說明書—半自動鉆床工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第 17 頁目錄機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書2設(shè)計(jì)題目： 半自動鉆床工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2一、設(shè)計(jì)題目簡介2二、  設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求2三、  設(shè)計(jì)任務(wù)2四、設(shè)計(jì)提示3一所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)工作原理41.1機(jī)構(gòu)的工作原理:41.2機(jī)的選擇原理41.2.1原動機(jī)的分類41.2.2選擇原動機(jī)時需考慮的因素：41.3傳動機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理51.3.1傳動機(jī)構(gòu)的作用51.3.2傳動機(jī)構(gòu)選擇的原則5二功能分解圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作52.1功能分解圖如下圖52.2繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能62.3執(zhí)行構(gòu)件的選擇62.3.2定位功能72.3.3進(jìn)料功能72.3.4進(jìn)刀功能7三運(yùn)動方案的選擇73.1方案的分析：73.1.2進(jìn)

2、刀機(jī)構(gòu)83.1.3送料系統(tǒng)：93.1.4定位系統(tǒng)：10四機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖（機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖）11五工作循環(huán)圖12六執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及尺寸計(jì)算136.1送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析136.2凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：146.3凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：156.4行星輪系的計(jì)算:16七設(shè)計(jì)總結(jié)17八參考資料17機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 半自動鉆床工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目簡介設(shè)計(jì)加工圖1所示工件12mm孔的半自動鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定。圖1 加工工件二、  設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求方案號進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程mm定位機(jī)構(gòu)工作行程mm動力頭工作

3、行程mm電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minC3020209602 三、  設(shè)計(jì)任務(wù)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(jì)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(jī)構(gòu)簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖。4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)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，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(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動件運(yùn)動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖。5. 確定電動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速；6. 用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位

4、移、速度、和加速度線圖。7. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，說明書應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、計(jì)算及運(yùn)動模型建立過程以及效果分析等。8.在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。四、設(shè)計(jì)提示1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計(jì)者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(jì)送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求見表4。3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動。表4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º送料快進(jìn)休止快退休止

5、定位休止快進(jìn)休止快退休止進(jìn)刀休止快進(jìn)快進(jìn)快退休止完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師 一所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)工作原理1.1機(jī)構(gòu)的工作原理: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2r/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，最后由凸輪機(jī) 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，具體的選擇原理和工作原理如下。1.2機(jī)的選擇原理1.2.1原動機(jī)的分類原動機(jī)的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A一次原動機(jī) 此類原動機(jī)是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為一次原動機(jī)。屬于此類原動機(jī)的有柴油機(jī)，汽油機(jī)，汽

6、輪機(jī)和燃汽機(jī)等。B二次原動機(jī) 此類原動機(jī)是將發(fā)電機(jī)等能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為二次原動機(jī)。屬于此類原動機(jī)的有電動機(jī)，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。1.2.2選擇原動機(jī)時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。2：考慮原動機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機(jī)對原動機(jī)提出的啟動，過載，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機(jī)中的電動機(jī)作為原動件。1.3傳動機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理1.3.

7、1傳動機(jī)構(gòu)的作用1：把原動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2：把原動機(jī)輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。3：用原動機(jī)進(jìn)行調(diào)速不經(jīng)濟(jì)和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4：把原動機(jī)輸出的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變5：實(shí)現(xiàn)由一個或多個動力機(jī)驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。6：由于受機(jī)體的外形，尺寸的限制，或?yàn)榱税踩筒僮鞣奖悖瑘?zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與原動機(jī)直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接。1.3.2傳動機(jī)構(gòu)選擇的原則1：對于小功率傳動，應(yīng)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(fèi)用。2：對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用。

8、3：當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速時，若能與動力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速范圍大。用動力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性要求時，則應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。 4：執(zhí)行機(jī)構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護(hù)裝置。5：主，從動軸要求同步時，應(yīng)采用無滑動的傳動裝置。6：動裝置的選用必須與制造水平相適應(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。二功能分解圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作2.1功能分解圖如下圖圖2-12.2繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動轉(zhuǎn)換功能圖2-22.3執(zhí)行構(gòu)件的選擇2.3.1減速傳動功能選用經(jīng)濟(jì)成本相對

