機械原理課程設計半自動鉆床設計說明書

1、機 械 原 理 課 程 設 計目錄設計任務書-21. 設計工作原理-42. 功能分解圖，執(zhí)行機構動作分解圖-63. 運動方案的選擇與比較-94. 機構運動總體方案圖（機構運動簡圖）-105. 工作循環(huán)圖-166. 執(zhí)行機構設計過程及尺寸計算-187. 凸輪設計分段圖輪廓圖設計結果-218. 機構運動分析計算機輔助設計流程-259. 程序清單（主程序和子程序）-2610. 十一運行結果及運動線圖-3111. 設計總結-3212 參考資料-33設計任務書一、設計題目及原始數(shù)據(jù)設計加工所示工件12mm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

2、可靠固定。 二、設計要求及方案提示 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，還需要設計送料機構、定位機構。各機構運動循環(huán)要求見下表。3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調各機構運動。機構運動循環(huán)要求表 10203045607590105270300360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三、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，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；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，

3、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；一、所設計的機構工作原理一.機構的工作原理:該系統(tǒng)由電機驅動，通過變速傳動將電機的1400r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的各機構控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機 通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,這樣動力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量，具體的選擇原理和工作原理如下：二.機的選擇原理（1） 原動機的分類原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：a

4、一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃汽機等。b二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產生的各種形態(tài)的能量轉變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。（2） 選擇原動機時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供應情況。2：考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉平穩(wěn)，調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：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉維

5、護成本。綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。三.傳動機構的選擇和工作原理（1）傳動機構的作用1：把原動機輸出的轉矩變換為執(zhí)行機構所需的轉矩或力。2：把原動機輸出的速度降低或提高，以適應執(zhí)行機構的需要。3：用原動機進行調速不經(jīng)濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構經(jīng)常調要求4：把原動機輸出的等速回轉運動轉變5：實現(xiàn)由一個或多個動力機驅動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構。6：由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執(zhí)行機構不宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接。（2）傳動機構選擇的原則1：對于小功率傳動，應在考慮滿足性能的需要下，選用結構簡單的傳動

6、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，降低運轉費用和維修費用。3：當執(zhí)行機構要求變速時，若能與動力機調速比相適應，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當執(zhí)行機構要求變速范圍大。用動力機調速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。 4：執(zhí)行機構上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應加過載保護裝置。5：主，從動軸要求同步時，應采用無滑動的傳動裝置。6：動裝置的選用必須與制造水平相適應，盡可能選用專業(yè)廠生產的標準傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。二功能分解圖，執(zhí)行機構動作一功能分解圖如下圖二繪制機

7、械系統(tǒng)運動轉換功能圖3-2三.執(zhí)行構件的選擇 1.減速傳動功能選用經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實現(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，我們可以用圓錐齒輪來實現(xiàn)換向，然后通過和齒輪的嚙合來傳遞，再在齒輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機構,用從動件滾子推桿的直線往復運動實現(xiàn)進料

8、。 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 圓弧齒輪,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.四.用形態(tài)學矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案根據(jù)系統(tǒng)的運動轉換功能圖（圖3-2）可構成形態(tài)學矩陣如表（表3-3）。由表3-3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： 333333729根據(jù)功能原理，工藝分解過程及執(zhí)行機構的選擇，確定了以下運動方案，三運動方案的選擇與比較方案的分析與比較： (1) 減速機構： 由于電動機的轉速是1400r/min，而設

9、計要求的主軸轉速為2r/min，利用行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。圖4-1 (2) 對比機構1：對比機構：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =175 傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2. 圖4-2(3) 對比機構2: 對比機構：蝸輪蝸桿傳動；傳動比=z蝸桿/z渦輪=700 傳動比大，渦輪的齒數(shù)大，齒輪大，成本高, 安放不便。如圖4-3 圖4-3(4) 進刀機構 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

10、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4-4（5） 對比機構： 在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當加了四桿機構以后并沒有達到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構，為了使機構結構緊湊，又能完成需要的傳動，所以選擇了一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構。圖4-5（6） 送料系統(tǒng)：采用一個六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間的距離有點大，故一般四桿機構很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。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)先選用了如下圖的六桿機構來實現(xiàn)。由于本設計送料時不要求在傳動過程中有間歇

