機(jī)械原理課程設(shè)計段紹凱.

1、機(jī)械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：半自動鉆床汽車與交通學(xué)院 車輛工程專業(yè)2 班設(shè)計者段紹凱指導(dǎo)教師趙健2011年01月10日機(jī)械原理課程設(shè)計說明書名稱-7 -1.設(shè)計要求2.功能分解3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇4.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的選擇5.工作循環(huán)圖6.尺寸計算7.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1313-14218.參考資料22.設(shè)計要求半自動鉆床機(jī)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(jī)床的進(jìn) 料機(jī)構(gòu)工作行程大于等于40mm動力鉆頭工作行程大于18mm電動機(jī)轉(zhuǎn)速960r/min ,每分鐘1件 構(gòu)件加工好。半自動鉆床機(jī)由送料機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)以及電動機(jī)組成。送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入 加工位置并由

2、定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定，最終由進(jìn)刀構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降來進(jìn)行鉆孔工作。選擇送料機(jī)構(gòu)時要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機(jī)構(gòu)要以直線、間隙、定量地將要加工的構(gòu)件送入加工臺，可用來回往復(fù)移動構(gòu)件走直線軌跡段推構(gòu)件向前進(jìn)，用定位機(jī)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(jī)構(gòu)送的構(gòu)件推出加工臺， 以此來實現(xiàn)循環(huán)加工。1. 半自動鉆床至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)；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；3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖；4. 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，自選從動件的運(yùn)動規(guī)律

3、，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(yùn)動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖；5. 設(shè)計計算其他機(jī)構(gòu)；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，只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運(yùn)動。2. 除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求見下表。3. 采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動。凸輪軸轉(zhuǎn)角10o20o30o45o60o75o90o105o270o300o360o送料快進(jìn)休止快退休止定位休止快進(jìn)休止快退休止進(jìn)刀休止快進(jìn)慢進(jìn)快退休止1 功能分解功能分解圖:原 動 機(jī)進(jìn)料機(jī)構(gòu)功能

4、進(jìn)料、加緊定位、進(jìn)輸 出 能 量夾緊定位機(jī)構(gòu)功能退刀要協(xié)調(diào)工作（依靠凸輪機(jī)構(gòu)）量進(jìn)刀退刀機(jī)構(gòu)功能半自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動由同一電機(jī)驅(qū)動，運(yùn)動由電動機(jī)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(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機(jī)構(gòu)對工件的定位和帶動凸輪四桿機(jī)構(gòu)控制推桿做往復(fù)直線運(yùn)動。另一路直接傳動到鉆頭的進(jìn)退刀機(jī)構(gòu)，控制鉆頭的進(jìn)退，既該系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動，通過變速傳動將電機(jī)的960r/min降到主軸的1r/min，與傳動軸相連的各機(jī)構(gòu)控制送料、定位、和進(jìn)刀等工藝動作，最

5、后由凸輪機(jī)構(gòu)推動四桿機(jī) 構(gòu)，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)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。基本運(yùn)動為：推桿的往復(fù)直線運(yùn)動，定位機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動和鉆頭的往復(fù)運(yùn)動。 此外，還要滿足傳動性能要求： 1送料、定位、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時候快慢行程不同。2各個機(jī)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。機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能：機(jī)械原理課程設(shè)計說明書三執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇根據(jù)前述設(shè)計要求，送料機(jī)構(gòu)應(yīng)該做往復(fù)運(yùn)動，并且必須保證工作行程中有快進(jìn)、 休止和快退 過程。定位機(jī)構(gòu)也有休止、快進(jìn)、快退過程。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)有快進(jìn)和慢進(jìn)、快退和休止過程。此外三個 機(jī)構(gòu)之間還要滿足隨著

6、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(yùn)動要求不一定完全能夠達(dá)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(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的往復(fù)循環(huán)及各個機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。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(diǎn)，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。方案一：A1由于電動機(jī)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(jìn)行大比例的降速，然后采用蝸輪變向?？紤]到蝸輪傳動效率較低可以采用錐齒輪變向。對比方案二：定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=960

7、傳動比很大，要用多級傳動。2. 定位功能由于我們設(shè)計的機(jī)構(gòu)要有間歇往復(fù)的運(yùn)動，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運(yùn)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(yùn)動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)的回位，等待送料，凸輪的循環(huán)運(yùn)動完成了此功能，并且定位機(jī)構(gòu)的工作行程要求是 20mm。方案一：該定位系統(tǒng)利用了桿機(jī)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。-13 -對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四桿機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)的積極作用， 選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá) 到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。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

