機械原理課程設計-自動鉆床送進機構(gòu)

1、機械原理課 程 設 計課程設計名稱： 自動鉆床送進機構(gòu) 學 生 姓 名： 鄔志東 學 院： 機械工程學院 專業(yè)及班級： 09機制一班 學 號： 099290141073 指導教師： 侍紅巖 目錄第一章 設計要求.(1)第二章 功能分解(3)第三章 機構(gòu)對比選用(4)第四章 機構(gòu)組合()第五章 傳動設計方案設計()第六章 方案的評價參考資料. 第一章 概述及其設計要求1.1功能要求自動鉆床機能夠?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)組合機構(gòu)使鉆床主軸獲得往復的送進運動。半自動鉆床機由送料機構(gòu)，定位機構(gòu)，進刀機構(gòu)以及

2、電動機組成。送料機構(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，最終由進刀機構(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。1.2 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 設計要求及任務1. 按鉆床的工資要求

3、，自選擺桿從動件規(guī)律，自行分配凸輪機構(gòu)的推，回程運動角和休止角；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，設計者只需考慮動力頭的進刀運動（升降）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。3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構(gòu)運動。1.4設計數(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，一路隨著傳動傳動皮帶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。 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。3第三章 機構(gòu)選用 根據(jù)前述設計要求，送

5、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。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。變速機構(gòu)： 方案一：選用設計要求的主軸轉(zhuǎn)速為10r/min?？梢钥紤]利用行星輪進行大比例的降速，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。送料機構(gòu)的選型：方案一：B1直

6、接采用凸輪滑塊機構(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動要求。方案二：B2采用凸輪與四桿機構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)既有快慢變化的運動又 5有休止的間歇運動。方案三：B3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) 。 定位機構(gòu)選型 6方案一：C1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。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。 7 進刀機構(gòu)方案一：D1為了達到輸出間歇運動同時能夠做到循環(huán)往復運動，采用凸輪機構(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構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).因為我們用一個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

8、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。 9第四章 機構(gòu)組合上述各機構(gòu)方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。機械系統(tǒng)方案E1E2E3變速機構(gòu)A2A1A1送料機構(gòu)B3B1B2定位機構(gòu)C1C2C1進刀機構(gòu)D2D1D1方案1的設計矩陣為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。 機構(gòu)的送料裝置采用由凸輪與四桿機構(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 10和運動可靠的特點

9、。盤形凸輪機構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機構(gòu)中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復運動，此機構(gòu)中的四桿機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，由此雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)滑塊的往復運動。同時設計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。 機構(gòu)的定位機構(gòu)由凸輪機構(gòu)結(jié)合四桿機構(gòu)的死點來夾住工件，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。方案2的設計矩陣為E2=A1 B1 C2 D1。 自動鉆床的變速機構(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構(gòu)，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復運動，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構(gòu)。 采用C2 類型的定位裝置可以滿足設計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設計務必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。 進刀機構(gòu)采用D1時候能夠滿足設計要求，但是機構(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計要求，并且選用能夠提供間歇運動的機構(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，選取設計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示：1電動機 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皮帶半自動鉆床運動簡圖第五章 傳動設計方案設計由設計要求：L1+L2+L3=6+14+6=26mm; 又根據(jù)機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）確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸根據(jù)題意：初步假設滾子的半徑Rr=10mm，得凸輪的半徑R0=33mm。 其次：選定推桿的運動規(guī)律，以保證推桿的運動的平穩(wěn)性。（2） 求理論闊線 凸輪的理論輪廓線的坐標可令e=0，s0=R0,求得x=(x+s)sin, y=(r0+s)cos，式中s應分段計算。（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，將以上各相應式計算理論輪廓線上各點的坐標。在計算時應注意：在推程階段取=1，在遠休止階段取=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)省機構(gòu)占用空間，簡化機械的構(gòu)造，降低制造的費用，減輕機構(gòu)的重量，有利于降低成本提高機械效率?？梢詼p少各個零件制造誤差而形成的運動鏈的運動累計誤差，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計誤差但結(jié)構(gòu)簡單的近似機構(gòu)，而不是采用理論上沒有誤差但結(jié)構(gòu)復雜的機構(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構(gòu)簡單實際工作軌跡近似的裝置代替了理論上完全達到要求而實際設計制造很不方便的機構(gòu)。2 傳動比的分配 15運動鏈的傳動比的分配是否合理將直接影響機械系統(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，是機構(gòu)較為緊湊。3動力源的選擇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，節(jié)約能源，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