自動鉆頭送進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計實驗報告

..自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計——虛擬樣機(jī)實驗作業(yè)航空航天大學(xué)目錄自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計1——虛擬樣機(jī)實驗作業(yè)11.自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)31.1工作原理31.2設(shè)計要求32.關(guān)于自動鉆床及其前景33.機(jī)構(gòu)選型設(shè)計及方案33.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和滑塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的組合33.2平行四邊形機(jī)構(gòu)與偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合34.ADAMS軟件仿真驗證34.1方案一的虛擬仿真實驗34.1.1.虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果34.1.2實驗結(jié)果分析34.2方案一的虛擬仿真實驗34.2.1.虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果34.2.2仿真結(jié)果分析35.兩種方案優(yōu)劣比照36.試驗總結(jié)與思考31.自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)1.1工作原理鉆床是一種常用的孔加工設(shè)備。試設(shè)計一鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)〔如圖1所示〕，其輸入運(yùn)動為構(gòu)件1的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動，輸出運(yùn)動為鉆頭的往復(fù)直線運(yùn)動。圖SEQ圖\*ARABIC1自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)1.2設(shè)計要求鉆頭的行程為320mm。鉆頭在對工件進(jìn)展鉆孔過程中，要求以近似勻速送進(jìn)。為提高工作效率，要求機(jī)構(gòu)具有行程速比系數(shù)K=2。另外，還要求機(jī)構(gòu)傳動性能良好。2.關(guān)于自動鉆床及其前景自動鉆床是一種自動化鉆孔平臺，是指利用比目標(biāo)物更堅硬、更銳利的工具通過旋轉(zhuǎn)切削或旋轉(zhuǎn)擠壓的方式，在目標(biāo)物上留下圓柱形孔或洞的機(jī)械和設(shè)備統(tǒng)稱。也有稱為打孔機(jī)、鉆孔機(jī)、打眼機(jī)、通孔機(jī)等。通過對精細(xì)部件進(jìn)展鉆孔，來到達(dá)預(yù)期的效果。自動鉆床有自動鉆床和手動鉆床，隨著人力資源本錢的增加；大多數(shù)企業(yè)均考慮自動鉆床作為開展方向。自動鉆床在我國有廣泛的運(yùn)用，例如，我國是全世界鐘表生產(chǎn)和輸出的最大國家，占全球制表行業(yè)90%以上，全自動高速表帶鉆床徹底解決表帶行業(yè)目前投入人力最多，產(chǎn)出最少的手工鉆孔工藝現(xiàn)狀的困難，全面取代現(xiàn)有的手工鉆孔工藝，也間接解決了企業(yè)招收熟練鉆孔工人困難的嚴(yán)重問題。同時為企業(yè)節(jié)約了大量的人力本錢開支。3.機(jī)構(gòu)選型設(shè)計及方案為實現(xiàn)自動鉆床送進(jìn)機(jī)構(gòu)的功能，并滿足設(shè)計要求，用圖解法和解析法進(jìn)展分析，得出以下兩種較為優(yōu)化的設(shè)計方案。3.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和滑塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的組合曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動滑塊轉(zhuǎn)動，滑塊帶動導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動。QUOTEK=2由θ=180*(K-1)/(K+1)得θ=60°如圖2所示，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，主動曲柄AD的極位夾角為60°，逆時針轉(zhuǎn)動，具有急回特性。因為滑塊和搖桿形成轉(zhuǎn)動副，使得整個機(jī)構(gòu)〔EF〕具有急回特性，各桿長參數(shù)如下：AC=127.5977mm，CD=230.3721mm,AB=183.7185mm,EF=183.7185mm,GF的桿長隨意，只要不太短即可。圖SEQ圖\*ARABIC2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和滑塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的組合3.2平行四邊形機(jī)構(gòu)與偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合平行四邊形機(jī)構(gòu)中主動件勻速轉(zhuǎn)動時，從動件也勻速轉(zhuǎn)動，從而帶動滑塊〔代表鉆頭〕移動。鉆頭的兩個極限位置記為QUOTE、QUOTE，QUOTE=320mm,做直角三角形QUOTEF，F(xiàn)=QUOTE，以QUOTEF為直徑作圓。取圓的最高點(diǎn)為以固定鉸鏈點(diǎn)A,在QUOTE直線中垂線上距離200mm處的點(diǎn)為另一固定鉸鏈點(diǎn)D。