9、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(shí)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的傳動。2.3.2定位功能由于我們設(shè)計(jì)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(shí)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。2.3.3進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運(yùn)動，我們可以用圓錐齒輪來實(shí)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(jī)構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)進(jìn)料。 2.3.4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

10、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(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)刀。三運(yùn)動方案的選擇3.1方案的分析：3.1.1減速機(jī)構(gòu)：由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是960r/min，而設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min，利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。圖3-13.1.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)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?yàn)槲覀冇靡粋€擺動滾子從動件盤行凸輪機(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

11、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3-23.1.3送料系統(tǒng)：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(jì)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(shí)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(jì)中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)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)。如圖3-3。圖3-33.1.4定位系統(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?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)要 有間歇，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)

12、就會很大，也不求實(shí)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(shí)際要求了。圖3-4四機(jī)構(gòu)運(yùn)動總體方案圖（機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖） 根據(jù)前面表2-3中實(shí)線連接的方案的運(yùn)動簡圖確定本設(shè)計(jì)中半自動鉆床的總體方案圖如圖4-1。圖4-1五工作循環(huán)圖圖4-1所示的機(jī)械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進(jìn)行運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求如下表: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)快進(jìn)快退休止 定位/夾

13、緊 進(jìn)刀六執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及尺寸計(jì)算6.1送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析送料連桿機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為30mm，可取ABCD4桿機(jī)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(jī)構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸：（如圖6-1） AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計(jì)要求，即滑塊的左右運(yùn)動為30，ABCD的極位夾角為12度。圖6-16.2凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： (1).由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計(jì)了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn)刀頭的上下運(yùn)動； (2).用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，

14、凸輪擺桿從動件的擺動就可以實(shí)現(xiàn)弧形齒條的來回?cái)[動，從而實(shí)現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，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.刀具的運(yùn)動規(guī)律就與凸輪擺桿的運(yùn)動規(guī)律一致； (3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運(yùn)動的的距離。具體設(shè)計(jì)步驟如下： 1.根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑r0=63.5mm，中心距A=60mm，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(jìn)，=5°，凸輪轉(zhuǎn)角=270°-300°；凸輪轉(zhuǎn)角=300°-360

15、°，=0°2.設(shè)計(jì)圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計(jì)出圓形齒輪的半徑r=l/,由=18°, l=20mm，3.得到r=63.69mm，如圖7-2圖7-26.3凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：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(shí)現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)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(jì)如下:設(shè)計(jì)基圓半徑r0=40mm,偏心距e=0凸輪轉(zhuǎn)角=0°-10°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=10°-30°

16、,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=20mm;凸輪轉(zhuǎn)角=30°-50°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=50°-90°,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-20mm; 設(shè)計(jì)偏心距e=0的原因是因?yàn)榇送馆唸?zhí)行的是定位，其定位桿的行程為20故如此設(shè)計(jì)。6.4行星輪系的計(jì)算:傳動比分配 ：根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和工件生產(chǎn)的速度，確定系統(tǒng)總傳動比為=n輸入/n輸出 =960/2=480對于定軸齒輪轉(zhuǎn)動部分，由齒輪傳動的強(qiáng)度確定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4齒輪齒數(shù)：設(shè)定=20，因?yàn)辇X輪1直接與電動機(jī)連接，所以=960令 所以=240 , =80令=20，= =240, 所以=48， =100最后確定蝸桿齒數(shù) 蝸桿轉(zhuǎn)速= =48，所以=48/2=24所以 (蝸桿)=1，(蝸桿)=24齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（°）齒數(shù)（個）直徑（mm）齒輪14202080齒輪242080320齒輪24202080齒輪3420100400七設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)感受到了設(shè)計(jì)過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷過親身設(shè)計(jì)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(jī)