機械原理課程設(shè)計--半自動鉆床

1、<p><b>　　機械原理課程設(shè)計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目：半自動鉆床</p><p>　　汽車與交通 學(xué)院 車輛工程 專業(yè) 2 班</p><p>　　2011年01月10日</p><p>&l

2、t;b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計要求-----------------------------------------------------------------3</p><p>　　2.功能分解---------------------------------------------------------------4</p>

3、;<p>　　3.執(zhí)行機構(gòu)選擇---------------------------------------------------------5</p><p>　　4.機械系統(tǒng)運動方案的選擇------------------------------------------13</p><p>　　5.工作循環(huán)圖------------------------------

4、------------------------------13</p><p>　　6.尺寸計算---------------------------------------------------------------14</p><p>　　7.機構(gòu)運動簡圖 -----------------------------------------------------21</

5、p><p>　　8.參考資料---------------------------------------------------------------22</p><p><b>　　一．設(shè)計要求</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。由零件尺寸知道設(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

6、頭工作行程大于18mm，電動機轉(zhuǎn)速960r/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，最終由進刀構(gòu)負責(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

7、往復(fù)移動構(gòu)件走直線軌跡段推構(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>　　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，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；</p><p>　　3. 圖紙上畫出

8、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)；</p><p>　　要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀

9、的整體傳動系統(tǒng)。其中：</p><p>　　1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。</p><p>　　2. 除動力頭升降機構(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.采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。</p><p><b>　　二．功能分解</b><

10、;/p><p><b>　　功能分解圖：</b></p><p><b>　　→</b></p><p>　　→ → → </p><p><b>　　→</b></p><p>　　半自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)

11、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，一路隨著傳動系統(tǒng)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，既該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的960r/min降到主軸的1r/min，與傳動軸相連的各機構(gòu)控制送料、

12、定位、和進刀等工藝動作，最后由凸輪機構(gòu)推動四桿機構(gòu)，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,這樣動力頭也就能帶動刀具平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量。</p><p>　　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

13、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>　　機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能：</p><p><b>　　三．執(zhí)行機構(gòu)的選擇</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、

14、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)的間歇運動。</p><p><b>　　1.減速傳動功能</b></p><p>　　選用經(jīng)濟成本相對較低，而且

15、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，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動。</p><p>　　方案一：A1由于電動機的轉(zhuǎn)速是960r/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。考慮到蝸輪傳動效率較低可以采用錐齒輪變向。</p><p>　　對比方案二：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n

16、輸出 =960傳動比很大，要用多級傳動。</p><p><b>　　2.定位功能</b></p><p>　　由于我們設(shè)計的機構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動，有當(dāng)凸輪由近休到遠休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構(gòu)的回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能，并且定位機構(gòu)的工作行程要求是20mm。</p>

17、<p>　　方案一：該定位系統(tǒng)利用了桿機構(gòu)的增力作用，可以提供足夠的力來加緊零件，選取凸輪作為原動件實現(xiàn)間歇定位的要求。 </p><p>　　對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四桿機構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(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>　　對比方案三：該定位系統(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

18、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>　　對比方案四：采用一對凸輪機構(gòu)相向放置，凸輪推壓導(dǎo)桿，定位零件，凸輪滿足了間歇定位的要求</p><p>　　對比方案五：選用凸輪作為原動件，利用杠桿的轉(zhuǎn)動，帶動導(dǎo)桿運動，將零件夾緊<

19、/p><p><b>　　3.進料功能</b></p><p>　　進料也要要求有一定的間歇運動，并且其工作行程不小于40mm，我們可以用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過和齒輪的嚙合將動力傳遞給進料機構(gòu)?？梢栽邶X輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運動實現(xiàn)進料但機構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)不好。</p><p>　　方案一：采用一個四桿

20、機構(gòu)通過齒輪弧帶動齒條，齒條推動零件實現(xiàn)進料功能。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構(gòu)。</p><p>　　對比方案二：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)。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過

21、程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構(gòu)。</p><p>　　對比方案三：采用曲柄滑塊機構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)很緊湊，機構(gòu)簡單。AB=20mm</p><p>　　、BC=30mm，D端推動待加工零件。A處連接傳動軸</p><p>　　對比方案四：采用凸輪來完成進料，靠彈簧復(fù)位，要求凸輪比較大，不利于遠距離的運動傳遞。凸輪太大，其基半徑為10mm，導(dǎo)程為40mm。A處連接傳動軸

