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半自動(dòng)鉆床
課程設(shè)計(jì)說明書
題目：半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)方案
專 業(yè)： 班 級(jí)：
學(xué) 生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職稱： 設(shè)計(jì)日期：日
至 2008年 6 月23 日
目錄
1.設(shè)計(jì)題目 ………………………………………………………………………… 1
1. 1設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………… 1 1.2設(shè)計(jì)提示………………………………………………………………………1
2原動(dòng)機(jī)的選擇 …………………………………………………………………… 2
3傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 2
3. 1傳動(dòng)類型的選擇…………………………………………………………… 2 3. 1. 1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與比較…………………………………………………… 2 3.1.2齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配…………………………………… 3
4.運(yùn)動(dòng)分解與功能分析…………………………………………………………… 4 4. 1功能分解……………………………………………………………………… 5 4. 1. 1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)………………………………………………………………… 5 4. 1. 2送料機(jī)構(gòu)………………………………………………………………… 5 4. 1. 3定位機(jī)構(gòu)………………………………………………………………… 5 4.2機(jī)構(gòu)選用……………………………………………………………………… 5 4.2.1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………… 6 4.2.2送料機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………… 6 4.2.3定位機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………… 6 4.3機(jī)構(gòu)組合……………………………………………………………………… 6
5.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的編制及設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 7 5.1運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 7 5.11做出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖…………………………………………… 8
6.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………… 9
6.1凸輪設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………… 9 6.1.1圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 9
7.總結(jié)…………………………………………………………………………… 10
8.參考資料 …………………………………………………………………… 10
1． 設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)加工下圖所示工件ф12mm孔的半自動(dòng)鉆床。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)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。半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的參數(shù)參看表1.1
表1.1半自動(dòng)鉆床凸輪設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) (1 )半自動(dòng)鉆至少包括圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī) (2)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。
(3)圖紙上畫出半自動(dòng)鉆床的機(jī)構(gòu)運(yùn)方案簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
(4)設(shè)計(jì)計(jì)算其他機(jī)構(gòu)。
(5)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1. 2設(shè)計(jì)提示
(1)鉆頭由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)者只需考慮動(dòng)力頭的進(jìn)刀升降運(yùn)動(dòng)。
(2)除動(dòng)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(dòng)循
環(huán)要求見表1. 2. 1.
(3)可采用凸輪分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
2原動(dòng)機(jī)的選擇
機(jī)械系統(tǒng)通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)三個(gè)基本組成部分。工作機(jī)的執(zhí)行部分，原動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，傳動(dòng)系統(tǒng)則是把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)有機(jī)的聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換。
在設(shè)計(jì)題目里己經(jīng)明確的給出了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為960r/min。并參考選用條件，考慮現(xiàn)場能源供應(yīng)條件；工作機(jī)載荷特性及其工作制度;工作機(jī)對起動(dòng)、平穩(wěn)性、過載能力、調(diào)速和控制等方面的要求：原動(dòng)機(jī)是否工作可靠、操作與維修簡便，是否需要防塵、防爆、防腐等:原動(dòng)機(jī)的初始成本與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等因素，且電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。因此，原動(dòng)機(jī)尺寸和重量都較大，但是功率也大，功率范圍在O. 3～lOOOCKW..輸出剛度硬，可調(diào)性和性能好，具有反轉(zhuǎn)特性;在正常環(huán)境下使用，電動(dòng)機(jī)采用風(fēng)冷，溫升應(yīng)低于允許值；:噪聲小、成本低、運(yùn)行費(fèi)用最低、維護(hù)要求較少。
3傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證工作實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求和傳遞動(dòng)力。它以原動(dòng)機(jī)的輸出量為輸入量，其輸出量為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出量。選擇和設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，需要研究這些量的變化及其相互關(guān)系以及各種傳動(dòng)預(yù)元件的特性。
機(jī)器的工作性能、可靠性、重量和成本，即其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能，在很大程度上取決于傳動(dòng)裝置的好壞。
3. 1傳動(dòng)類型的選擇
根據(jù)機(jī)械的使用要求、工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動(dòng)比等條件選擇傳動(dòng)系統(tǒng)類型，并擬定從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間傳動(dòng)系統(tǒng)的方案和總體布置。
設(shè)計(jì)的該機(jī)械系統(tǒng)在運(yùn)行過程中沒有調(diào)速要求，故只需采用齒輪輪系結(jié)構(gòu)進(jìn)行降速到預(yù)期要求，即定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)(對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件在某以確定的速度下工作的機(jī)械，其傳動(dòng)系統(tǒng)只需固定傳動(dòng)比即可)。
3. 1. 1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇與比較
該設(shè)計(jì)用機(jī)械傳動(dòng)且為定傳動(dòng)比傳動(dòng)。定傳動(dòng)比常用的機(jī)構(gòu)由螺旋機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)、圓錐齒輪機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)等。
通過對它們的特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行比叫，我們可以選擇最為適合該設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)：行星齒輪機(jī)構(gòu)、圓錐齒輪機(jī)購、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)。
行星齒輪機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，制造和安裝精度要求高， 具有普通齒輪齒傳動(dòng)所具有的特點(diǎn)。常作為大速比的減速裝置、增速裝置、變速裝置，還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成。
圓錐齒輪機(jī)構(gòu) 用于傳遞兩相交軸的運(yùn)動(dòng)。直齒圓錐齒輪的圓周速度較低，用于減速、轉(zhuǎn)換軸線方向以及反向的場合，如汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等。
3. 2傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比及其分配
根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速口=960r/min和工作節(jié)拍l件/ min，即可確定傳動(dòng)裝 置的總傳動(dòng)比
i =960/ 1=960
并將總傳動(dòng)比i按各級(jí)傳動(dòng)進(jìn)行配
i= i 1i2 i3…in
式中: i 1、i2、i3…in馬為各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比。
傳動(dòng)比的合理分配直接影響到傳動(dòng)裝置的外形尺寸、重量、潤滑條件、拆裝性能和整個(gè)機(jī)器的工作能力，是運(yùn)動(dòng)計(jì)算的重要組成部分。按傳動(dòng)比分配的主要要求，當(dāng)確定總傳動(dòng)比i后，為了使減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動(dòng)態(tài)性能，提高傳動(dòng)精度，需要對各級(jí)傳動(dòng)進(jìn)行合理分配。按齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)比分配原則:①最輕重量原則(先大后小)②最小輸出軸轉(zhuǎn)角誤差原則(先小后大)③最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則(先小后大〉。并結(jié)合實(shí)際情況的可行性和經(jīng)濟(jì)性分配出最合理的各級(jí)傳動(dòng)比。
3. 2. 1齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配
i17=i12*iH3*i67=(z2/z1)*(iH3)*(z7/z6)= 960 由于i5H為行星齒輪，根據(jù)附圖2行星齒輪機(jī)構(gòu)可得 iH5=1/i5H=1/1-(-1*-1) (z5*z4/z3*z4' )=-100 選取i 12=-2.4， i67=4 i89=-1
i19==i17*i89=960 各齒輪的轉(zhuǎn)速 nl=960r/min nH=n2=400r/m n5=n6=4r/min n7=n8=lr/min 圓錐齒輪設(shè)計(jì):
這里圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)的是運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變和運(yùn)動(dòng)速度的傳遞，錐齒的輸入軸直接與主軸相連，傳動(dòng)比在數(shù)值上己經(jīng)達(dá)到傳動(dòng)要求，因此只需用一對相同的直齒標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)比為1 ，以滿足傳動(dòng)要求。
依據(jù)上述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以得到有齒輪5的轉(zhuǎn)速為nl/i總=960/960=1 (r/min).
