半自動鉆床工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、課程名稱：機(jī)械原理設(shè)計(jì)題目：半自動鉆床工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)院系：機(jī)械系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其自動化學(xué)號：姓名：西南交通大學(xué)2015年11月20日機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名班級學(xué)號設(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612mnfL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動力頭工作行程mm電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/mm工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minD25201514002三、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 .

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（VRMATLABADAM械SOLIDWORK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

3、 .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)教師五、設(shè)計(jì)工作原理5.1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1400r/min降到主軸的2r/min,與傳動軸相連的凸輪機(jī)構(gòu)控制送料，定位，和進(jìn)刀等工藝動作，通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動，這樣動力

4、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，簡圖如下：凸輪2六、功能分解圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作6.1 功能分解圖如下圖送料機(jī)構(gòu)功能原動機(jī)輸出動力變速齒輪機(jī)構(gòu)定位夾緊機(jī)構(gòu)功能送料、定位夾緊、進(jìn)刀依靠凸輪機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能6.2 執(zhí)行構(gòu)件的選擇1堿速傳動功能選用經(jīng)濟(jì)成本相對較低，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，我們這里就采用皮帶輪來實(shí)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的傳動。方案一（選用）選用的裝置具有經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400r/min,而選用設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min。，通過變速傳動將電機(jī)的1400r/min降到主軸的2r/min,使得實(shí)現(xiàn)每秒2個工作節(jié)

5、拍。萬案用定軸輪系減速傳動。由于傳動比=輸入轉(zhuǎn)速1400/輸出轉(zhuǎn)速2=700傳動比過大，故用二級減速傳動。其中帶傳動起過載保護(hù)作用。此機(jī)構(gòu)雖然可以是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的緩慢下降，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,2 .送料功能由于我們設(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。方案一（選用）其較方案一結(jié)構(gòu)簡單，但由于缺少杠桿，具完成快進(jìn)、休止和快退的動作，如果行程較大，為達(dá)到壓力角要求，要求凸輪基圓半徑較大，不利于遠(yuǎn)距離的運(yùn)動傳遞,使制造成本升高，機(jī)構(gòu)笨重。萬案一采用一個凸輪機(jī)構(gòu)來

6、完成送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動。通過凸輪機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿滑塊實(shí)現(xiàn)送料時的快進(jìn)、休止和快退的動作。由于采用了杠桿，故其能夠完成送料的較大傳動距離。Sa3 .定位功能方案一（選用）結(jié)構(gòu)簡單，但由于缺少杠桿，無法對工件施加較大的力。而且如果行程較大，為達(dá)到壓力角要求，要求凸輪基圓半徑較大，不利于遠(yuǎn)距離的運(yùn)動傳遞，使制造成本升高，機(jī)構(gòu)笨重。萬案一通過凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位夾緊時的休止、快進(jìn)及夾緊和快退的動作。由于采用了杠桿，夾緊裝置可對工件施加較大的夾緊力保證完成定位夾緊的功能。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，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

7、頭的升降運(yùn)動實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀。采用一個直動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)并結(jié)合滑塊導(dǎo)桿傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu)。進(jìn)刀時，凸輪在推程階段運(yùn)行，其通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合，進(jìn)而帶動動力頭完成鉆孔。導(dǎo)桿垂直移動的距離即為齒輪弧轉(zhuǎn)動的角度，且齒輪齒條傳動具有穩(wěn)定性。方案二（選用）采用一個凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu)。其比方案一簡單，但由于沒有杠桿，所以不能傳動很大的范圍。I七、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及尺寸計(jì)算1 .送料凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析凸輪機(jī)構(gòu)采用直動滾子端面柱體凸輪，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)進(jìn)料功能。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

8、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,凸輪轉(zhuǎn)角入=0°-30°,送料機(jī)構(gòu)快進(jìn)，推桿行程h=25mm凸輪轉(zhuǎn)角入=30°-45°,送料機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm凸輪轉(zhuǎn)角入=45°-90°,送料機(jī)構(gòu)快退，推桿行程h=-25mm凸輪轉(zhuǎn)角入=90°-360°,送料機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm2 .進(jìn)刀機(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)和直齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實(shí)現(xiàn)齒條的上下擺動，從而實(shí)現(xiàn)要求

9、；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=40mm凸輪轉(zhuǎn)角入=0-60°,刀具休止，推桿行程h=0mm凸輪轉(zhuǎn)角入=60°-2700,刀具快進(jìn)，推桿行程h=15mm凸輪轉(zhuǎn)角入=270°-300°,刀具快退，推桿行程h=-15mm凸輪轉(zhuǎn)角入=300°-360°刀具休止，推桿行程h=0mm2.設(shè)計(jì)齒條齒輪，根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計(jì)出圓形

