機械原理課程設計-半自動鉆床

機械原理課程設計說明書設計題目：半自動鉆床設計姓名：季倩學號：110700131院系：裝備制造學院車輛1101班同組者：指導教師：曹光民2013年月日目錄一、設計任務書…………4二、工作原理和工作動作分解………6三、根據(jù)工藝動作和協(xié)議要求擬定運動循環(huán)圖………7四、執(zhí)行機構選型………五、機械運動方案的選擇和評定 3六、機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構 3七、半自動鉆床的機構運動簡圖 6八、凸輪機構的尺度設計 7九、定位凸輪速度與加速度分析 9十、心得體會 11參考文獻 12半自動鉆床方案設計〔方案B〕2.1設計題目設計加工圖1所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。進刀機構負責動力頭的升降，送料機構將被加工工件推入加工位置，并由定位機構使被加工工件可靠固定。圖1加工工件半自動鉆床設計數(shù)據(jù)參看表3。表3半自動鉆床凸輪設計數(shù)據(jù)方案號進料機構工作行程mm定位機構工作行程mm動力頭工作行程mm電動機轉速r/mm工作節(jié)拍〔生產率〕件/minA40301514501B35252014002C30201096012.2設計任務1.半自動鉆床至少包括凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構。2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。3.圖紙上畫出半自動鉆床的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4.凸輪機構的設計計算。按各凸輪機構的工作要求，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。6.編寫設計計算說明書。7.學生可進一步完成：凸輪的數(shù)控加工，半自動鉆床的計算機演示驗證等。2.3設計提示1.鉆頭由動力頭驅動，設計者只需考慮動力頭的進刀〔升降〕運動。2.除動力頭升降機構外，還需設計送料機構、定位機構。各機構運動循環(huán)要求見表4。3.可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調各機構運動。表4機構運動循環(huán)要求凸輪軸轉角10o20o30o45o60o75o90o105o～270o300o360o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快進快退休止1. 工作原理和工藝動作分解根據(jù)任務書的要求，該機械的進刀機構負責動力頭的升降，送料機構將被加工工件推入加工位置，并由定位機構將加工工件可靠固定。三個執(zhí)行構件的運動形式為：(1)動力頭完成往復〔鉛垂上下〕直線運動，下移到最低點后立刻上移。在下移之前有一段時間是休止的，這段時間正好用于送料和定位。動力頭的行程是20mm。假設機構主動作一轉完成一個運動循環(huán)，那么上沖頭位移線圖的形狀大致如圖1-1所示。圖1-1動力頭位移線圖(2)送料機構做水平的往復運動，工作行程是35mm。開始送料機構先迅速的把胚料送到加工臺，稍作停頓后立刻返回，在工件的加工過程中保持休止。其位移線圖大致如圖1-2所示。圖1-2送料機構位移線圖(3)定位機構也是在水平面做往復運動，在工件加工的時候對工件起固定的作用。行程是25mm。其位移線圖大致如圖1-3所示。圖1-3定位機構位移線圖2.根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構執(zhí)行構件動作的先后順序、相位，以利于設計、裝配和調試。進刀機構每完成一個運動循環(huán)，以該主動件的轉角作為橫坐標〔0,360〕，以各構件執(zhí)行構件的位移為縱坐標做出曲線。運動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出半自動鉆床的運動循環(huán)圖如圖2-1所示。圖2-1半自動鉆床的運動循環(huán)圖3.執(zhí)行機構選型1.減速傳動功能為使本錢降低，減小機構的體積，并且提高傳動效率，簡化結構，增大傳動比，所以我們選擇采用行星輪來實現(xiàn)我設計的傳動。2.定位功能由于我們設計的機構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的彈簧實現(xiàn)定位機構的回位，等待送料凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。3.