半自動鉆床說明書-機(jī)械原理課程設(shè)計

1、目 錄1. 設(shè)計任務(wù)22. 工作原理及功能分解43. 原動機(jī)的選擇53.1原動機(jī)的分類 53.2選擇原動機(jī)時需考慮的因素 54. 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)選型與分析比較64.1減速傳動功能 64.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能 74.3送料機(jī)構(gòu)功能 94.4定位夾緊機(jī)構(gòu)功能 115. 機(jī)械系統(tǒng)傳動方案的擬定和比較136. 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)尺度綜合156.1減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 156.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 166.3送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 166.4定位夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 167. 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖178. 設(shè)計總結(jié)179. 參考資料181. 設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目：半自動鉆床設(shè)計加工圖所示工件12mm孔的半自動鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)

2、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。 1.2初始條件表1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)要求凸輪軸轉(zhuǎn)角10º20º30º45º60º75º90º270º300º360º送料快進(jìn)休止快退休止定位夾緊休止快進(jìn)及夾緊休止快退進(jìn)刀休止快進(jìn)工進(jìn)快退休止表3 半自動鉆床凸輪設(shè)計數(shù)據(jù)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/min工作節(jié)拍（生產(chǎn)率）件/minA40301514501B35252014002C30201096011.3設(shè)計任務(wù)及要

3、求1.半自動鉆床一般至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)構(gòu)；至少設(shè)計出三種能實(shí)現(xiàn)該分類機(jī)運(yùn)動形式要求的機(jī)構(gòu)，繪制所選機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖（繪制在說明書上），比較其優(yōu)缺點(diǎn)，并最終選出一個自己認(rèn)為最合適的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計，繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配(皮帶傳動傳動比i2，每級齒輪傳動傳動比i7.5)。3.在圖紙上畫出半自動鉆床的傳動系統(tǒng)方案圖。4.在圖紙上畫凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計圖（包括位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置）；要求確定運(yùn)動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪廓線。5.設(shè)計計算其中一對齒輪機(jī)構(gòu)。6.以上所要求繪制的圖形均繪制在一張一

4、號圖紙上。7.同一小組內(nèi)，每人至少有一種與別人不一樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。8.編寫設(shè)計計算說明書一份（15page以上）。1.4設(shè)計提示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（升降）運(yùn)動。2.除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需設(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)要求見表1。3.可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動。2. 工作原理及功能分解半自動鉆床的工作原理是利用鉆頭的旋轉(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、定位夾緊、進(jìn)刀三部分組成。各個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動由同一電動機(jī)驅(qū)動，運(yùn)動由電動機(jī)經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到定位夾緊機(jī)構(gòu)和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制

5、連桿對工件的定位和通過齒輪帶動齒條和動力頭做往復(fù)直線運(yùn)動。另一路直接傳動到送料機(jī)構(gòu)，控制的送料機(jī)構(gòu)的進(jìn)退。即該系統(tǒng)由電動機(jī)驅(qū)動，通過變速傳動將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由1450r/min降到主軸的1r/min，與傳動軸相連的凸輪機(jī)構(gòu)控制送料，定位夾緊和進(jìn)刀等工藝動作。其中動力頭由凸輪機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動，則動力頭可帶動鉆頭平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量。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)使加工工件可靠固定。三個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式為：1.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)動力頭做垂直的往復(fù)直線運(yùn)動，下移到最低點(diǎn)后立刻上移。在下移之前有一段休止時間，此段時間則用于送料和定

6、位夾緊。其中動力頭的行程為15mm。2.送料機(jī)構(gòu)做水平的往復(fù)運(yùn)動，工作行程是40mm。初始時，送料機(jī)構(gòu)迅速地將被加工工件送到指定加工位置，稍作停頓后立即返回，且其在工件的加工過程中保持休止。3.定位夾緊機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)做近似垂直直線運(yùn)動，在工件的加工過程中對工件起固定的作用。其中夾緊裝置的垂直行程為30mm。功能分解圖：送料機(jī)構(gòu)功能變速齒輪機(jī)構(gòu)送料、定位夾緊、進(jìn)刀依靠凸輪機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作原動機(jī)輸出動力 定位夾緊機(jī)構(gòu)功能 進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能 3. 原動機(jī)的選擇3.1原動機(jī)的分類原動機(jī)的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A一次原動機(jī) 此類原動機(jī)是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為一次原動機(jī)。屬于此類原

7、動機(jī)的有柴油機(jī)、汽油機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)鈾C(jī)等。B二次原動機(jī) 此類原動機(jī)是將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，因此稱為二次原動機(jī)。屬于此類原動機(jī)的有電動機(jī)，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。3.2 選擇原動機(jī)時需考慮的因素1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況。2：考慮原動機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機(jī)對原動機(jī)提出的啟動、過載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。4：考慮工作環(huán)境的影響。5：考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。6：為了提高機(jī)械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，須考慮經(jīng)濟(jì)成本，包括初始成本和運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)成本。綜上所述，在半自動鉆床中應(yīng)選擇二次原動機(jī)中的電動機(jī)作為原動件。4. 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)選型與分