假設(shè)圓錐齒輪6的模數(shù)2
錐齒輪8 z8=40 錐角:450
錐齒輪9 z9=40錐角:450
分度圓直徑: d8=80 d9=80 齒根高: has=2 ha9=2
齒頂高; hf8=2.5hf9=2.5 齒根圓直徑: da8=84 da9=84
齒頂圓直徑: df8=75 df9=75
直齒輪設(shè)計(jì):其數(shù)據(jù)如表1.2所示 表1.2直齒輪參數(shù)表
4運(yùn)動(dòng)分解與功能分析
任何復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)總是可以分解成一些最基本的運(yùn)動(dòng)。常見的基本形式有:直 線移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)、間歇、步進(jìn)等。由此我們可以將設(shè)計(jì)任務(wù)所的動(dòng)作要求分解成若干基本運(yùn)動(dòng)并提出該機(jī)械總功能下的各項(xiàng)基本功能要求。
4. 1功能分解
半自動(dòng)鉆床的工作原理是自動(dòng)送來斗定位鉆孔，以實(shí)現(xiàn)加工的目的。首先通過對設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，起運(yùn)動(dòng)功能按工藝動(dòng)作可分解為三個(gè)機(jī)構(gòu)：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、送料機(jī)http://clearvueentertainment.com/news/55861D5300D415EC.html構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。
4. 1. 1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)
動(dòng)力頭作上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該裝置由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)進(jìn)刀，從而對工件進(jìn)行鉆孔加工。鉆孔時(shí)，動(dòng)力頭應(yīng)該盡可能勻速下降。因此，采用凸輪傳動(dòng)可以滿足這一要求。
4.1.2送料機(jī)構(gòu)
推桿連接定位塊作橫向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推桿的橫向運(yùn)動(dòng)由凸輪軸的上的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)來完成，因?yàn)樵谒土蠒r(shí)，推桿不但需要進(jìn)行送料，而且要送到準(zhǔn)確的位置以便于后面進(jìn)行定位，因此該裝置必須由停歇功能，采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，則可以容易實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)形式p在將工件推至被加工位置并定位后，動(dòng)力頭由齒輪齒條機(jī)構(gòu)帶動(dòng)對其進(jìn)鉆削。
4. 1. 3定位機(jī)構(gòu)
推桿連接定位塊作橫向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)6點(diǎn)定位的原理，由于加工工件的形狀，從而對其采用V形塊的定位，同時(shí)為了保持凸輪軸上的運(yùn)動(dòng)一致性，對定位機(jī)構(gòu)同樣采取圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，這樣可以使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更加容易實(shí)現(xiàn)。
表1.3為半自動(dòng)鉆床的功能分析。
表1.3
4. 2. 1進(jìn)刀機(jī)構(gòu)
\~
根據(jù)設(shè)計(jì)目錄圖2. 7可得Al={a32，a33，a31，a14，a44， a51}，采用a61圓柱
凸輪機(jī)構(gòu)，使其機(jī)構(gòu)與圓錐機(jī)構(gòu)相連接，可以得到所需的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且結(jié)構(gòu)緊 湊。 4.2.2送料機(jī)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)目錄圖2. 7可得A2={a61，a62，a63，a42，a43}，由于a62凸輪蝸桿機(jī) 構(gòu)結(jié)構(gòu)，制造較復(fù)雜，而a42往復(fù)螺旋圓柱凸輪機(jī)構(gòu)， a43曲柄搖桿機(jī)構(gòu)不具停 歇功能，因此采用a61圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。 4.2.3定位機(jī)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)目錄圖2. 7可得A3={a61，a62，a63，a42，a43}，為使凸輪軸上的運(yùn)動(dòng) 一致性，采用a61圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 4.3機(jī)構(gòu)組合
由于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)必須準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)配合，因而采用集中驅(qū)動(dòng)方式，原動(dòng) 機(jī)確定為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)1m.過減速傳動(dòng)裝置(齒輪減速傳動(dòng)) ，帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 再由主軸帶動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為使結(jié)構(gòu)緊湊，擬采用串、并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)。如圖1.2
根據(jù)各組數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)半自動(dòng)鉆床。并畫出其簡圖。如圖1. 30
表1.3
5運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的編制及設(shè)計(jì)