進料功能進料也要要求有一定的間歇運動，我們用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過齒輪傳動，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構來實現(xiàn)進料。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抵圓弧齒輪的擺動實現(xiàn)齒輪的轉動，齒輪的轉動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀.根據(jù)系統(tǒng)的運動轉換功能圖可構成形態(tài)學矩陣如圖3-1。由圖3-1所示的形態(tài)學矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運動方案數(shù)為：圖3-1半自動鉆床的功能-技術矩陣圖4.機械運動方案的選擇和評定(1)減速機構:由于電動機的轉速是1400r/min,而設計要求的主軸轉速為2r/min，利用星輪進行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實現(xiàn)方向的轉換。如圖4-1。.圖4-1行星輪系減速機構的運動簡圖比照機構:定軸輪系傳動;傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2。圖4-2定軸輪系減速機構的運動簡圖(2)動力頭工作機構采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪齒條機構.因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪機構，當進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉動的幅度也是等于齒廓轉動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。圖4-3動力頭工作機構的運動簡圖比照機構：也是采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪齒條機構但比法案一簡單。但是沒有杠桿，不能滑動很大的范圍。如圖4-4。圖4-4比照機構的運動簡圖〔3〕送料機構:采用一個四桿機構來代替曲柄滑塊機構，由于設計的鉆床在空間上傳動軸之問的距離有點大，再加上用四桿機構在本設計中在尺寸上很小.所以考慮到所設計的機構能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下列圖的四桿機構來實現(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。如圖4-5。.圖4-5送料機構運動簡圖比照機構：比法案一簡單，但是滑塊滑動距離有限。如圖4-6。圖4-6比照機構的運動簡圖〔4〕定位機構:定位系統(tǒng)采用的是一個對心直動平底從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構。如圖4-7。圖4-7定位機構的運動簡圖比照機構：比照的定位和夾緊機構和法案一不同，效率等也有所差異。如圖4-8。如圖4-8比照機構的運動簡圖5.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構1.送料機構采用如下分析送料連桿機構:采用如下機構米送料，根據(jù)要求，進料機構丁作行程為35mm,各桿尺寸(如圖5-1)：AB=70BC=17.5CD=26.25DA=52.5DE=8.75圖5-1送料機構的運動簡圖2.動力頭機構采用如下分析:(1).由進刀規(guī)律，我們設計了凸輪擺桿機構，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動。(2).用凸輪擺桿機構和圓弧形齒條所構成的同一構件，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，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).弧形齒條所轉過的弧長即為刀頭所運動的的距離。其具體體設計步驟如下:1.根據(jù)進刀機構的工作循環(huán)規(guī)律，鉆空深度為18mm，那么弧形齒條以18mm來回滑動設計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm,擺桿長度d=65mm,最大擺角為。凸輪轉角,。凸輪轉角。刀具快進，。凸輪轉角。刀具快退。凸輪轉角，?！?.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由，=20mm。3.得到r=63.69mm。3.