各桿長參數(shù)如下，AQUOTE=95.635mm，AQUOTE=356.914mm,從動件AB=130.6395mm,BC=226.2745mm,AD=213.814mm,主動件DE=AB=130.6395mm。主動件DE順時針轉(zhuǎn)動。圖SEQ圖\*ARABIC3平行四邊形機(jī)構(gòu)與偏心曲柄滑塊的組合機(jī)構(gòu)的組合4.ADAMS軟件仿真驗證4.1方案一的虛擬仿真實驗4.1.1.虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和滑塊導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的組合，如圖4。圖SEQ圖\*ARABIC4方案二虛擬樣機(jī)模型圖5到圖8是機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中的一些重要參數(shù)的測量，通過這些參數(shù)可以看出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和傳力特性。圖5是導(dǎo)桿最低點(diǎn)〔即為實際鉆頭的頂點(diǎn)〕一個周期的位移曲線。圖SEQ圖\*ARABIC5導(dǎo)桿位移曲線圖6是導(dǎo)桿最低點(diǎn)一個周期的速度曲線。圖SEQ圖\*ARABIC6導(dǎo)桿速度曲線圖7是導(dǎo)桿最低點(diǎn)一個周期的加速度曲線。圖SEQ圖\*ARABIC7導(dǎo)桿加速度曲線圖8是搖桿與滑塊一個周期的壓力角〔連桿和滑塊速度的夾角〕變化曲線。圖SEQ圖\*ARABIC8壓力角變化曲線4.1.2實驗結(jié)果分析①從位移曲線可看出，在誤差允許的圍，滑塊的行程滿足設(shè)計要求，總長320mm，能到達(dá)兩個極限位置，而且可以看出，下降所用時間和上升所用時間之比為2，即急回系數(shù)為K=2；②由速度曲線可知，滑塊下降過程中，速度較為平穩(wěn)，變化不大，且下降時速度小。上升時速度馬上增大，有較好的急回特性。③由加速度曲線可知，下降過程中加速度幾乎為零，根本實現(xiàn)勻速運(yùn)動。上升過程中，加速度較大，以實現(xiàn)急回特性。④由傳動壓力角曲線可知，下降過程中壓力角較大，最大可達(dá)90°〔如圖9〕，咋一看，該機(jī)構(gòu)傳力特性不好。但注意到該機(jī)構(gòu)中滑塊是用來傳遞豎直方向的分力，并不希望其速度方向的分力過大，故其實該機(jī)構(gòu)傳力特性很好！圖SEQ圖\*ARABIC9最大壓力角4.2方案一的虛擬仿真實驗4.2.1.虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果平行四邊行機(jī)構(gòu)和偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合。圖SEQ圖\*ARABIC10方案一虛擬樣機(jī)模型圖11到14是該機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中的一些重要參數(shù)的測量，通過這些參數(shù)可以看出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和傳力特性。圖11是滑塊一個周期的位移曲線。圖SEQ圖\*ARABIC11滑塊位移曲線圖12是滑塊一個周期的速度曲線。圖SEQ圖\*ARABIC12滑塊速度曲線圖13是滑塊一個周期的加速度曲線。圖SEQ圖\*ARABIC13滑塊加速度曲線圖14是傳動時的壓力角〔連桿和滑塊速度方向的夾角〕變化曲線。圖SEQ圖\*ARABIC14滑塊壓力角變化曲線4.2.2仿真結(jié)果分析①從位移曲線可看出，在誤差允許的圍，滑塊的行程滿足設(shè)計要求，總長320mm，能到達(dá)兩個極限位置，而且可以看出，下降所用時間和上升所用時間之比為2，即急回系數(shù)為K=2；②由速度曲線可知，滑塊下降過程中，速度較為平穩(wěn)，變化不大。且下降時速度小，上升時速度大，有較好的急回特性。③由加速度曲線可知，下降過程中幾乎為零，根本實現(xiàn)勻速運(yùn)動。上升過程中，加速度迅速增大，以實現(xiàn)急回特性。④由傳動壓力角曲線可知，相比起來，下降過程中壓力角小，上升過程中壓力角大，傳力特性較好。當(dāng)滑塊位移較小時〔即接近需鉆物體時〕，壓力角不超過20°〔如圖15〕。圖SEQ圖\*ARABIC15瞬時壓力角5.兩種方案優(yōu)劣比照本例的兩種構(gòu)型，性能上存在著差異，各有優(yōu)劣。下面將這兩種方案各自特點(diǎn)進(jìn)展比照分析。由鉆頭〔即方案一中的滑塊和方案二中導(dǎo)桿〕位移曲線可知，兩種方案都可以到達(dá)相應(yīng)行程，這一點(diǎn)兩種構(gòu)型無差異。從鉆頭位移和速度曲線可知，兩種方案的急回系數(shù)K均為2，即具有良好急回特性。從鉆頭速度和加速度曲線可知，方案一下降過程中的速度更加平穩(wěn)，加速度幾乎保持為零。故從速度看，方案一更優(yōu)。從壓力角曲線可知，方案一要求壓力角較大，而方案一的壓力角幾乎就為90°〔下降過程中，偏離不超過25°；當(dāng)Y方向位移小于100mm時，偏離不超過10°〕。方案二中壓力角較小，雖然下降過程中最大壓力角為75°，但當(dāng)滑塊Y方向位移小于100mm時，壓力角小于20°。故兩方案傳力特性均較好，方案一稍微優(yōu)于方案二。從空間布局的方面分析，方案二相對來說較為節(jié)省空間。6.試驗總結(jié)與思考這次試驗是對自動鉆床送機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)展設(shè)計并仿真。這次試驗的收獲無疑是巨大的。對自動鉆床的設(shè)計和仿真是一個漫長的過程。首先，得對ADAMS這款軟件進(jìn)展學(xué)習(xí)，在掌握根本技能后，又開場設(shè)計。為了滿足要求，需要精心的進(jìn)展設(shè)計。當(dāng)自認(rèn)為設(shè)計好之后，便開場進(jìn)展仿真。在仿真過程中，由于都軟件操作還不熟練，又會遇到各種問題，通過查閱各種資料把問題解決后，仿真終于成功