8、析比較根據(jù)前述設(shè)計要求：送料機(jī)構(gòu)應(yīng)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；定位夾緊機(jī)構(gòu)有休止、快進(jìn)及夾緊、休止和快退過程；進(jìn)刀機(jī)構(gòu)有休止、快進(jìn)、工進(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的完好配合，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)與各個機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。4.1減速傳動功能方案一A1：選用的裝置具有傳動效率高、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。故可采用行星輪系來實(shí)現(xiàn)減速傳動。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450r/min，而選用設(shè)計要

9、求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min。可以考慮先利用帶傳動進(jìn)行一級降速，同時有過載保護(hù)的作用。再利用行星輪系進(jìn)行大比例的降速。 方案A1方案二A2：采用定軸輪系減速傳動。由于傳動比=輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速=1450傳動比過大，且要求每級齒輪傳動傳動比i7.5，故用二級減速傳動。其中帶傳動起過載保護(hù)作用。方案A24.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)功能 方案一B1：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B1方案二B2：采用一個曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條

10、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。方案B24.3送料機(jī)構(gòu)功能方案一C1：采用一個直動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來完成送料機(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。其中彈簧起到復(fù)位作用。方案C1方案二C2：其較方案一結(jié)構(gòu)簡單，但由于缺少杠桿，其完成快進(jìn)、休止和快退的動作，且其升程是40mm，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。方案C2方案三C3：采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動又有休止的間歇運(yùn)動。但其運(yùn)動形式較為復(fù)雜，不便

11、于計算。方案C34.4定位夾緊機(jī)構(gòu)功能方案一D1：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。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。方案D1方案二D2：對比的定位和夾緊機(jī)構(gòu)和法案一不同，效率等也有所差別。方案D2方案D3：該定位夾緊機(jī)構(gòu)利用了杠桿的增力作用?？商峁┳銐虻牧砑泳o工件。機(jī)構(gòu)在工件水平方向定位夾緊，選取凸輪作為原動件實(shí)現(xiàn)間歇定位的要求。方案D35. 機(jī)械系統(tǒng)傳動方案的擬定和比較上述各機(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)傳動方案E1E2E3變速機(jī)構(gòu)A2A1A2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)B1B1B2送料機(jī)

12、構(gòu)C1C3C2定位夾緊機(jī)構(gòu)D1D1D2方案1的設(shè)計為E1=A2，B1，C1，D1半自動鉆床的變速機(jī)構(gòu)采用帶傳動和定軸輪系的二級減速器，相比采用行星輪系傳動，該方法的選用更加經(jīng)濟(jì)，成本相對較低。結(jié)構(gòu)較為簡單。機(jī)構(gòu)的送料機(jī)構(gòu)采用直動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)。盤形凸輪機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)動動力輸入給導(dǎo)桿利用杠桿轉(zhuǎn)化為桿件的往復(fù)運(yùn)動。同時設(shè)計凸輪尺寸來滿足滑塊的間歇運(yùn)動和快進(jìn)快退的變速運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的定位夾緊機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)合連桿來夾緊工件，并按要求設(shè)計凸輪的外形尺寸以滿足間歇運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)和圓弧齒輪與齒條嚙合，并采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運(yùn)動動力轉(zhuǎn)化為圓弧齒輪的往復(fù)擺動，將運(yùn)動通過齒輪傳遞給齒條。其中增加

13、至兩個齒輪的目的是為達(dá)到使傳動更加平穩(wěn)可靠的目的。方案2的設(shè)計為E2=A1，B1，C1，D1半自動鉆床的變速機(jī)構(gòu)采用帶傳動和行星輪系的減速器，以滿足設(shè)計要求傳動比=輸入轉(zhuǎn)速/輸出轉(zhuǎn)速=1450的大幅度減速，且皮帶傳動傳動比i2，每級齒輪傳動傳動比i7.5。相比于定軸輪系，其結(jié)構(gòu)更加緊湊。機(jī)構(gòu)的送料機(jī)構(gòu)采用凸輪與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)既有快慢變化的運(yùn)動又有休止的間歇運(yùn)動。機(jī)構(gòu)的定位夾緊機(jī)構(gòu)如同方案1。機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)如同方案1。方案3的設(shè)計為E3=A2，B2，C2，D2半自動鉆床的變速機(jī)構(gòu)如同方案1。機(jī)構(gòu)的送料機(jī)構(gòu)采用一個曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu)。雖然結(jié)構(gòu)較為簡單，但由于沒有杠桿，所以不能傳

