半自動鉆床設(shè)計

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1、 目錄 一．任務(wù)書 1.1、工作原理及工藝動作過程--------------------3 1.2、設(shè)計原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求--------------------3 1.3、設(shè)計任務(wù)-------------------------------------4 二、 方案的分析 2.1功能分解圖、機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能--------------4 2.2各個機構(gòu)運動方案分析及確定--------------------

2、-5 2.3、原動機的選擇原理-----------------------------10 三、機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計幾計算 3.1、送料機構(gòu)機構(gòu)的計算分析-----------------------10 3.2、凸輪擺桿機構(gòu)的計算分析-----------------------11 3.3、凸輪推桿機構(gòu)的計算分析-----------------------12 3.4、行星輪系的計算分析--------------------------13 3.5、凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果------------14 四、機構(gòu)運動總體方案圖及循環(huán)圖------------

3、--------17 五、機構(gòu)總體分析----------------------------------19 6、 設(shè)計總結(jié)-------------------------------------19 七、參考資料--------------------------------------19 附錄一 定位凸輪機構(gòu)------------------------------21 附錄二 運動行程圖--------------------------------22 附錄三 機構(gòu)圖 總效果圖---------------------------24 一、任務(wù)書 1.1、

4、工作原理及工藝動作過程 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，與傳動軸相連的各機構(gòu)控制送料，定位，和進(jìn)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。 設(shè)計加工圖（一）所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。進(jìn)刀機構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定。 圖（一） 1.2、設(shè)計原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 半自動鉆床設(shè)計數(shù)據(jù)參看表（一） 表（一） 半自動鉆床凸輪設(shè)計數(shù)據(jù) 方案

5、號 進(jìn)料機構(gòu)工作行程 /mm 定位機構(gòu)工作行程/mm 動力頭工作行程/mm 電動機轉(zhuǎn)速/(r/min) 工作節(jié)拍（生存率）/（件/min） A 40 30 15 1450 1 B 35 25 20 1400 2 C 30 20 10 960 1 要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進(jìn)刀的整體傳動系統(tǒng)。其中： 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運動。 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（二）。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機

6、構(gòu)運動。 表（二） 機構(gòu)運動循環(huán)要求表 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 送料 快進(jìn) 休止 快退 休止 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 休

7、止 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 快進(jìn) 快退 休止 1.3、設(shè)計任務(wù) (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)； (2) .設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 (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； (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。對盤狀凸輪要用解析法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖； (5).設(shè)計計算其他機構(gòu)； (6).編寫設(shè)計計算說明書； 二、 方案的分析 2.1．功能分解圖如下圖 圖3

8、-1 2.1.2、繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能 2.2、各個機構(gòu)運動方案分析及確定 （1） 減速機構(gòu) 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，利用復(fù)合輪系大比例的降速，可以克服周轉(zhuǎn)輪系傳動比高，效率低的特點。 對比機構(gòu) 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。如下圖. （二）進(jìn)刀機構(gòu) 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(jìn)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

9、，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。 對比機構(gòu) 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(dá)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 （三）送料機構(gòu) 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)。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過

10、程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構(gòu)。 對比機構(gòu) 所選用的對比四桿機構(gòu)如下圖，由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構(gòu)。 （四）定位機構(gòu) 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求了。 對比機構(gòu) 采用彈力急回間歇機構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運動。這

11、樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位。 1. 減速傳動功能 選用經(jīng)濟(jì)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，故我們這里就采用復(fù)合輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動，可以克服周轉(zhuǎn)輪系傳動比高，效率低的特點。 2.進(jìn)刀功能 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(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,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(jìn)刀. 3.進(jìn)料功能 進(jìn)料也

12、要要求有一定的間歇運動，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來傳遞，再在齒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(jìn)料。 4.定位功能 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(yuǎn)休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)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。 2.3、原動機的選擇原理 （1） 原動機的分類 原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類： A一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機

13、，汽油機，汽輪機和燃汽機等。 B二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。 （2） 選擇原動機時需考慮的因素 考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況、原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配、 工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求、工作環(huán)境的影響、工作可靠，操作簡易，維修方便、為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，須考慮經(jīng)濟(jì)成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護(hù)成本。綜上所述，在半自動鉆

14、床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。 三、機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計幾計算 3.1、送料機構(gòu)機構(gòu)計算分析 送料連桿機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)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 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。 各桿尺寸：（如下圖） AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8 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。 3.2、凸輪擺桿機構(gòu)的計算分析 (1).由進(jìn)刀規(guī)律，

15、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； (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； (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(jìn)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, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60,β=0; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=60-270，刀具快進(jìn)，β=5， 凸輪

16、轉(zhuǎn)角λ=270-300； 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300-360，β=0 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=20mm。 3.得到r=63.69mm，如下圖 3.3、凸輪推桿機構(gòu)的計算分析 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: 設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-100,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ

17、=100-285,定位機構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=25mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=285-300,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300-360,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm; 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。 3.4、行星輪系的計算分析 傳動比=100 根據(jù)周轉(zhuǎn)輪傳動公式： 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： 皮帶輪參數(shù) 名稱 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑（mm） 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)

