機(jī)械原理課程設(shè)計-自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)

1、機(jī)械原理課 程 設(shè) 計課程設(shè)計名稱： 自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu) 學(xué) 生 姓 名： 鄔志東 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)及班級： 09機(jī)制一班 學(xué) 號： 099290141073 指導(dǎo)教師： 侍紅巖 目錄第一章 設(shè)計要求.(1)第二章 功能分解(3)第三章 機(jī)構(gòu)對比選用(4)第四章 機(jī)構(gòu)組合()第五章 傳動設(shè)計方案設(shè)計()第六章 方案的評價參考資料. 第一章 概述及其設(shè)計要求1.1功能要求自動鉆床機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。有皮帶傳動使鉆床主動軸獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；驅(qū)動力由凸輪輸出后，靠擺桿凸輪一一扇形齒輪齒條串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)使鉆床主軸獲得往復(fù)的送進(jìn)運(yùn)動。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

2、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定位機(jī)構(gòu)使被加工工件可靠固定，最終由進(jìn)刀機(jī)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。1.2 已知數(shù)據(jù)凸輪逆時針轉(zhuǎn)速n1=10r/min，扇形齒輪的分度圓直徑d=120mm;擺桿長H2=120mm；凸輪的許用壓力角（a1）=30.（a2）=701.3 設(shè)計要求及任務(wù)1. 按鉆床的工資要求

3、，自選擺桿從動件規(guī)律，自行分配凸輪機(jī)構(gòu)的推，回程運(yùn)動角和休止角；2. 按給定的許用壓力角（a1）、（a2）值，確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置，選擇凸輪的基圓半徑r0和從動件滾子半徑rr值；3. 設(shè)計凸輪輪廓曲線（繪制凸輪的理論和實際輪廓曲線） 14. 校核最大壓力角a1.3方案提示要求設(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)刀運(yùn)動（升降）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. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動。1.4設(shè)計數(shù)據(jù)及工件尺寸加工工件2第二章 功能分解 自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭

4、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，一路隨著傳動傳動皮帶傳送動力到定位機(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。 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。3第三章 機(jī)構(gòu)選用 根據(jù)前述設(shè)計要求，送

5、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。變速機(jī)構(gòu)： 方案一：選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為10r/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。方案二：A2利用定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 ,因為傳動比很 4大，所以要用多級傳動。送料機(jī)構(gòu)的選型：方案一：B1直

6、接采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，并且在輪同軸的齒輪組合中加入不完全齒輪以滿足間歇休止運(yùn)動要求。方案二：B2采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動又 5有休止的間歇運(yùn)動。方案三：B3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) 。 定位機(jī)構(gòu)選型 6方案一：C1利用四桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，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。方案二：C2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

7、定位系統(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)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。 7 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)方案一：D1為了達(dá)到輸出間歇運(yùn)動同時能夠做到循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，采用凸輪機(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，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。8方案二：D2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

8、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，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。 9第四章 機(jī)構(gòu)組合上述各機(jī)構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案組合。機(jī)械系統(tǒng)方案E1E2E3變速機(jī)構(gòu)A2A1A1送料機(jī)構(gòu)B3B1B2定位機(jī)構(gòu)C1C2C1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)D2D1D1方案1的設(shè)計矩陣為E3=A1 B2 C1 D1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 ,非常大，此時再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。 機(jī)構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機(jī)構(gòu)既可以滿足設(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 10和運(yùn)動可靠的特點

9、。盤形凸輪機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機(jī)構(gòu)中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復(fù)運(yùn)動，此機(jī)構(gòu)中的四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，由此雙搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運(yùn)動。同時設(shè)計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運(yùn)動和快慢交替的變速運(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)的死點來夾住工件，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。方案2的設(shè)計矩陣為E2=A1 B1 C2 D1。 自動鉆床的變速機(jī)構(gòu)采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，

10、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,可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較小。 送料裝置如果采用凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復(fù)運(yùn)動，但是不能夠保證滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)間歇休止并且配合好其他機(jī)構(gòu)。 采用C2 類型的定位裝置可以滿足設(shè)計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設(shè)計務(wù)必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用D1時候能夠滿足設(shè)計要求，但是機(jī)構(gòu)構(gòu)件之間缺乏穩(wěn)定的傳動，對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。 11更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設(shè)計要求，并且選用能夠提供間歇運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，以及結(jié)合