11、，所以不需要使用凸輪機構。如圖4-5。圖4-6（7）對比機構1：所選用的對比四桿機構如下圖(圖4-7)，由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但選用下來此四桿的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構。 圖4-7（8） 對比機構2： 所選用的對比曲柄滑塊機構如下圖（圖4-8）,由于在空間上軸與軸之間的距離較大,但選用下來此曲柄滑塊機構的尺寸太小。故優(yōu)先選用六桿機構。 圖4-8（9）定位系統(tǒng)：定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要 有間歇，所以就要使用凸輪機構，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，那么凸輪機構的結構就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子

12、從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。圖4-9（10）對比機構1：采用彈力急回間歇機構來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉運動轉換成單側停歇的往復運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設計的機構結構緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位。圖4-10（11） 對比機構2： 采用此機構時將擺動轉化為單側停歇的往復運動，這樣也可以完成實際要求，但是為了使設計的機構結構緊湊，又能節(jié)省材料，所以還是選偏置直動滾子從動件盤型凸輪來完成定位。圖4-11四.機構運動總體方案圖（機構運動簡圖） 根據(jù)前面表3-3中實線連接的方案的運動簡圖確定本設計中半自動鉆床的總體方

13、案圖如圖5-1圖5-1五工作循環(huán)圖圖5-1所示的機械系統(tǒng)方案的執(zhí)行件需要進行運動協(xié)調設計其運動循環(huán)如圖6-1凸輪軸轉角00100010001500150027002700300030003600送料 快進 快退定位 休止 快進 休止 快退進刀 休止 快進 慢進 休止 快退圖6-1圖6-1六執(zhí)行機構設計過程及尺寸計算1送料機構機構采用如下分析送料連桿機構：采用如下機構來送料，根據(jù)要求，進料機構工作行程為35mm，可取abcd4桿機構的極位夾角為8度，則由得k=1.09，急回特性不是很明顯，但對送料機構來說并無影響。 各桿尺寸：（如圖6-1） ab=7.906 bc=55.34 cd=25 da=

14、50 ce=25 ef=29.03該尺寸可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為35，abcd的極位夾角為8度。圖6-12.凸輪擺桿機構的設計： (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。具體設計步驟如下： 1.根據(jù)進刀機構的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基圓半徑r0=20mm，中心

15、距a=120mm，凸輪轉角=0-75,推桿行程h=0mm;凸輪轉角=75-105，推桿行程h=5mm;凸輪轉角=105-300；推桿行程h=5mm;凸輪轉角=300-360，推桿行程h=-10mm;2.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r=20mm3.個桿尺寸：（如圖7-2） ab=17.321mm bc=38.197mmn圖7-23.凸輪推桿機構的設計：凸輪機構采用直動滾子盤行凸輪，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，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

16、計如下:設計基圓半徑r0=20mm,偏心距e=0凸輪轉角=0-20,定位機構休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉角=20-65,定位機構快進,推桿行程h=25mm;凸輪轉角=65-310,定位機構休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉角=310-360,定位機構快退,推桿行程h=-25mm; 4行星輪系的計算:（1）用定軸輪系傳動傳動比 =n輸入/n輸出 =175 傳動比很大，要用多級傳動。（2）用行星輪系傳動z1=35 z2=87 z2=50 z3=20 傳動比ih3=175根據(jù)行星輪傳動公式：i（h3）=1-i(31)h=1-z2z1/z3z2由i(1h)=1-z2z1/z3z2，考慮到齒輪大小與傳

17、動的合理性，經(jīng)過比較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： 皮帶輪參數(shù)名稱皮帶輪1皮帶輪2半徑（mm）100400齒輪參數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（）齒數(shù)（個）直徑（mm）齒輪11203535齒輪21208787齒輪21205050齒輪31202020七. 凸輪設計分段圖輪廓圖和設計結果一.定位凸輪圖8-2和8-3為定位凸輪的輪廓圖（8-2內包絡線圖，8-3外包絡線圖）圖8-2 圖8-3二.進刀凸輪進刀凸輪的輪廓線設計如圖8-6（內包絡線）和圖8-7（外包絡線） 圖8-6圖8-7八機構運動分析計算機輔助設計流程框圖圖9-1設計總結通過本次課程設計感受到了設計過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷過親身設計的我來說，剛開始根本感覺無處下手。在老師的悉心指導和們的熱心幫助下，根據(jù)任務書和指導書上的要求，結合自己平時的理論基礎和查閱大量資料才