機械原理課程設(shè)計---半自動鉆床

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計要求……………………………………….………….</p><p>　　第二章 功能分解……………………………………………………</p><p>　　第三章 機構(gòu)對比選用……………………………………………………</p><p>　　第四章 機構(gòu)組合……………

2、………………………………………</p><p>　　第五章 傳動設(shè)計方案設(shè)計…………………………………………</p><p>　　第六章 運動協(xié)調(diào)性設(shè)計……………………………………………</p><p>　　第七章 機構(gòu)設(shè)計………………………………………...…………</p><p><b>　　第八章 方案的評價</b>

3、;</p><p>　　參考資料………………………………………………………..</p><p>　　第一章 概述及其設(shè)計要求</p><p><b>　　1.1功能要求</b></p><p>　　半自動鉆床機能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。設(shè)計要求的機床的進料機構(gòu)工作行程大于等于40mm，動力鉆頭工作行程大于18

4、mm，電動機轉(zhuǎn)速1450r/min，每分鐘1件構(gòu)件加工好。</p><p>　　半自動鉆床機由送料機構(gòu)，定位機構(gòu)，進刀機構(gòu)以及電動機組成。送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定，最終由進刀機構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降來進行鉆孔工作。</p><p>　　選擇送料機構(gòu)時要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機構(gòu)要以直線、間隙、定量地將要加工的構(gòu)件送入加工臺，可用來回往復(fù)移動構(gòu)件走

5、直線軌跡段推構(gòu)件向前進，用定位機構(gòu)來定住構(gòu)件的要被加工的位置，加緊之后再鉆，打好孔之后再退刀，退出時可以用送料機構(gòu)送的構(gòu)件推出加工臺，以此來實現(xiàn)循環(huán)加工。</p><p><b>　　1.2設(shè)計任務(wù)要求</b></p><p>　　1.半自動鉆床至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)；</p><p>　　2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，

6、并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；</p><p>　　3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；</p><p>　　4.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機構(gòu)的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖；</p><p>　　5.設(shè)計計算其他機構(gòu)

7、；</p><p>　　6.編寫設(shè)計計算說明書；</p><p><b>　　1.3方案提示</b></p><p>　　要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統(tǒng)。其中：</p><p>　　1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。</p><p>　　2. 除

8、動力頭升降機構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。</p><p>　　3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。</p><p>　　1.4設(shè)計數(shù)據(jù)及工件尺寸</p><p><b>　　加工工件</b></p><p><b>　　第二章 功能分解</b></p&

9、gt;<p>　　半自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)和進刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形狀。工藝動作過程由送料 定位 鉆孔三部分組成。各個機構(gòu)的運動由同一電機驅(qū)動，運動由電動機經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動傳動皮帶傳送動力到定位機構(gòu)和送料機構(gòu)，分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機構(gòu)對工件的定位和帶動凸輪四桿機構(gòu)控制推桿做往復(fù)直線運動。另一路直接傳動到鉆頭的進退刀機構(gòu)，控制鉆頭的進退。</p><p&g

10、t;　　基本運動為：推桿的往復(fù)直線運動，定位機構(gòu)的間歇運動和鉆頭的往復(fù)運動。</p><p>　　此外，還要滿足傳動性能要求：</p><p>　　1 送料 定位 進刀機構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時候快慢行程不同。</p><p>　　2 各個機構(gòu)之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)的性能要求。</p><p><b>　　第三章 機構(gòu)選

11、用</b></p><p>　　根據(jù)前述設(shè)計要求，送料機構(gòu)應(yīng)該做往復(fù)運動，并且必須保證工作行程中有快進、休止和快退過程。定位機構(gòu)也有休止、快進、快退過程。進刀機構(gòu)有快進和慢進、快退和休止過程。此外三個機構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同角度時候配合完好，以及送料機構(gòu)的往復(fù)運動和進刀機構(gòu)的往復(fù)循環(huán)及各個機構(gòu)的間

