機械原理課程設(shè)計-- 半自動鉆床的設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目： 半自動鉆床的設(shè)計

2、 </p><p>　　完成期限：自 2014 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 27 日共 1 周</p><p>　　指導教師： 劉揚 2014年6 月 25 日</p><p>　　第2章 工作原理和工藝動作分解</p><p>

3、　　2.1機構(gòu)的工作原理</p><p>　　該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構(gòu)控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機 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>　　2.2 根據(jù)任務(wù)書要求，該機構(gòu)應(yīng)有的工藝過程是，機構(gòu)應(yīng)包含三個執(zhí)

4、行機構(gòu)，進刀機構(gòu)（負責動力頭的升降）、送料機構(gòu)（將被加工工件推入加工位置）、定位機構(gòu)（將被加工工件</p><p><b>　　(1)進刀機構(gòu) </b></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，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

5、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>　　(2)送料系統(tǒng)： </b></p><p>　　采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)送料的快進、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置，然后由彈簧的回復(fù)力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復(fù)循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。</p

6、><p><b>　　4. 定位系統(tǒng)： </b></p><p>　　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，它就可以滿足我們的實際要

7、求了.</p><p>　　第3章 功能分解圖及分析</p><p>　　根據(jù)機構(gòu)運動分析，功能分解圖如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　根據(jù)工藝動作順序和運動協(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)運動的先后順

8、序、相位、以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。</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>　　第 5 章 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算</p><p>　　5.1、送料凸輪機構(gòu)機構(gòu)采用如

9、下分析</p><p>　　凸輪機構(gòu)采用直動滾子端面柱體凸輪，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)進料功能。只要適當?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=20mm, </p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=0&#

10、176;-30°,送料機構(gòu)快進,推桿行程h=40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30°-45°,送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=45°-90°, 送料機構(gòu)快退,推桿行程h=-40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90°-360°, 送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm </p><p><b>　

11、　機構(gòu)簡圖如下：</b></p><p><b>　　進刀機構(gòu)的設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的運動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學矩陣如圖。由圖所示的形態(tài)學矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運動方案數(shù)為：</p><p>　　經(jīng)過總結(jié)分析，選擇凸輪機構(gòu)。</p><p>　　凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計： <

12、;/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><

13、;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： 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λ=0-55°,β=0°; </p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=55°-270°

14、，刀具快進，β=18° 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°,β=0° 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360° </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r=l/β,由β=18°, l=15mm，</p><p>　　3.得到r=47.78mm，&l

15、t;/p><p>　　《2》進刀連桿機構(gòu)： </p><p>　　根據(jù)要求，進刀機構(gòu)工作行程為15 mm，可取BCDE四桿機構(gòu)的極位夾角為10</p><p>　　度，得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸： </p><p>　　得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機

16、構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸： </p><p>　　AB=75    BC=30.2     CD=88     DE=11.5    BE=100   EF=47.78</p&g

17、t;<p><b>　　運動見圖如下：</b></p><p><b>　　以上尺寸滿足要求。</b></p><p>　　3.定位凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計：</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?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以

18、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=30 </p><p>　　凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-15°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=25°-30°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角

19、λ=30°-50°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=50°-90°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90°-360 ,定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm; </p><p>　　設(shè)計偏心距e=30的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30故如此設(shè)計。</p><

20、p>　　4．行星輪系的計算: </p><p><b>　　用行星輪系傳動 </b></p><p>　　傳動比 =n輸入/n輸出 </p><p>　　=725 傳動比很大，要用多級傳動。然后由主軸輸出，</p><p>　　在經(jīng)過帶輪傳遞到凸輪軸。

21、 </p><p><b>　　運動簡圖如下：</b></p><p>　　選用如圖所示的行星輪傳動，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>　　第6章 機械運動方案的選擇與評定</p><p><b>　　1. 減速機構(gòu)：</b>&l

22、t;/p><p>　　定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 </p><p>　　=750傳動比很大，要用多級傳動。如</p><p><b>　　圖： </b></p><p><b>　　2. 進刀機構(gòu)</b></p><p>　　采用一個擺動

23、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，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.。運動簡圖如下：</p><p><b>　　3．送料系統(tǒng)：</b></p><p>　　采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)送料的快進

24、、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置，然后由彈簧的回復(fù)力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復(fù)循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。運動簡圖如下：</p><p><b>　　4. 定位系統(tǒng)： </b></p><p>　　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

25、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，它就可以滿足我們的實際要求了。運動簡圖如下：</p><p>　　第7章 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)</p><p><b>　　傳動比分配：</b></p><p>　　根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和工件生產(chǎn)的速度，確定系

26、統(tǒng)總的傳動比為</p><p>　　i==n輸入/n輸出=1450/1=1450 （5-1）</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準模數(shù)</p><p>　　m=4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 令i12=n1/n2=Z2/Z1=4 所以n2=362.5

27、0;z2=80 令Z2 `=20，n 2`=n2=362.5≈360 i2`3=5=n2 `/n3=Z3/Z2 ` 所以n3=72， Z3=100 最后確定蝸桿齒數(shù) 蝸桿轉(zhuǎn)速=n3=72，所以i=72/1=72 所以n蝸桿=1，Z蝸桿=72</p><p><b>　　齒輪參數(shù)</b>

28、;</p><p>　　機構(gòu)運動簡圖如圖5.1所示：</p><p>　　圖5.1機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　第8章 半自動鉆床的機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　綜合本組劉志飛和楊明堯同學的機構(gòu)選型，做出的半自動鉆床的機構(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<

29、;/p><p>　　該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構(gòu)控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機 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>　　第9章 部分構(gòu)件三維圖</p><p>　　帶傳動機構(gòu)，如圖9-1&

30、lt;/p><p><b>　　圖9-1</b></p><p>　　齒輪傳動機構(gòu)如圖9-2</p><p><b>　　圖9-2</b></p><p><b>　　第10章 參考資料</b></p><p>　?。?］朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教

31、育出版社，2008：15-200</p><p>　?。?］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>　　第11章 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

32、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

33、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。在設(shè)計中我和同組的同學經(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，這告訴我我以前學習的只是皮毛，自己還是要多多的練

34、習和自學才可以。我相信在未來的發(fā)展中計算機輔助設(shè)計將是每個設(shè)計人員必備的素質(zhì)。</p><p>　　這次學習最重要的就是我第一次學會了如何把理論知識融入實踐，如何用學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