11、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標(biāo)，選取設(shè)計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運(yùn)動方案如下圖所示：1電動機(jī) 2定軸齒輪 3蝸輪 4凸輪 5連桿 6工件毛坯 7滑塊8鉆頭 9齒輪 10扇形齒輪 11彈簧 12連桿 13夾具 14連桿15凸輪 16皮帶半自動鉆床運(yùn)動簡圖第五章 傳動設(shè)計方案設(shè)計由設(shè)計要求：L1+L2+L3=6+14+6=26mm; 又根據(jù)機(jī)床主軸所走過的距離S=L1+L2+L3; 由L=角度*半徑 可推出 =26mm/60mm=78º 12因為H2=120mm ；所以由扇形和滾子的角度相等得； L=*R=52mm 再根據(jù)凸輪所走過的距離L等于滾子所走過的 距離。

12、因為凸輪的轉(zhuǎn)速為10r/min,可得w=/3s,genju 根據(jù)題意得停止2s，所走過的角度為2/3.（1）確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸根據(jù)題意：初步假設(shè)滾子的半徑Rr=10mm，得凸輪的半徑R0=33mm。 其次：選定推桿的運(yùn)動規(guī)律，以保證推桿的運(yùn)動的平穩(wěn)性。（2） 求理論闊線 凸輪的理論輪廓線的坐標(biāo)可令e=0，s0=R0,求得x=(x+s)sin, y=(r0+s)cos，式中s應(yīng)分段計算。（3） 停歇 2s，1）推程階段 01=90º S1=h(1/2)-sin(180º*1/01)/(180º) =h2/90º-sin(41)/(180º)

13、=0,90º2)遠(yuǎn)休止階段 02=90º S2=52mm X³ =0,90º3）回程階段 03=60º S3=10h3³/03³52h34/034+6h35035 =0,60º4）近休止階段 04=120º 13 S5=0 =0,120º5）推程段的壓力角和回程壓力角 =arctan|ds/d/R+s|取計算間隔為5º，將以上各相應(yīng)式計算理論輪廓線上各點的坐標(biāo)。在計算時應(yīng)注意：在推程階段取=1，在遠(yuǎn)休止階段取=01+2，在回程階段=01+02+3,在近休止階段=01+02+03+4.X

14、1=x-rrcos y1=y-rrsinSin=(dx/d)/Cos=-(dy/d)1)推程段 =0,/2 dx/d=ds/da sin1+(r0+s)cos1 = 2s/1-cos4sin1+(r0+s)cos1dy/d=(dsda)cos-(r0+s0)1 =2h/1-cos4cos1-(r0+s)sin12) 遠(yuǎn)休止段 =0,/2 dx/d=（r0+s）cos（+2） dy/d=-（r0+s）sin（+2）3)回程階段 =0,/3 dx/d= ds/da sin（3+）+(r0+s)cos（3+） dy/d=ds/da cos（+3）- (r0+s)sin0（3+）4) 近休止階段 =0

15、，2/3 14 dx/d=（r0+s）cos（4/3+4） dy/d=-（r0+s）sin（4/3+4）凸輪輪廓壓力角=16.397，由于凸輪的最大壓力角小于許用角。 第六章 方案評價 1 運(yùn)動鏈的選擇 選擇帶傳動代替原來的齒輪傳動不僅能夠滿足動力傳動的要求，同樣可以節(jié)省機(jī)構(gòu)占用空間，簡化機(jī)械的構(gòu)造，降低制造的費用，減輕機(jī)構(gòu)的重量，有利于降低成本提高機(jī)械效率?？梢詼p少各個零件制造誤差而形成的運(yùn)動鏈的運(yùn)動累計誤差，從而提高零件加工的工藝性和工作可靠性，提高傳動精度。因此，在選型的時候有時寧可采用具有較小設(shè)計誤差但結(jié)構(gòu)簡單的近似機(jī)構(gòu)，而不是采用理論上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。此外，為了減少構(gòu)件的數(shù)

16、目還有利于提高系統(tǒng)的剛性。因此此方案中采取了機(jī)構(gòu)簡單實際工作軌跡近似的裝置代替了理論上完全達(dá)到要求而實際設(shè)計制造很不方便的機(jī)構(gòu)。2 傳動比的分配 15運(yùn)動鏈的傳動比的分配是否合理將直接影響機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸。采用渦輪蝸桿結(jié)合定軸齒輪結(jié)構(gòu)代替星系結(jié)構(gòu)不僅可以滿足大幅度減速的要求，同樣可以減少空間的浪費和材料的使用，節(jié)約成本。在安排傳動比分配的時候運(yùn)動鏈逐級減速，可以使得各級中間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，從而可以使軸及軸上零件有較小的尺寸，是機(jī)構(gòu)較為緊湊。3動力源的選擇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)費用和維修費用。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