半自動鉆床的設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　機 械 原 理</b></p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　起止日期： 2011年 6 月 24 日 至 2011 年 7 月 1 日</p><p><b>　　機械工程學(xué)院（部）</b></p><p&g

2、t;　　2011年 6 月25 日</p><p><b>　　目　錄</b></p><p>　　0.設(shè)計任務(wù)書………………………………………………3</p><p>　　工作原理和工藝動作分解………………………………4</p><p>　　根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖……………5</p>&l

3、t;p>　　執(zhí)行機構(gòu)選型……………………………………………6</p><p>　　機械運動方案的選擇和評定……………………………7</p><p>　　機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)………………………11</p><p>　　半自動鉆床的機構(gòu)運動簡圖……………………………14</p><p>　　7.凸輪機構(gòu)的尺度設(shè)計…………………………

4、…………15</p><p>　　8.定位凸輪速度與加速度分析（分析一個位置）………17</p><p>　　9,部分構(gòu)件的三維圖………………………………………18</p><p>　　10. 參考資料………………………………………………20</p><p>　　11設(shè)計總結(jié)…………………………………………………20</p>&

5、lt;p><b>　　湖南工業(yè)大學(xué)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　2011 —2012 學(xué)年第 2 學(xué)期</p><p>　　學(xué)院（系、部） 專業(yè) 班級</p><p>　　課程名稱： 機械原理課程設(shè)計

6、 </p><p>　　設(shè)計題目： 半自動鉆床的設(shè)計 </p><p>　　完成期限：自 2011 年 6 月 24 日至 2011 年 7 月 1 日共 1 周

7、</p><p>　　指導(dǎo)教師： 2011 年6 月 20 日</p><p>　　系（教研室）主任： 2011 年 6 月 20 日</p><p>　　1.工作原理和工藝動作分解 </p><p>　　根據(jù)任務(wù)書的要求，該機械的進刀機構(gòu)負責動力頭

8、的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)將加工工件可靠固定。三個執(zhí)行構(gòu)件的運動形式為：</p><p>　　(1)動力頭完成往復(fù)（鉛垂上下）直線運動，下移到最低點后立刻上移。在下移之前有一段時間是休止的，這段時間正好用于送料和定位。動力頭的行程是20mm。若機構(gòu)主動作一轉(zhuǎn)完成一個運動循環(huán)，則上沖頭位移線圖的形狀大致如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 動力頭位移線圖

9、</p><p>　　(2)送料機構(gòu)做水平的往復(fù)運動，工作行程是35mm。開始送料機構(gòu)先迅速的把胚料送到加工臺，稍作停頓后立刻返回，在工件的加工過程中保持休止。其位移線圖大致如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2送料機構(gòu)位移線圖</p><p>　　(3)定位機構(gòu)也是在水平面做往復(fù)運動，在工件加工的時候?qū)ぜ鸸潭ǖ淖饔谩Ｐ谐淌?5mm。其位移線圖大致如圖1

10、-3所示。</p><p>　　圖1-3定位機構(gòu)位移線圖</p><p>　　2.根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖</p><p>　　擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。</p><p>　　進刀機構(gòu)每完成一個運動循環(huán)，以該主動件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標（0,360），以各構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱

11、坐標做出曲線。運動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出半自動鉆床的運動循環(huán)圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 半自動鉆床的運動循環(huán)圖</p><p><b>　　3.執(zhí)行機構(gòu)選型</b></p><p><b>　　1. 減速傳動功能</b></p><p>　　

12、為使成本降低，減小機構(gòu)的體積，并且提高傳動效率，簡化結(jié)構(gòu)，增大傳動比，所以我們選擇采用行星輪來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動。</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

13、此功能。</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，我們用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過齒輪傳動，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)進料。</p><p><b>　　4. 進刀功能</b></p><p>　　采用凸輪的循環(huán)

14、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抵圓弧齒輪的擺動實現(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>　　根據(jù)系統(tǒng)的運動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣如圖3-1。由圖3-1所示的形態(tài)學(xué)矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運動方案數(shù)為：</p><p>　　圖3-1半自動鉆床的功能-技

15、術(shù)矩陣圖</p><p>　　4.機械運動方案的選擇和評定</p><p>　　(1) 減速機構(gòu):</p><p>　　由于電動機的轉(zhuǎn)速是1400r/min,而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用星輪進行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。如圖4-1。.</p><p>　　圖4-1行星輪系減速機構(gòu)的運動簡圖</p>

16、;<p>　　對比機構(gòu):定軸輪系傳動;傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2。</p><p>　　圖4-2定軸輪系減速機構(gòu)的運動簡圖</p><p>　　(2) 動力頭工作機構(gòu)</p><p>　　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)，當進刀的時候，

17、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>　　圖4-3動力頭工作機構(gòu)的運動簡圖</p><p>　　對比機構(gòu)：也是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)但比法案一簡單。但是沒有杠桿，不能滑動很大的范圍。如圖4-4。</p><p>　　