8、，所以就要使用凸輪機(jī)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(jī)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。對比方案四：采用一對凸輪機(jī)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(yùn)動，將零件夾緊3. 進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運(yùn)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(jìn)料機(jī)構(gòu)。 可以在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型 凸輪機(jī)構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運(yùn)動實現(xiàn)進(jìn)料但機(jī)

9、構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)不好。方案一：采用一個四桿機(jī)構(gòu)通過齒輪弧帶動齒條，齒條推動零件實現(xiàn)進(jìn)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(jī)構(gòu)。對比方案二：采用一個六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)， 由于設(shè)計的鉆床在空間上傳動軸之間的 距離有點(diǎn)大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動。 再加上用四桿機(jī)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(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)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(jī)構(gòu)對比方案三：采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)很緊湊，機(jī)構(gòu)簡單AB=20mm、BC=30mm，D端推動待加工零件。A處連接傳動軸對比

10、方案四：采用凸輪來完成進(jìn)料，靠彈簧復(fù)位，要求凸輪比較大，不利于遠(yuǎn)距離的運(yùn)動傳遞 凸輪太大，其基半徑為10mm，導(dǎo)程為40mm。A處連接傳動軸機(jī)械原理課程設(shè)計說明書-31 -凸輪對比方案五：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4. 進(jìn)刀功能采用凸輪的循環(huán)運(yùn)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(yùn)動實現(xiàn)進(jìn)刀方案一：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因為我們用一個擺動滾-10 -子從動件

11、盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)， 當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運(yùn)行，很容易通過機(jī)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，兩個齒對比方案二：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)， 這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿 機(jī)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(jī)構(gòu)，為了使機(jī)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(jī)構(gòu)。對比方案三：采用不完全齒輪其中只要 2X rX 3.14 x A角的度數(shù)除以360 18mm即可。A處連接動力軸對比方案四：利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)周期性的進(jìn)刀退刀，有急退急進(jìn)功能，但是動力傳動布置不方便。

12、A處連接動力軸動力頭對比方案五：采用四桿機(jī)構(gòu)，通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上下運(yùn)動，實現(xiàn)動力頭的進(jìn)給，完成進(jìn)刀退刀，A處連接動力軸0四機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的選擇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/仁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(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(diǎn)，可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較小，再用錐齒輪 變向。機(jī)構(gòu)的送料裝置采用由齒輪、齒條與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機(jī)構(gòu)既可

13、以滿足設(shè)計要求同 時相對于其他的滿足同樣要求的機(jī)構(gòu)又具有尺寸小和運(yùn)動可靠的特點(diǎn)。四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 不完全齒輪固結(jié)在搖桿上，搖桿做往復(fù)運(yùn)動，帶動齒條來回運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的定位機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)合四桿機(jī)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(jī)構(gòu)同樣滿足間歇運(yùn)動和休止。 機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由輪機(jī)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(yùn)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。五工作循環(huán)圖0 胡 6D 9012凸輪寬度B12.000 mm際.從動件潦子半徑rr樞軸距離y12.000 mm00.000 mrr滾子寬度R臂檜度

14、1,12,000 mm65.000 mm偏心e反作用力臂lr凸輪63.69000 mm運(yùn)動功能|主過程截圖I設(shè)計矗計算乃h刮副車實際行程段一】罷rWimmrawi速度曲線3夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)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(yùn)動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下：AB=BC=ED=40mm,BD=8mm設(shè)計基圓半徑r=40mm偏心距e=0凸輪轉(zhuǎn)角入=90-10,定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=10-30,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn)，推桿行程h=5mm

15、;凸輪轉(zhuǎn)角入=30-50,定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角入=50-90,定位機(jī)構(gòu)快退，推桿行程h=-5mm;其凸輪為其過程為零部件基本半徑r040.000 mm凸輪度bc12.000 mm從動件 滾子半徑rr12.000 mm滾子寬度br12.00D mm偏心e0X00 mm樞軸距離臂氏度反作用力臂設(shè)計対計算 凸輪K凰柱面 |_|固起貽平面預(yù)覽叵區(qū)匝畫 OlEimEE K) HJ推桿的加速度:實際行程段運(yùn)動功能E二罷遜二了盤式凸輪靈部樣生威盟図|10:爲(wèi)：二運(yùn)動結(jié)束位置倒皆比錢性零件叱 ?終點(diǎn)處行程 c?皋大速度 廠：星大加速度 O皋大壓力角在前忝加推桿的速度:4減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)行星輪傳動公式：i （ H3） =Z2X Z3- Z2X（ Z2 + Z3） Z2x（ Z2+Z1）】，考慮到齒輪大小與