14、動很大的范圍。如若保證傳動范圍，則凸輪尺寸形狀會過大。機(jī)構(gòu)的定位夾緊機(jī)構(gòu)采用一對凸輪機(jī)構(gòu)相向放置，凸輪推壓導(dǎo)桿，定位零件，且凸輪輪廓滿足間歇定位的要求。但此機(jī)構(gòu)對兩凸輪的運(yùn)動狀態(tài)同時性有較高的要求，不便于實(shí)現(xiàn)。機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用曲柄導(dǎo)桿結(jié)合齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn)動力頭的垂直往復(fù)運(yùn)動。但其并不能滿足動力頭的間歇運(yùn)動要求。綜上所述，實(shí)際采用的半自動鉆床的系統(tǒng)方案圖如下圖所示：半自動鉆床系統(tǒng)方案圖6. 主運(yùn)動機(jī)構(gòu)尺度綜合6.1減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算Z1=20，Z2=80，Z3=20，Z4=100；則齒輪傳動比i14=(Z2 Z4)/(Z1 Z3)=20蝸輪蝸桿傳動比i=72其中，帶傳動的兩皮帶輪半徑均

15、為100mm綜上所述，減速傳動機(jī)構(gòu)的傳動比i=14401450設(shè)計定軸輪系傳動機(jī)構(gòu)的相應(yīng)參數(shù)如下表：齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（°）齒數(shù)（個）直徑（mm）齒輪12202040齒輪222080160齒輪32202040齒輪42201002006.2進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算進(jìn)刀機(jī)構(gòu)如圖B1所示，快進(jìn)行程20mm，工進(jìn)行程15mm各桿尺寸如下：CD=50mm，BC=20mm，CE=50mm，EF=125mm圓弧齒條設(shè)計如下：計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計出圓形齒輪的半徑r=l/，由=18°，l=20mm，得到r=63.69mm兩相同齒輪設(shè)計：m=2，齒數(shù)z=25，壓力角=

16、20°齒條設(shè)計：m=2，z=40，壓力角=20°凸輪設(shè)計：基圓半徑rb=50mm，最大壓力角max=29°，最小曲率半徑min=20mm。其位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置見A1圖紙。6.3送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算送料機(jī)構(gòu)如圖C1所示，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm， 各桿尺寸如下：AB=100mm，BC=50mm，CD=50mm 送料機(jī)構(gòu)凸輪設(shè)計：基圓半徑rb=50mm,最大壓力角max=23°，最小曲率半徑min=32mm。其位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置見A1圖紙。6.4定位夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算定位機(jī)構(gòu)如圖D1所示，定位機(jī)構(gòu)行程為30mm各

17、桿尺寸如下：AB=50mm，BC=100mm，CD=50mm，DG=20mm，BF=20mm定位機(jī)構(gòu)凸輪設(shè)計：基圓半徑rb=50mm，最大壓力角max=28°，最小曲率半徑min=25mm。其位移曲線、凸輪廓線和從動件的初始位置見A1圖紙。7. 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖鉆頭的快進(jìn)、工進(jìn)和快退為進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的一個運(yùn)動循環(huán)。在此運(yùn)動循環(huán)過程中應(yīng)該保證定位夾緊機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求，繪制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動循環(huán)圖如下：機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖凸輪軸轉(zhuǎn)角10º20º30º45º60º75º90&#

18、186;270º300º360º送料快進(jìn)休止快退休止定位夾緊休止快進(jìn)及夾緊休止快退進(jìn)刀休止快進(jìn)工進(jìn)快退休止8. 設(shè)計總結(jié)通過本次為期一周半的機(jī)械原理課程設(shè)計，在感受到了設(shè)計過程的艱辛的同時也收獲了豐富的經(jīng)驗(yàn)。相比于在機(jī)械工程方面的感性直觀認(rèn)識的認(rèn)識實(shí)習(xí)和金工實(shí)習(xí)，本次課程設(shè)計則主要集中于理性的分析和設(shè)計思考。從開始的感覺無處下手，到在老師的悉心指導(dǎo)和組員們的幫助下，根據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求，并結(jié)合的理論知識和查閱大量資料的順利完成課程設(shè)計任務(wù)。機(jī)械原理是研究機(jī)械中機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動，以及機(jī)器的結(jié)構(gòu)、受力、質(zhì)量和運(yùn)動的學(xué)科。人們一般把機(jī)構(gòu)和機(jī)器合稱為機(jī)械。機(jī)構(gòu)是由兩個以上的構(gòu)件通過活動聯(lián)接以實(shí)現(xiàn)規(guī)定運(yùn)動的組合體。機(jī)器是由一個或一個以上的機(jī)構(gòu)組成，用來做有用的功或完成機(jī)械能與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)換。其作為機(jī)械類或近機(jī)械類中重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對于后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)有著重要的作