在編制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖前，必須了解各執(zhí)行構(gòu)件之間在運(yùn)動(dòng)時(shí)是否存在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系要求。如果各執(zhí)行構(gòu)件之間存在動(dòng)作上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系遭到破壞，機(jī)械不僅不能完成預(yù)期的工作任務(wù)，甚至?xí)䲟p壞機(jī)械設(shè)備。因此，就有了運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，它的提出是為了保證機(jī)械在工作時(shí)其各執(zhí)行構(gòu)件之間的動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。機(jī)構(gòu)的循環(huán)要求如表1.5
表1.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)要求
名稱送料 定位 進(jìn)刀
105°
～ 300°90° 360° 270。
休止 休止 慢進(jìn)
休止
10° 20 30。 45°60° 75°
快進(jìn) 休止
快進(jìn) 休止
休止 休止
快退 快退 快進(jìn)
5.1動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)
半自動(dòng)鉆床的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是有蝸輪蝸桿帶動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)組成的鉆頭進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，它往復(fù)一次完成一個(gè)工作循環(huán)，制造出一個(gè)零件。其他送料、定位機(jī)構(gòu)為輔助機(jī)構(gòu)。半自動(dòng)鉆床的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有時(shí)間和空間上的順序關(guān)系。其工作循環(huán)圖設(shè)計(jì)步驟如下:： 5. 1. 1作出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
根據(jù)工藝要求及設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)循環(huán)要求分別畫出各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。該半自動(dòng)鉆床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、定位、鉆孔等動(dòng)作要求，進(jìn)到機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭的升降，該動(dòng)作在送料定位之后，送料機(jī)構(gòu)將被加工工件推入工作位置，由定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位、夾緊固定可靠。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間存在時(shí)間的先后順序，空間上則無嚴(yán)格要求。由此，我們可以作出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)過程。如圖1.4
最后，把各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作行程進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，作出運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。如圖1.5。
6機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
按設(shè)計(jì)任務(wù):根據(jù)選定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)計(jì)算，以及凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求，確定凸輪平均圓柱半徑rm，校核最大壓力角。
6. 1凸輪設(shè)計(jì)計(jì)算
圓柱凸輪機(jī)構(gòu)通過曲線凹槽將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、剛性好、能傳遞大扭矩的特性，在各種動(dòng)力機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向。
本設(shè)計(jì)中三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用凸輪機(jī)構(gòu)，在定:{主機(jī)構(gòu)中是左右對稱的兩個(gè)凸 輪機(jī)構(gòu)，所以只要算其中一個(gè)就可以了。又因?yàn)槎疾傻膱A柱凸輪，故只計(jì)算其中的一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)。
6. 1. 1圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
直動(dòng)從動(dòng)圓柱凸輪展開成平面后為移動(dòng)凸輪，故用平面凸輪的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)計(jì)算。
7總結(jié)
通過這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多。
我了解到了整個(gè)課程的設(shè)計(jì)并不象我想象中的那么容易。它需要我們每個(gè)設(shè)計(jì)者的用心去做，并且相互之間的交流與合作是必不可少的。這樣我們才能真正 理解老師們的用心良苦，而且最大的受益者是我們自己。我們可以從中學(xué)到一些 平時(shí)接觸不到的知識(shí)，從而建立我們對學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)方面的知識(shí)的一種興趣，深刻理解它在我們生活當(dāng)中的重要作用。這為我以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及更遠(yuǎn)以后走向 工作崗位打節(jié)了厚實(shí)的基礎(chǔ)。
8、參考資料
【1】.《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 襲建新
【2】《機(jī)械原理)) (第七版) 鄭文緯吳克堅(jiān)
主編 主編 高等教育出版社 高等教育出版社
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