機械原理課程設計段紹凱

1、機械原理課程設計說明書機械原理課程設計說明書設計題目：半自動鉆床 汽車與交通 學院 車輛工程 專業(yè) 2 班設計者 段紹凱 指導教師 趙 健 2011年01月10日目 錄1.設計要求-32.功能分解-43.執(zhí)行機構(gòu)選擇-54.機械系統(tǒng)運動方案的選擇-135.工作循環(huán)圖-136.尺寸計算-147.機構(gòu)運動簡圖 -218.參考資料-22一設計要求半自動鉆床機能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。由零件尺寸知道設計要求的機床的進料機構(gòu)工作行程大于等于40mm，動力鉆頭工作行程大于18mm，電動機轉(zhuǎn)速960r/min，每分鐘1件構(gòu)件加工好。半自動鉆床機由送料機構(gòu)，定位機構(gòu)，進刀機構(gòu)以及電動機組成。送料機

2、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，最終由進刀構(gòu)負責動力頭的升降來進行鉆孔工作。選擇送料機構(gòu)時要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機構(gòu)要以直線、間隙、定量地將要加工的構(gòu)件送入加工臺，可用來回往復移動構(gòu)件走直線軌跡段推構(gòu)件向前進，用定位機構(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構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)；2.設計傳動系統(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構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；4.凸輪機構(gòu)的設計計算。按各凸輪機構(gòu)的工作要求

3、，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。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖；5.設計計算其他機構(gòu)；要求設計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統(tǒng)。其中：1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。2. 除動力頭升降機構(gòu)外，還需要設計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。凸輪軸轉(zhuǎn)角名稱 10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º送料快進休止快退休止定位休

4、止快進休止快退休止進刀休止快進慢進快退休止3.采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。二功能分解功能分解圖：進料機構(gòu)功能進料、加緊定位、進退刀要協(xié)調(diào)工作（依靠凸輪機構(gòu)）變速齒輪機構(gòu)原動機輸出能量 夾緊定位機構(gòu)功能 進刀退刀機構(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。各個機構(gòu)的運動由同一電機驅(qū)動，運動由電動機經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到定位機構(gòu)和送料機構(gòu)，分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機構(gòu)對工件的定位和帶動凸輪四桿機構(gòu)控制推桿做往復直線運動。另一路直接傳動到鉆頭的進退刀機構(gòu)，控制鉆頭的進退，既該系

5、統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的960r/min降到主軸的1r/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，最后由凸輪機構(gòu)推動四桿機構(gòu)，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。 基本運動為：推桿的往復直線運動，定位機構(gòu)的間歇運動和鉆頭的往復運動。此外，還要滿足傳動性能要求：1 送料、定位、進刀機構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時候快慢行程不同。2 各個機構(gòu)之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉(zhuǎn)角對應的性能要求。機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能：三執(zhí)行機構(gòu)的選擇根據(jù)前述設計要求，送料機構(gòu)應該做往復運動，并且必須保證工作行程中有快進、休止和快退過程。

6、定位機構(gòu)也有休止、快進、快退過程。進刀機構(gòu)有快進和慢進、快退和休止過程。此外三個機構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達到，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，以及送料機構(gòu)的往復運動和進刀機構(gòu)的往復循環(huán)及各個機構(gòu)的間歇運動。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。方案一：A1由于電動機的轉(zhuǎn)速是960r/min，而選用設計要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min。可以考慮利用行星輪進行大比例的降速，然后采用蝸輪變向。考慮到

7、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傳動比很大，要用多級傳動。2.定位功能由于我們設計的機構(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，并且定位機構(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。 對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四桿機構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機構(gòu)共同作用達到定位機構(gòu)和間歇定位的要求。對比方案三：

8、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，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，它就可以滿足實際要求了。對比方案四：采用一對凸輪機構(gòu)相向放置，凸輪推壓導桿，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，帶動導桿運動，將零件夾緊3.進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，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料機構(gòu)?？梢栽邶X輪上安裝一個直動滾子從動件盤

