能元
减速机构
间歇送料机构
磨削机构
所选机构
带传送和齿轮机构结合
凸轮连杆机构
圆柱凸轮
机构
对表1所选机构类型，分别从运动性能、动力性能、经济性、结构紧凑性等方面进行简单的评价。
评价结果如表2所示。
表2对机构选型的简要评价
评价指标
具体项目
简要评价
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
棘轮机构
蜗杆机构
运动性能
运动规律、运动轨迹
任意性较差
基本上实现任意的运动规律
一般做定比传动
实现间歇式转动
一般做定比传动
运动精度
较低
较高
高
一般
较高
动力性能
传力特性
一般
一般
较好
一般
较好
冲击、振动、噪声
较大
较小
小
较大
一般
经济性能
加工难易
容易
难
一般
较难
较难
维护方便性
较方便
较麻烦
较方便
较方便
较方便
结构紧凑性
运动空间
较大
较小
较小
较小
较小
结构复杂性
较复杂
一般
简单
较复杂
一般
对该磨削机构进行定性分析，结合设计要求，可以对该磨削机的性能要求进行排列，1.运动精度（磨削量很小，容易破碎，所以需要很小的运动精度）;2.冲击噪声；3.维护方便（为大批量生产，而且过程中产生很多玻璃粉末，要经常维护清理）；4.结构复杂；5.运动空间。
根据磨削机对性能要求的重要程度，结合表1，2，可以最终确定该磨削机的机构组合为：
减速机构 带传动+齿轮传动；
传动系统Ⅰ即送料及夹紧机构凸轮连杆机构；
传动系统Ⅱ即磨削砂轮的间歇式直线运动 圆柱凸轮机构；
将以上几种机构进行整合后形成总的结构图。
1.2.6方案评价及优选
通过以上分析，对于“送料、整料机构”、“装卸与夹紧机构、“磨削控制机构”，我们提出了以下方案：
1）送料及夹紧装置（共三套方案）
方案一：
图6
方案二：
图7
方案三：
图8
2）磨削控制机构
图9
方案的评价：
送料及夹紧装置
方案一
方案二
方案三
优点
结构简单
结构简单
运动比较精确
缺点
靠自身重力可能不能可靠夹紧
加工位置会有相对的浮动
设计制造比较复杂
方案的优选：
充分考虑到玻璃管加工要求的准确性，我们对上述的方案进行了进一步的改进，将方案一与方案二综合，并将凸轮推杆顶部的压紧结构设计成圆弧，这样既保证了夹紧的可靠性，又保证了加工的准确性。
图10
1.3相关机构的尺度综合
（1）减速机构参数设计
加工一个玻璃管所用时间为t，设计要求为8小时生产量不低于4000件，及生产率
η≥4000/（8×60）=8.3件/min；
t′=60/8.3=7.2s/件；
为了计算设计方便，同时保证可靠的生产率要求取t=6s/件；
即6s圆柱凸轮转过2π，送料盘转过2π/8=π/4,这样即完成一个玻璃管的加工。
设圆柱凸轮的转速ω9，齿轮4的转速ω4,则
ω9=ω4=2π/6=π/3rad/s；
原电机的转速：
ω=1500×2π/60=50πrad/s；
从原电机到分配轴需实现的降速比i=ω/ω9=150；
根据标准，蜗杆蜗轮传动可取z1=2,z2=31,m=5㎜,分度圆直径d1=50㎜,d2=155㎜,可实现的传动比i1=z2/z1=15.5；
齿轮传动需要实现的传动比i2=i1/i=150/15.5≈9.6；
i2=z3/z2’×z4/z3’=9.6；
齿轮选用的基本原则：
1．齿轮转速较高时，为了提高传动的平稳性，减小冲击震动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数一般可选为20~40
2．为了使齿轮免于发生根切，对于标准直齿圆柱齿轮来说，一般取齿数为17~20
综上以及考虑整体大小，选取最小齿数为20；
选取z3=48,z2’=20,z3’=20,z4=40,m=3㎜；
分度圆直径：
d2’=60㎜,d3=144㎜,d3’=60㎜,d4=120㎜；
（2）圆柱凸轮机构
设砂轮直径为Φ10，则当砂轮头部1.8㎜进入玻璃管，即可磨出0.3×45°的倒角，将该点标为B点。
取B点距离玻璃管端面最远距离为15㎜。
由于圆柱凸轮在工作过程中，转速低，受力较小，所以可以采用一次多项式运动规律。
滚子直径为Φ5，圆柱凸轮转角用θ表示。
B点距离玻璃管端面的距离用y表示，时间用t表示。
当θ=0到5π/6π时，t=0到2.5s,y=15-6t；
当θ=5π/6到7π/6时，t=2.5s到3.5s,y=0；
当θ=7π/6到2π时，t=3.5s到6s,y=6t-21；
（3）盘形凸轮的运动设计
凸轮基圆半径：
，推杆行程：
，远休止角：
，
运动规律：
1.4机械系统的运动简图绘制及相关性能分析或说明
图11
图12
性能分析与说明（运动链）：
1-控制电机→→5-皮带轮→→6-行星轮→→7-主轴→→2-圆柱形凸轮→→
3-磨削电机→→8-磨削头→→4-玻璃管
1.5课程设计体会及建议
经过几周的努力，我们小组终于完成了此次的机械原理课程设计作业。
在这几个月的时间里，通过对这次的光纤接头保护玻璃管内孔倒角自动磨削机的设计，我们查阅了很多书籍，也上网查阅了很多的机构，学习了许多画图软件，通过学习与讨论，我们相互交流自己的想法与意见，不但地提出新的构思，我们都学到了很多东西，也对机械机构的设计有了初步的认识，我认为这次的作业对我们大学的学习有很重要的意义，不仅让我们记忆不得对课本知识加以更深学习，而且将课本知识进一步的运用到实践中去。
在此次机械课程设计的过程中，我们不仅学习了相关理论知识，更进行了生动活泼的课堂讨论，则课堂讨论中各组成员相互展示自己的PPT作品，通过交流，大家相互分享各自的成果，聆听老师和同学们的建议，从而有了更多的认识和启发。
此外通过这次课程设计，我们获得了以下经验：
1、要充分发挥团队精神，充分利用好每个人的优势，要分工明确，这样就会事半功倍，也要注意足够适时的交流；2、课程设计也是创新的过程，其中有许多不曾处理过的问题，我们应该善于学习，积极地解决问题。
然而由于自身所学有限以及时间有限，此次设计也存在着不足，未能做出三维动画，只对机构进行了简单的计算。
一点建议：
希望以后能多进行此类课程的设计，将书本上的知识真正应用到实际中去，提高大家分析问题和解决问题的能力。
主要参考文献
[1]孙桓、陈作模、葛文杰.机械原理[M].8版.北京：
高等教育出版社，2013.
[2]黄靖远、高志、陈祝林.机械设计学[M].机械工业出版社，2005.
[3]黄平、刘建素、陈扬枝、朱文坚.常用机械零件及机构图册[M].北京：
化学工业出版社，1999.
[4]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].9版.北京：
高等教育出版社，2013.
[5]吕仲文.机械创新设计[M].北京：
机械工业出版社，2004.
[6]强建国等.《机械原理创新设计》.华中科技大学出版社，2008.
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