18、圖4-4對比機構(gòu)的運動簡圖</p><p><b>　?。?）送料機構(gòu):</b></p><p>　　采用一個四桿機構(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問的距離有點大，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)先選用了如下圖的四桿機構(gòu)來實現(xiàn)。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)。如圖4

19、-5。</p><p><b>　　.</b></p><p>　　圖4-5送料機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　對比機構(gòu)：比法案一簡單，但是滑塊滑動距離有限。如圖4-6。</p><p>　　圖4-6對比機構(gòu)的運動簡圖</p><p><b>　?。?）定位機構(gòu):</b>&

20、lt;/p><p>　　定位系統(tǒng)采用的是一個對心直動平底從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構(gòu)。如圖4-7。</p><p>　　圖4-7定位機構(gòu)的運動簡圖</p><p>　　對比機構(gòu)：對比的定位和夾緊機構(gòu)和法案一不同，效率等也有所差別。如圖4-8。</p><p>　　如圖4-8對比機構(gòu)的運動簡圖</p>&

21、lt;p>　　5.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)</p><p>　　1.送料機構(gòu)采用如下分析</p><p>　　送料連桿機構(gòu):采用如下機構(gòu)米送料，根據(jù)要求，進料機構(gòu)丁作行程為35mm,</p><p>　　各桿尺寸(如圖5-1)：</p><p>　　AB=70 BC=17.5 CD=26.25 DA=52.5 DE=8.75

22、</p><p>　　圖5-1送料機構(gòu)的運動簡圖</p><p>　　2.動力頭機構(gòu)采用如下分析:</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

23、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。其具體體設(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，鉆空深度為18mm，則弧形齒條以18mm來回滑動設(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

24、為。</p><p><b>　　凸輪轉(zhuǎn)角, 。</b></p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角。刀具快進，。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角。刀具快退。</p><p><b>　　凸輪轉(zhuǎn)角，?！?lt;/b></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

25、的半徑</p><p><b>　　由，=20mm。</b></p><p>　　3.得到r=63. 69mm。</p><p>　　3.定位機構(gòu)采用如下分析:</p><p>　　凸輪機構(gòu)采用直動平底從動件盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，利用彈簧力來使平底與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可

26、以使推桿得到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=25mm。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角，定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角，定位機構(gòu)快進，推桿行程h=25mm。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角，定位機構(gòu)休止，推桿

27、行程h=0mm。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角，定位機構(gòu)快退，推桿行程h=25mm。</p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角，定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm。</p><p>　　4.行星輪系的計算：</p><p>　　用行星輪系傳動，如圖5-2.</p><p>　　圖5-2行星輪系的運動簡圖</p><

28、;p>　　Z1=35 Z2=20 Z2,=20 Z3=35 傳動比iH3=700</p><p>　　根據(jù)行星輪傳動公式:i H3=1-iH31=1-Z2' Z1/Z3Z2</p><p>　　由i1H=1-Z2'Z1/Z3Z2，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>

29、　　6.半自動鉆床的機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　綜合本組陳富、黃鵬程、胡巧利同學(xué)的機構(gòu)選型，做出半自動鉆床的總體機構(gòu)運動簡圖，如圖6-1所示</p><p>　　圖6-1半自動鉆床的總體機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　總得來說該機構(gòu)首先通過減速機構(gòu)達到工作要求的轉(zhuǎn)速，然后將進料、定位以及動力頭機構(gòu)的凸輪。動力頭機構(gòu)由對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)通過杠桿控制

30、弧形齒條的的運動，再由弧形齒條與齒輪、齒輪和齒條的嚙合傳動控制鉆頭的來回往復(fù)運動。</p><p>　　定位機構(gòu)則由彈簧是平底從動件始終緊貼凸輪，形成力封閉。再由平底通過連桿滑塊的配合，把凸輪的輪廓所表示出的運動形式以平底的運動表示出來，從而獲得預(yù)期的夾緊工件的運動。</p><p>　　送料機構(gòu)則是由一個圓盤與連桿滑塊的配合，使滑塊做往復(fù)的運動，從而使其上的工件不斷的送到加工位置。因為曲

31、柄滑塊是偏心安置的，所以存在急回特性，這提高了生產(chǎn)率。</p><p>　　整個過程就是工件被送料機推入加工位置，此時定位機構(gòu)將被加工的工件可靠的固定住，鉆頭同時下降進行鉆削，送料機構(gòu)也同時后退。加工完成后鉆頭退回，這時新的工件被送料機構(gòu)推入，從而重復(fù)的進行加工。</p><p>　　7.凸輪機構(gòu)的尺度設(shè)計</p><p>　?。ㄍM的陳富，黃鵬程，胡巧利做送料機構(gòu)