22、。</p><p>　　對比方案五：凸輪作為原動件，通過杠桿和鉸接在滑塊上的橫桿來推動待加工零件，彈簧起到復(fù)位作用</p><p><b>　　4.進刀功能 </b></p><p>　　采用凸輪的循環(huán)運動,推動滾子使?jié)L子擺動一個角度,通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾子擺動角度進行放大.可增大刀具的進給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,圓弧齒

23、輪的擺動實現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀</p><p>　　方案一：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>　　對比方案二

24、：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機構(gòu)以后并沒有達到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構(gòu)，為了使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能完成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)。</p><p>　　對比方案三：采用不完全齒輪其中只要2×r×3.14×A角的度數(shù)除以360≥18mm即可。A處連接動力軸</p><p>　　對比方

25、案四：利用曲柄滑塊機構(gòu)，可以實現(xiàn)周期性的進刀退刀，有急退急進功能，但是動力傳動布置不方便。A處連接動力軸</p><p>　　對比方案五：采用四桿機構(gòu)，通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上下運動，實現(xiàn)動力頭的進給，完成進刀退刀，A處連接動力軸</p><p>　　對比方案六：利用凸輪機構(gòu)推動杠桿實現(xiàn)進刀退刀功能，因為杠桿比較細長，不可避免的振動較大。</p><p&

26、gt;　　四．機械系統(tǒng)運動方案的選擇</p><p>　　若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 =960/1=960 ,非常大，此時若再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速，但是效率不高，所以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，占據(jù)空間也較小，再用錐齒

27、輪變向。</p><p>　　機構(gòu)的送料裝置采用由齒輪、齒條與四桿機構(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。四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，不完全齒輪固結(jié)在搖桿上，搖桿做往復(fù)運動，帶動齒條來回運動。</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)的增力作用來工作，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

28、止。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><b>　　五．工作循環(huán)圖</b></p><p><b>　　六．尺寸計算</b></p><p>　　1送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析&

29、lt;/p><p>　　送料機構(gòu)：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8.57°，則由</p><p>　　得K=1.1，急回特性不是很明顯，但對送料機構(gòu)來說并無影響。</p><p>　　各桿尺寸：（如下圖）</p><p>　　AB=11 BC=65 CD=25.36 DA

30、=60 DE=40.57</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8.57°。</p><p>　　在AutoCAD上畫圖檢驗計算</p><p>　　2凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計（進刀退刀機構(gòu)的設(shè)計）</p><p>　　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

31、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>

32、;　　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BI=80mm，擺桿長度AB=65mm</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°,休止;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°，刀具快進。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°，刀具快退；</p>&

33、lt;p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°，休止。</p><p>　　2.設(shè)計圓形齒條,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</p><p>　　3.得到EF=63.69mm，</p><p>　　4該機構(gòu)中的凸輪用繪圖軟件設(shè)計得</p><p><b>　　過程截圖</b>&l

34、t;/p><p><b>　　速度曲線</b></p><p><b>　　3夾緊機構(gòu)的設(shè)計</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

35、。具體設(shè)計如下:AB=BC=ED=40mm,BD=8mm。</p><p>　　設(shè)計基圓半徑r=40mm,偏心距e=0</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=90°-10°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=10°-30°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=5mm;</p><p>

36、　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=30°-50°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=50°-90°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-5mm;</p><p><b>　　其凸輪為</b></p><p><b>　　其過程為</b></p><p>

37、;<b>　　推桿的加速度：</b></p><p><b>　　推桿的速度：</b></p><p><b>　　4減速機構(gòu)的設(shè)計</b></p><p>　　Z1=30 Z2=15 Z2’=20 Z3= 40 傳動比iH3=960 </p><p>　　根據(jù)行星輪

38、傳動公式：</p><p>　　i（H3）=Z2×Z3÷【Z2×（Z2’+ Z3）－Z2’×（Z2+Z1）】，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表：</p><p><b>　　皮帶輪參數(shù)</b></p><p><b>　　齒輪參數(shù)</b

39、></p><p><b>　　七．機構(gòu)運動簡圖</b></p><p><b>　　八．參考資料</b></p><p>　　[1] 裘建新.機械原理課程設(shè)計. 北京.高等教育出版社,2010</p><p>　　[2] 孫桓，陳作模.機械原理.7版.北京.高等教育出版社,2010</