12、歇運動。</p><p><b>　?、褡兯贆C構(gòu)：</b></p><p>　　方案一：A1由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min?？梢钥紤]利用行星輪進行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。</p><p>　　方案二：A2利用定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,因為傳動比很大，

13、所以要用多級傳動。</p><p><b>　?、蛩土蠙C構(gòu)的選型：</b></p><p>　　方案一：B1直接采用凸輪滑塊機構(gòu)，并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間歇休止運動要求。</p><p>　　方案二：B2采用凸輪與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運動又有休止的間歇運動。</p><p>　　方案

14、三：B3采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu)，由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運動。再加上用四桿機構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計的機構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機構(gòu)來實現(xiàn) 。</p><p><b>　?、?定位機構(gòu)選型</b></p><p>　　方案一：C1利用四桿機構(gòu)中死點的積極作用，選取

15、凸輪結(jié)合夾緊機構(gòu)共同作用達到定位機構(gòu)和間歇定位的要求。</p><p>　　方案二：C2定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要 有間歇，所以就要使用凸輪機構(gòu)，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足實際要求了。</p><p><b>　　

16、Ⅳ 進刀機構(gòu)</b></p><p>　　方案一：D1為了達到輸出間歇運動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運動，采用凸輪機構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。</p><p>　　方案二：D2采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸

17、輪機構(gòu)來傳遞齒輪機構(gòu)，當(dāng)進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。</p><p><b>　　第四章 機構(gòu)組合</b></p><p>　　上述各機構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。</p><p>　　方案1的設(shè)計矩陣為E

18、1={A2 B3 C1 D2}</p><p>　　鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比=n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,非常大，此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。</p><p>　　機構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機構(gòu)既可以滿足設(shè)計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構(gòu)又具有尺寸小和運動可靠的特點。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機構(gòu)

19、中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復(fù)運動，此機構(gòu)中的四桿機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，由此雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動。同時設(shè)計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。</p><p>　　機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的死點來夾住工件，并按要求設(shè)計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構(gòu)同樣滿足間歇運動和休止。</p><p>　　機構(gòu)的進刀機構(gòu)由輪機構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把

20、回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。</p><p>　　方案2的設(shè)計矩陣為E2={A1 B1 C2 D1}。</p><p>　　半自動鉆床的變速機構(gòu)采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求

21、，占據(jù)空間也較小。</p><p>　　送料裝置如果采用凸輪滑塊機構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運動，但是不能夠保證滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)間歇休止并且配合好其他機構(gòu)。</p><p>　　采用C2 類型的定位裝置可以滿足設(shè)計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設(shè)計務(wù)必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。</p><p>　　進刀機構(gòu)采用D1時候能夠滿足設(shè)計要

22、求，但是機構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動，對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。</p><p>　　更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設(shè)計要求，并且選用能夠提供間歇運動的機構(gòu)，以及結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標(biāo)，選取設(shè)計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示：</p><p>　　1電動機 2定軸齒輪 3蝸輪 4凸輪 5連桿 6工件毛坯 7滑塊</p>

23、<p>　　8鉆頭 9齒輪 10扇形齒輪 11彈簧 12連桿 13夾具 14連桿</p><p><b>　　15凸輪 16皮帶</b></p><p><b>　　半自動鉆床運動簡圖</b></p><p>　　第五章 傳動設(shè)計方案設(shè)計</p><p>　　傳動比分配 根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和

24、工件生產(chǎn)的速度，確定系統(tǒng)總的傳動比為</p><p>　　i==n輸入/n輸出 =1450/1=1450</p><p>　　對于定軸齒輪轉(zhuǎn)動部分，由齒輪傳動的強度確定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4.</p><p>　　齒輪齒數(shù)：設(shè)定Z1=20，因為齒輪1直接與電動機連接，所以n1=1450</p><p>　　令i12=n1/n2=Z2/Z1=4