10、齒輪的半徑r=60mm模數(shù)m=1齒數(shù)z=60,兩個齒條的模數(shù)m=1齒數(shù)z=25,兩個齒條與齒輪嚙合。齒輪材料：齒輪采用45號鋼，軟齒面，齒輪調(diào)制處理齒面硬度：為217-255HBW平均硬度為236HBVV齒輪強(qiáng)度極限為650MPa齒輪的屈服極限為360MPa齒輪齒面平均硬度差為46HBW在30-50HBWE圍內(nèi)。齒條正火處理，齒面硬度為162-217HBW平均硬度為190HBW按GB/T10095-1998,均選擇8級精度。(1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)槭擒淉X面閉式傳動，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪傳動:3d1-2Kq竽2齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩:9.55106P二n9.5510610960=1105N

11、*mm設(shè)計(jì)時，因v值未知，K不能確定，初取Kt=1.4;由機(jī)械設(shè)計(jì)中表10-7取齒寬系數(shù)'d=1.1；表10-5查得彈性系數(shù)Ze=189-8<MPa；圖10-20選取區(qū)域系數(shù)Zh=2.5；式10-9計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Z'齒條乙=25,齒輪Z2=60a2=arcco$Z1COS：Zi2h：=arcco425cos202521=arccosz2cos：Z22h；=arccos60cos206。2=3011:25ZNama1-tam)+z2(tana2-tan/2H=125tan30-tan2060tan25-tan2012二=1.834-1.830.853(2)計(jì)算

12、接觸疲勞許用應(yīng)力Qh】由圖10-25d得接觸疲勞極限應(yīng)力錯誤！未找到引用源安全系數(shù)S=1,=KHN1;一Hlim1=0.9600=540MPaS1，二KHN2;-.2=0.95550=522Mpa-2S1取lhL&h】2=522MPa；初算齒輪的分度圓直徑錯誤！未找到引用源。，得3d1-火、"252321.4110602512.5189.8。85=59.86mm<60mm1.16025522所以齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核2KFTYFaYsaY；32Z60"mzi選KF=1.55t=1105N*mmd-1.1m=1由機(jī)械設(shè)計(jì)中式10-5計(jì)

13、算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Y0.750.75.2Y-0.25=0.250.66,工1.83由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖10-17查得齒形系數(shù)Yfm=2.63,Yfh2=2.13fa1fa2由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)Yr=1.58,Y2=1.65saisa2由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖10-24C查得彎曲疲勞極限，齒輪口Flim1=220Mp2,齒條Flim2=170MPa由機(jī)械設(shè)計(jì)中圖10-22查得得彎曲疲勞壽命系數(shù)：.KFN1=1,KfN2=1取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.25(1%失效概率)KFN1-'Flim11220二f1=-=176MPa1S1.25二f2KFN2二Flim21170=136M

14、Pa1.252KFTYFa1Ysa1Y；-F1一32mZi521.55102.631.580.66一/.321.1160=145.43MPa_2大丁丫尸-2丫5-2丫；-F2-32%mZ121.551052.131.650.661.113602=123.01MPa因?yàn)椤1<QF，仃F2<F!所以齒根齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。3.定位凸輪推桿機(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

15、r0=40mm凸輪轉(zhuǎn)角入=0°-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=20mrjn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=-20mm凸輪轉(zhuǎn)角入=90°-360,定位機(jī)構(gòu)休止，推桿行程h=0mm（定位機(jī)構(gòu)與凸輪的進(jìn)退是相反的）4.皮帶輪的計(jì)算皮帶輪參數(shù)名稱皮帶輪1皮帶輪2皮帶輪3半徑（mm）101050半徑（mm）25028050齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（°）齒數(shù)（個

16、）直徑（mm）直齒輪1206060錐齒輪32024725.軸的強(qiáng)度計(jì)算以及軸承的選擇1 .因?yàn)檫@個主軸是以轉(zhuǎn)矩為主的傳動軸，所以我采用按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的方對軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。選擇軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217255HBs由表查得許用應(yīng)力7H=59MPa電動機(jī)數(shù)據(jù)Y80S-4額定功率P=1.1KW滿載n=1400r/minT9.55106P/nrnttWtWtT一軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N?mm）wt一軸的抗扭截面系數(shù)（mm3）由于我采用的是實(shí)心軸WT=二d3/160.2d3P一軸傳遞的功率（kW）;n一軸的轉(zhuǎn)速（r/min）;T許用切應(yīng)力（MPa），9.55106Pd-3-0.2TnA=3'9.55106/0.2Tdmin=A3P=20031.1/1400=18.45mmn100d=8.6*1.03=19mmd取20mm當(dāng)截面上有鍵梢時，可按圓軸計(jì)算，并適當(dāng)增大軸徑。對于直徑小于的軸，單鍵增大57%雙鍵增大1015%對于直徑大于100的軸，單鍵增大3%雙鍵增大7%2 .滾動軸承的優(yōu)勢 摩擦阻尼小（相對于非液體摩擦滑動軸承），啟動靈活； 可同時承受徑向和軸向載荷，簡化了支承結(jié)構(gòu)； 徑向間隙小，還可用預(yù)緊方法