機械系統(tǒng)設計

1、. 機械系統(tǒng)設計課程作業(yè) （打孔機的設計） 一、設計任務書1二、確定總共能（黑箱）2三、確定工藝原理3（一）機構(gòu)的工作原理:3（二）原動機的選擇原理3(三)傳動機構(gòu)的選擇和工作原理3四、工藝路線圖4五、功能分解（功能樹）4六、確定每種功能方案，形態(tài)學矩陣5七、系統(tǒng)邊界6八、方案評價6九、畫出方案簡圖7十、總體布局圖9十一、主要參數(shù)確定10十二、循環(huán)圖14一、設計任務書編號名稱半自動打孔機設計單位起止時間2015.11主要設計人員設計費用1功能主要功能：實現(xiàn)工件自動打孔2適應性對象:需要打孔的工件環(huán)境：遠離振動源；要有電源3性能動力：轉(zhuǎn)速為1450 r/min，功率N = 1.2 kW4可靠度整

2、機99.9%5使用壽命一次性使用5年，多次維修10年6人機工程操作方便7安全性有漏電保護，過載保護8要求1.不能有振動，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定2. 進料機構(gòu)工作行程大于等于40mm3. 動力鉆頭工作行程大于18mm表1二、確定總共能（黑箱）220V被加工工件噪聲 發(fā)熱 圖 1有孔的工件 黑箱三、確定工藝原理（一）機構(gòu)的工作原理: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。（二）原動機的選擇原理（1） 原動機

3、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，稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，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，稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。（2） 選擇原動機時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供應情況。2：考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等方面的要求。4：考慮工作環(huán)境的影響。5：考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。6：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考

4、慮初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。(三)傳動機構(gòu)的選擇和工作原理（1）傳動機構(gòu)的作用1、把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2、把原動機輸出的速度降低或提高，以適應執(zhí)行機構(gòu)的需要。3、把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變4、實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。（2）傳動機構(gòu)選擇的原則1：對于小功率傳動，應在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置，盡可能降低初始費用。2：對大功率傳動，應優(yōu)先考慮傳動的效率，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。3：當執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應，可直接連接或采用定傳動比

5、的傳動裝置；當執(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。4：執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應加過載保護裝置。四、工藝路線圖圖2主功能五、功能分解（功能樹）送料定位夾緊主功能進刀刀頭旋轉(zhuǎn)半自動打孔機電動機動力功能齒輪齒條帶傳動傳動功能減速箱六桿機構(gòu)電動機啟?？刂苿幽苓^載保護人機交互圖 3六、確定每種功能方案，形態(tài)學矩陣1.減速傳動功能選用經(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，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設計的傳動。2.定位功能由于

6、我們設計的機構(gòu)要有間歇往復的運動，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)運動完成了此功能。、3.進料功能進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運動實現(xiàn)進料。4.進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

7、降運動實現(xiàn)進刀.用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案根據(jù)系統(tǒng)的運動轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學矩陣如表。由表3-3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：N=33333243表 2七、系統(tǒng)邊界室溫20 噪音小進入系統(tǒng)的是被加工的工件，出去的是已完成鉆孔的工件八、方案評價根據(jù)功能原理，工藝分解過程及執(zhí)行機構(gòu)的選擇，確定了以下兩種運動方案:方案一：A1+B3+C3+D3+E2方案二：A1+B2+C1+D3+E2定軸輪系傳動；傳動比很大，要用多級傳動。由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但四桿的曲柄滑塊機構(gòu)行程太小。故優(yōu)先選用六桿機構(gòu)綜合評價，所以選擇方案一九、畫出方案簡圖1.減速機構(gòu)：由于電動機

8、的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而設計要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行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。圖42.進刀機構(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).用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。圖53. 送料系統(tǒng)：采用六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu)，由于設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)在本設計中在尺寸上很小。所以考慮到所設計的機構(gòu)能否穩(wěn)定

9、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)。圖 64.定位夾緊系統(tǒng)：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。圖 7十、總體布局圖圖81-電機 2-帶傳動 3-減速箱 4-送料裝置 5-鉆頭 6-夾緊裝置 7-定位裝置 8-進刀裝置十一、主要參數(shù)確定1送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析送料連桿機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料

10、，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：AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為12度。圖 92.凸輪擺桿機構(gòu)的設計：由進刀規(guī)律，我們設計了凸輪擺桿機構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動；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

11、的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致；弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設計步驟如下：1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角為18,凸輪轉(zhuǎn)角=0-60,=0;凸輪轉(zhuǎn)角=60-270，刀具快進，=5，凸輪轉(zhuǎn)角=270-300；凸輪轉(zhuǎn)角=300-360，=02.設計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設計出圓形齒輪的半徑r=l/,由=18 。l=20mm，3.得到r=63.69mm，圖 103.凸輪推桿機構(gòu)的設計：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

12、能。只要適當?shù)卦O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，而且響應快速，機構(gòu)簡單緊湊。具體設計如下:設計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25凸輪轉(zhuǎn)角=0-100,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=100-285,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角=285-300,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=300-360,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;設計偏心距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故如此設計。4行星輪系的計算:（1）用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。（2）用行星輪系傳動圖11Z1=35 Z2=20 Z2=20 Z3=35 傳動比iH3=700根據(jù)行星輪傳動公式：i（H3）=1-i(31)