32、、定位機構(gòu)、動力頭機構(gòu)運動）</p><p>　　1.定位凸輪和夾緊凸輪</p><p>　　因為定位機構(gòu)和夾緊機構(gòu)是同步的，所以定位機構(gòu)的凸輪和夾緊機構(gòu)的凸輪是一</p><p>　　樣的。圖7-1為定位凸輪和夾緊凸輪設(shè)計結(jié)果。</p><p>　　基圓半徑R0=40mm 滾子半徑Rt =10mm 偏心距e=25mm 轉(zhuǎn)速w=2r/min

33、中心距A=80mm 擺桿長L=65mm 。</p><p>　　圖7-1定位凸輪的設(shè)計圖示</p><p>　　圖6-2和6-3為定位凸輪的輪廓圖(7-2內(nèi)包絡(luò)線圖，7-3外包絡(luò)線圖)</p><p>　　圖7-2定位凸輪的內(nèi)包絡(luò)線</p><p>　　圖7-3定位凸輪的外包絡(luò)線</p><p><b>　

34、　2.進刀凸輪</b></p><p>　　進刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖7-4，凸輪運動分段如圖7-5。</p><p>　　基圓半徑R0=40，滾子半徑Rt=10 偏心距e=25 轉(zhuǎn)速w=1</p><p>　　圖7-4進刀凸輪的設(shè)計圖示</p><p>　　進刀凸輪的輪廓線設(shè)計如圖7-5(內(nèi)包絡(luò)線)和圖7-6(外包絡(luò)線)<

35、;/p><p>　　圖7-5進刀凸輪的內(nèi)包絡(luò)線以及運動分析</p><p>　　圖7-6進刀凸輪的外包絡(luò)線以及運動分析</p><p>　　8.定位凸輪速度與加速度分析（分析一個位置）</p><p>　　定位凸輪的各參數(shù)如下：</p><p>　　基圓半徑R0=40mm，滾子半徑Rt=10mm 偏心距e=25mm 轉(zhuǎn)

36、速w=2r/min</p><p>　　其內(nèi)包絡(luò)線和外包絡(luò)線的加速度和速度及位移分析如圖8-1和8-2：</p><p>　　圖8-1定位凸輪的內(nèi)包絡(luò)線的運動分析簡圖</p><p>　　圖8-2定位凸輪的外包絡(luò)線的運動分析簡圖</p><p>　　9.部分構(gòu)件的三維圖</p><p>　　帶傳動機構(gòu)，如圖9-1。&l

37、t;/p><p>　　圖9-1帶傳動的三維圖示</p><p>　　齒輪傳動機構(gòu)，如圖9-2。</p><p>　　圖9-2齒輪嚙合的三維圖示</p><p><b>　　10.參考資料</b></p><p>　　1,朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200</p&g

38、t;<p>　　2,鄒慧君．機械原理課程設(shè)計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250</p><p><b>　　11.設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　一個星期的課程設(shè)計很快就過去了，雖然過程非常的辛苦，但是總的說來我得到了極大的收獲。經(jīng)歷了之前的認識實習和金工實習，我對機械行業(yè)有了一定的感性的直觀上的認識，而這次的課程設(shè)計則更多的給我

39、理性上的認識，從更高的層面認識機械專業(yè)。</p><p>　　經(jīng)過課程設(shè)計,我對機械設(shè)計有了最初的一些印象。剛開始的時候，因為自己從來沒有接觸過機械設(shè)計，只是學(xué)習了基礎(chǔ)的機械原理知識，所以感覺無從下手。后來在老師的耐心指導(dǎo)下，我在圖書館翻閱了各種資料，在網(wǎng)上也參考了很多這方面的資料，終于找到了下手的方法。</p><p>　　由于這次的設(shè)計內(nèi)容比較的多，所以我深深的感受到了合作的重要性。在

40、設(shè)計中我和同組的同學(xué)經(jīng)常會遇到很多問題，自己根本沒有辦法解決，這時我們都會在一起討論商量對策，這使我們的設(shè)計速度快了很多，也少走了很多的彎路。因為要作圖的原因，這次設(shè)計讓我好好的復(fù)習了之前學(xué)過的CAD以及WORD，同時提醒了我CAD對我們機械專業(yè)的重要性。因為很多操作技巧我都還不會，所以一個很簡單的圖，往往要做很久，甚至根本做不出來，這告訴我我以前學(xué)習的只是皮毛，自己還是要多多的練習和自學(xué)才可以。我相信在未來的發(fā)展中計算機輔助設(shè)計將是每

41、個設(shè)計人員必備的素質(zhì)。</p><p>　　這次學(xué)習最重要的就是我第一次學(xué)會了如何把理論知識融入實踐，如何用學(xué)過的知識逐個的解決自己在設(shè)計中遇到的各種問題。這對我以后參加設(shè)計工作，甚至是以后的就業(yè)都有極大的意義，對我以后工作的極大啟蒙作用。同時在以后的工作中我也要擺正自己的心態(tài)，因為每個設(shè)計都是很辛苦的，都包含了設(shè)計者很大的心血，所以我一定要抱著謙虛的態(tài)度好好的學(xué)習。</p><p>