25、所以n2=362.5 z2=80</p><p>　　令Z2 `=20，n 2`=n2=362.5≈360</p><p>　　i2`3=5=n2 `/n3=Z3/Z2 ` 所以n3=72， Z3=100</p><p>　　最后確定蝸桿齒數(shù) 蝸桿轉(zhuǎn)速=n3=72，所以i=72/1=72</p><p>　　所以n蝸桿=1，Z蝸桿=72<

26、;/p><p><b>　　齒輪參數(shù)</b></p><p>　　第六章 運動協(xié)調(diào)性設(shè)計</p><p>　　鉆床進刀 鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應(yīng)該保證鉆床在鉆孔運動循環(huán)中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，繪制機構(gòu)系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下：</p><p><b

27、>　　第七章 機構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　1 凸輪擺桿進刀機構(gòu)的設(shè)計：</p><p>　　(1).由進刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動；</p><p>　　(2).用凸輪擺桿機構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封

28、閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致；</p><p>　　(3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下：</p><p>　　1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角β為18°,</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角

29、λ=0-60°,β=0°;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°，刀具快進，β=5°，</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°；</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°，β=0°</p><p>　　2.設(shè)計

30、圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18°, l=20mm，</p><p>　　3.得到r=63.69mm，如圖7-2</p><p><b>　　圖7-2</b></p><p>　　2凸輪推桿滑塊機構(gòu)的設(shè)計：</p><p><b>　　凸輪設(shè)計</

31、b></p><p>　　凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下:</p><p>　　設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-

32、100°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機構(gòu)快退,推桿行程

33、h=-25mm;</p><p>　　設(shè)計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計。</p><p>　?、?連桿機構(gòu)設(shè)計：采用如下機構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進料機構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機構(gòu)的極位夾角為12度，則由</p><p>　　得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對送料機構(gòu)來說并無影響。</p>

34、<p>　　根據(jù)四桿機構(gòu)的急回特性計算得各桿尺寸：</p><p>　　AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8</p><p>　　該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為12度。</p><p><b>　　第八章 方案評價</b></p>

35、<p><b>　　1 運動鏈的選擇</b></p><p>　　選擇帶傳動代替原來的齒輪傳動不僅能夠滿足動力傳動的要求，同樣可以節(jié)省機構(gòu)占用空間，簡化機械的構(gòu)造，降低制造的費用，減輕機構(gòu)的重量，有利于降低成本提高機械效率?？梢詼p少各個零件制造誤差而形成的運動鏈的運動累計誤差，從而提高零件加工的工藝性和工作可靠性，提高傳動精度。因此，在選型的時候有時寧可采用具有較小設(shè)計誤差但結(jié)

36、構(gòu)簡單的近似機構(gòu)，而不是采用理論上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機構(gòu)。此外，為了減少構(gòu)件的數(shù)目還有利于提高系統(tǒng)的剛性。因此此方案中采取了機構(gòu)簡單實際工作軌跡近似的裝置代替了理論上完全達到要求而實際設(shè)計制造很不方便的機構(gòu)。</p><p><b>　　2 傳動比的分配</b></p><p>　　運動鏈的傳動比的分配是否合理將直接影響機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。采用渦輪蝸桿結(jié)合定軸齒輪結(jié)

37、構(gòu)代替星系結(jié)構(gòu)不僅可以滿足大幅度減速的要求，同樣可以減少空間的浪費和材料的使用，節(jié)約成本。在安排傳動比分配的時候運動鏈逐級減速，可以使得各級中間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，從而可以使軸及軸上零件有較小的尺寸，是機構(gòu)較為緊湊。</p><p><b>　　3動力源的選擇</b></p><p>　　1：對于小功率傳動，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置，盡

38、可能降低初始費用。</p><p>　　2：對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。</p><p>　　3：當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。 </p><

39、;p>　　4：執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護裝置。</p><p>　　5：主，從動軸要求同步時，應(yīng)采用無滑動的傳動裝置。</p><p>　　6：動裝置的選用必須與制造水平相適應(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p&g