定位機構采用如下分析:凸輪機構采用直動平底從動件盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使平底與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應快速，機構簡單緊湊。具體設計如下：設計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25mm。凸輪轉角，定位機構休止，推桿行程h=0mm。凸輪轉角，定位機構快進，推桿行程h=25mm。凸輪轉角，定位機構休止，推桿行程h=0mm。凸輪轉角，定位機構快退，推桿行程h=25mm。凸輪轉角，定位機構休止，推桿行程h=0mm。4.行星輪系的計算：用行星輪系傳動，如圖5-2.圖5-2行星輪系的運動簡圖Z1=35Z2=20Z2,=20Z3=35傳動比iH3=700根據(jù)行星輪傳動公式:iH3=1-iH31=1-Z2'Z1/Z3Z2由i1H=1-Z2'Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經過比擬設計皮帶傳動機構與齒輪系傳動機構的相應參數(shù)如下表:6.半自動鉆床的機構運動簡圖綜合各個機構選型，做出半自動鉆床的總體機構運動簡圖，如圖6-1所示圖6-1半自動鉆床的總體機構運動簡圖總得來說該機構首先通過減速機構到達工作要求的轉速，然后將進料、定位以及動力頭機構的凸輪。動力頭機構由對心直動滾子從動件盤形凸輪機構通過杠桿控制弧形齒條的的運動，再由弧形齒條與齒輪、齒輪和齒條的嚙合傳動控制鉆頭的來回往復運動。定位機構那么由彈簧是平底從動件始終緊貼凸輪，形成力封閉。再由平底通過連桿滑塊的配合，把凸輪的輪廓所表示出的運動形式以平底的運動表示出來，從而獲得預期的夾緊工件的運動。送料機構那么是由一個圓盤與連桿滑塊的配合，使滑塊做往復的運動，從而使其上的工件不斷的送到加工位置。因為曲柄滑塊是偏心安置的，所以存在急回特性，這提高了生產率。整個過程就是工件被送料機推入加工位置，此時定位機構將被加工的工件可靠的固定住，鉆頭同時下降進行鉆削，送料機構也同時后退。加工完成后鉆頭退回，這時新的工件被送料機構推入，從而重復的進行加工。7.凸輪機構的尺度設計〔同組的陳富，黃鵬程，胡巧利做送料機構、定位機構、動力頭機構運動〕1.定位凸輪和夾緊凸輪因為定位機構和夾緊機構是同步的，所以定位機構的凸輪和夾緊機構的凸輪是一樣的。圖7-1為定位凸輪和夾緊凸輪設計結果?；鶊A半徑R0=40mm滾子半徑Rt=10mm偏心距e=25mm轉速w=2r/min中心距A=80mm擺桿長L=65mm。圖7-1定位凸輪的設計圖示圖6-2和6-3為定位凸輪的輪廓圖(7-2內包絡線圖，7-3外包絡線圖)圖7-2定位凸輪的內包絡線圖7-3定位凸輪的外包絡線2.進刀凸輪進刀凸輪類型設計結果如圖7-4，凸輪運動分段如圖7-5?；鶊A半徑R0=40，滾子半徑Rt=10偏心距e=25轉速w=1圖7-4進刀凸輪的設計圖示進刀凸輪的輪廓線設計如圖7-5(內包絡線)和圖7-6(外包絡線)圖7-5進刀凸輪的內包絡線以及運動分析圖7-6進刀凸輪的外包絡線以及運動分析8.定位凸輪速度與加速度分析〔分析一個位置〕定位凸輪的各參數(shù)如下：基圓半徑R0=40mm，滾子半徑Rt=10mm偏心距e=25mm轉速w=2r/min其內包絡線和外包絡線的加速度和速度及位移分析如圖8-1和8-2：圖8-1定位凸輪的內包絡線的運動分析簡圖圖8-2定位凸輪的外包絡線的運動分析簡圖11.設計總結一個星期的課程設計很快就過去了，雖然過程非常的辛苦，但是總的說來我得到了極大的收獲。經歷了之前的認識實習和金工實習，我對機械行業(yè)有了一定的感性的直觀上的認識，而這次的課程設計那么更多的給我理性上的認識，從更高的層面認識機械專業(yè)。經過課程設計,我對機械設計有了最初的一些印象。剛開始的時候，因為自己從來沒有接觸過機械設計，只是學習了根底的機械原理知識，所以感覺無從下手。后來在老師的耐心指導下，我在圖書館翻閱了各種資料，在網上也參考了很多這方面的資料，終于找到了下手的方法。由于這次的設計內容比擬的多，所以我深深的感受到了合作的重要性。在設計中我和同組的同學經常會遇到很多問題，自己根本沒有方法解決，這時我們都會在一起討論商量對策，這使我們的設計速度快了很多，也少走了很多的彎路。因為要作圖的原因，這次設計讓我好好的復習了之前學過的CAD以及WORD，同時提醒了我CAD對我們機械專業(yè)的重要性。因為很多操作技巧我都還不會，所以一個很簡單的圖，往往要做很久，甚至根本做不出來，這告訴我我以前學習的只是皮毛，自己還是要多多的練習和自學才可以。我相信在未來的開展中計算機輔助設計將是每個設計人員必備的素質。這次學習最重要的就是我第一次學會了如何把理論知識融入實踐，如何用學過的知識逐個的解決自己在設計中遇到的各種問題。這對我以后參加設計工作，甚至是以后