18、（mm） 壓力角（） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2. 20 11 22 齒輪2 2 20 10 20 齒輪2’ 2 20 9 18 齒輪3 2 20 10 20 齒輪4 2 20 28 60 齒輪5 2 20 8 18 齒輪6 2 20 20 44 齒輪7 2 20 10 20 3.5、凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果 一.定位凸輪 如圖 為定位凸輪分段圖和設(shè)計結(jié)果圖 基圓半徑【Ro】=40 滾子半徑【Rt】=10 轉(zhuǎn)速【W(wǎng)】=1r/min 中心距【A】=80 擺桿長【L】=65

19、 計算步長=5 圖（二）和（三）為定位凸輪的輪廓圖（ 二 內(nèi)包絡(luò)線圖， 三 外包絡(luò)線圖） 圖 （二） 圖 （三） 二.進(jìn)刀凸輪 進(jìn)刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖，凸輪運動分段如下圖 基圓半徑【Ro】=40 滾子半徑【Rt】=10 轉(zhuǎn)速【W(wǎng)】=1r/min 偏心距【E】=65 計算步長=5 進(jìn)刀凸輪輪廓線設(shè)計如圖（四）（內(nèi)包絡(luò)線）和圖（五）（外包絡(luò)線） 圖（四） 圖（五） 4、 機構(gòu)運動總體方案圖及循環(huán)圖

20、 設(shè)計中半自動鉆床的總體方案圖如下圖 上圖 所示的機械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運動協(xié)調(diào)設(shè)其運動循環(huán)如下圖 五、機構(gòu)總體分析 設(shè)計減速機構(gòu)時，考慮到應(yīng)選用經(jīng)濟(jì)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，故我們這里就采用復(fù)合輪系來實現(xiàn)我設(shè)計的傳動，可以克服周轉(zhuǎn)輪系傳動比高，效率低的特點。 設(shè)計進(jìn)刀時采用了凸輪的循環(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(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,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(jìn)刀.

21、 設(shè)計進(jìn)料機構(gòu)時考慮到進(jìn)料也要要求有一定的間歇運動，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來傳遞，再在齒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(jìn)料。 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(yuǎn)休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)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。 設(shè)計過程中遇到了許多麻煩。比如因為每一個數(shù)據(jù)都要從機械設(shè)計書上或者機械設(shè)計手冊上找到出處或有相關(guān)的計算過程。我因為這個就吃了不少的虧，比如在我設(shè)計半自動鉆床裝配草圖時我沒有太注意相關(guān)尺寸

22、，致使我設(shè)計的整體圖出現(xiàn)了較大的結(jié)構(gòu)錯誤，間接導(dǎo)致了我以后的裝配圖的步履維艱。對于設(shè)計中涉及到的一些標(biāo)準(zhǔn)件選用，因之前學(xué)的不夠扎實，以致于不得不翻閱大量的書籍，這其中浪費了許多時間。 六、 設(shè)計總結(jié) 一個星期的機械原理課程設(shè)計結(jié)束了，通過本次課程設(shè)計感受到了設(shè)計過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷過親身設(shè)計的我來說，剛開始根本感覺無處下手。在老師的悉心指導(dǎo)和們的熱心幫助下，根據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求，結(jié)合自己平時的理論基礎(chǔ)和查閱大量資料才順利完成了這次機械原理課程設(shè)計在此我要衷心感謝我的老師和我的同學(xué)。 同時在這次實踐的過程中學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略

23、到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化. 課程設(shè)計這樣集體的任務(wù)光靠團(tuán)隊里的一個人或幾個人是不可能完成好的，合作的原則就是要利益均沾，責(zé)任公擔(dān)。如果讓任務(wù)交給一個人，那樣既增加了他的壓力，也增大了完成任務(wù)的風(fēng)險，降低了工作的效率。所以在集體工作中，團(tuán)結(jié)是必備因素，要團(tuán)結(jié)就是要讓我們在合作的過程中：真誠，自然，微笑；說禮貌用語；不斤斤計較；多討論，少爭論，會諒解對方；對他人主動打招呼；會征求同學(xué)的意見，會關(guān)心同學(xué)，會主動認(rèn)錯，找出共同點；會接受幫助，信守諾言，尊重別人，保持自己的特色。

24、 七、參考資料 1.鳴歧 王保民 王振莆《機械原理課程設(shè)計手冊》 重慶大學(xué)出版社 2.孫桓 《機械原理教材》 高等教育出版社 3.《貴州大學(xué)機械原理課程設(shè)計任務(wù)書》 4.鄒家祥《現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法》 附錄一、 定位凸輪機構(gòu) 齒數(shù)為20的標(biāo)準(zhǔn)齒輪 齒數(shù)為28的標(biāo)準(zhǔn)齒輪 附錄二、 運動行程圖 零件首先經(jīng)過送料機構(gòu) 由送料機構(gòu)把零件推到加工位子，由定位機構(gòu)固定 定位機構(gòu)把零件固定后，由加工機構(gòu)對零件進(jìn)行加工 附錄三、 總效果圖