9、型凸輪機構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復運動實現(xiàn)進料但機構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)不好。方案一：采用一個四桿機構(gòu)通過齒輪弧帶動齒條，齒條推動零件實現(xiàn)進料功能。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)。對比方案二：采用一個六桿機構(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)。對比方案三：采用曲柄滑塊機構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)很緊湊，機構(gòu)簡單。AB=20mm、BC=

10、30mm，D端推動待加工零件。A處連接傳動軸對比方案四：采用凸輪來完成進料，靠彈簧復位，要求凸輪比較大，不利于遠距離的運動傳遞。凸輪太大，其基半徑為10mm，導程為40mm。A處連接傳動軸。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，彈簧起到復位作用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降運動實現(xiàn)進刀方案一：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

11、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。對比方案二：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，但是當加了四桿機構(gòu)以后并沒有達到改善傳動的效果，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機構(gòu)。對比方案三：采用不完全齒輪其中只要2×r×3.14×A角的度數(shù)除以36018mm即可。A處連接動力軸對比方案四：利用曲柄滑塊機構(gòu)，可以實現(xiàn)周期性的進刀退刀，有急

12、退急進功能，但是動力傳動布置不方便。A處連接動力軸對比方案五：采用四桿機構(gòu)，通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上下運動，實現(xiàn)動力頭的進給，完成進刀退刀，A處連接動力軸對比方案六：利用凸輪機構(gòu)推動杠桿實現(xiàn)進刀退刀功能，因為杠桿比較細長，不可避免的振動較大。四機械系統(tǒng)運動方案的選擇若鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設計要求傳動比=n輸入/n輸出 =960/1=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

13、動比的工作要求，占據(jù)空間也較小，再用錐齒輪變向。機構(gòu)的送料裝置采用由齒輪、齒條與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機構(gòu)既可以滿足設計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構(gòu)又具有尺寸小和運動可靠的特點。四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，不完全齒輪固結(jié)在搖桿上，搖桿做往復運動，帶動齒條來回運動。 機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的增力作用來工作，并按要求設計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構(gòu)同樣滿足間歇運動和休止。機構(gòu)的進刀機構(gòu)由輪機構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復擺動，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)圖六尺寸計算1送料機構(gòu)機構(gòu)采

14、用如下分析送料機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料，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8.57°，則由得K=1.1，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=11 BC=65 CD=25.36 DA=60 DE=40.57名稱凸輪軸轉(zhuǎn)角 10º20º30º45º60º75º90º105º270º300º360º送料快進休止快退休止定位休止快進休止快退休止進刀休止快進慢進快退休止該尺寸可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為40

15、，ABCD的極位夾角為8.57°。在AutoCAD上畫圖檢驗計算2凸輪擺桿機構(gòu)的設計（進刀退刀機構(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； (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BI=80mm，擺桿長度AB=65m

16、m凸輪轉(zhuǎn)角=0-60°,休止;凸輪轉(zhuǎn)角=60°-270°，刀具快進。凸輪轉(zhuǎn)角=270°-300°，刀具快退；凸輪轉(zhuǎn)角=300°-360°，休止。2.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3.得到EF=63.69mm， 4該機構(gòu)中的凸輪用繪圖軟件設計得過程截圖速度曲線3夾緊機構(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:A

17、B=BC=ED=40mm,BD=8mm。設計基圓半徑r=40mm,偏心距e=0凸輪轉(zhuǎn)角=90°-10°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=10°-30°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=5mm;凸輪轉(zhuǎn)角=30°-50°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=50°-90°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-5mm; 其凸輪為其過程為推桿的加速度：推桿的速度：4減速機構(gòu)的設計Z1=30 Z2=15 Z2=20 Z3= 40 傳動比iH3=960 根據(jù)行星輪傳動公式：i（H3）=Z2×Z3÷【Z2×（Z2+ Z3）Z2