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半自動鉆床
課程設計說明書
題目：半自動鉆床設計方案
專 業(yè)： 班 級：
學 生： 學號： 指導教師： 職稱： 設計日期：日
至 2008年 6 月23 日
目錄
1.設計題目 ………………………………………………………………………… 1
1. 1設計任務…………………………………………………………………… 1 1.2設計提示………………………………………………………………………1
2原動機的選擇 …………………………………………………………………… 2
3傳動方案設計 …………………………………………………………………… 2
3. 1傳動類型的選擇…………………………………………………………… 2 3. 1. 1傳動機構的選擇與比較…………………………………………………… 2 3.1.2齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配…………………………………… 3
4.運動分解與功能分析…………………………………………………………… 4 4. 1功能分解……………………………………………………………………… 5 4. 1. 1進刀機構………………………………………………………………… 5 4. 1. 2送料機構………………………………………………………………… 5 4. 1. 3定位機構………………………………………………………………… 5 4.2機構選用……………………………………………………………………… 5 4.2.1進刀機構…………………………………………………………………… 6 4.2.2送料機構…………………………………………………………………… 6 4.2.3定位機構…………………………………………………………………… 6 4.3機構組合……………………………………………………………………… 6
5.運動循環(huán)圖的編制及設計 ……………………………………………………… 7 5.1運動協(xié)調(diào)設計………………………………………………………………… 7 5.11做出各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖…………………………………………… 8
6.機構設計計算 ………………………………………………………………… 9
6.1凸輪設計計算……………………………………………………………… 9 6.1.1圓柱凸輪機構設計計算………………………………………………… 9
7.總結(jié)…………………………………………………………………………… 10
8.參考資料 …………………………………………………………………… 10
1． 設計題目
設計加工下圖所示工件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。半自動鉆床設計數(shù)據(jù)的參數(shù)參看表1.1
表1.1半自動鉆床凸輪設計數(shù)據(jù) (1 )半自動鉆至少包括圓柱凸輪機構、齒輪機構在內(nèi)的三種機 (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方案簡圖和運動循環(huán)圖。
(4)設計計算其他機構。
(5)編寫設計計算說明書 1. 2設計提示
(1)鉆頭由動力驅(qū)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)要求見表1. 2. 1.
(3)可采用凸輪分配協(xié)調(diào)各機構運動。
2原動機的選擇
機械系統(tǒng)通常由原動機、傳動系統(tǒng)和工作機三個基本組成部分。工作機的執(zhí)行部分，原動機是機械系統(tǒng)的驅(qū)動部分，傳動系統(tǒng)則是把原動機和工作機有機的聯(lián)系起來，實現(xiàn)能量傳遞和運動形式轉(zhuǎn)換。
在設計題目里己經(jīng)明確的給出了電動機的轉(zhuǎn)速為960r/min。并參考選用條件，考慮現(xiàn)場能源供應條件；工作機載荷特性及其工作制度;工作機對起動、平穩(wěn)性、過載能力、調(diào)速和控制等方面的要求：原動機是否工作可靠、操作與維修簡便，是否需要防塵、防爆、防腐等:原動機的初始成本與運行維護費用等因素，且電動機應用最為廣泛。因此，原動機尺寸和重量都較大，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，電動機采用風冷，溫升應低于允許值；:噪聲小、成本低、運行費用最低、維護要求較少。
3傳動方案設計
傳動系統(tǒng)的基本任務是保證工作實現(xiàn)預期的運動要求和傳遞動力。它以原動機的輸出量為輸入量，其輸出量為執(zhí)行機構的輸出量。選擇和設計傳動系統(tǒng)時，需要研究這些量的變化及其相互關系以及各種傳動預元件的特性。
機器的工作性能、可靠性、重量和成本，即其技術與經(jīng)濟性能，在很大程度上取決于傳動裝置的好壞。
3. 1傳動類型的選擇
根據(jù)機械的使用要求、工藝性能、結(jié)構要求、空間位置和總傳動比等條件選擇傳動系統(tǒng)類型，并擬定從原動機到工作機之間傳動系統(tǒng)的方案和總體布置。
設計的該機械系統(tǒng)在運行過程中沒有調(diào)速要求，故只需采用齒輪輪系結(jié)構進行降速到預期要求，即定傳動比的傳動系統(tǒng)(對于執(zhí)行機構機構或執(zhí)行構件在某以確定的速度下工作的機械，其傳動系統(tǒng)只需固定傳動比即可)。
3. 1. 1傳動機構的選擇與比較
該設計用機械傳動且為定傳動比傳動。定傳動比常用的機構由螺旋機構、摩擦輪機構、圓柱齒輪機構、齒輪齒條機構、渦輪蝸桿機構、圓錐齒輪機構、行星齒輪機構等。
通過對它們的特點及應用進行比叫，我們可以選擇最為適合該設計的傳動比機構：行星齒輪機構、圓錐齒輪機購、渦輪蝸桿機構。
行星齒輪機構 傳動比大，結(jié)構緊湊，工作可靠，制造和安裝精度要求高， 具有普通齒輪齒傳動所具有的特點。常作為大速比的減速裝置、增速裝置、變速裝置，還可以實現(xiàn)運動的合成。
圓錐齒輪機構 用于傳遞兩相交軸的運動。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、機床等。
3. 2傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配
根據(jù)給定的電動機轉(zhuǎn)速口=960r/min和工作節(jié)拍l件/ min，即可確定傳動裝 置的總傳動比
i =960/ 1=960
并將總傳動比i按各級傳動進行配
i= i 1i2 i3…in
式中: i 1、i2、i3…in馬為各級傳動的傳動比。
傳動比的合理分配直接影響到傳動裝置的外形尺寸、重量、潤滑條件、拆裝性能和整個機器的工作能力，是運動計算的重要組成部分。按傳動比分配的主要要求，當確定總傳動比i后，為了使減速系統(tǒng)結(jié)構緊湊，滿足動態(tài)性能，提高傳動精度，需要對各級傳動進行合理分配。按齒輪傳動系統(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)動慣量原則(先小后大〉。并結(jié)合實際情況的可行性和經(jīng)濟性分配出最合理的各級傳動比。
3. 2. 1齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配
i17=i12*iH3*i67=(z2/z1)*(iH3)*(z7/z6)= 960 由于i5H為行星齒輪，根據(jù)附圖2行星齒輪機構可得 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 圓錐齒輪設計:
這里圓錐齒輪實現(xiàn)的是運動方向的轉(zhuǎn)變和運動速度的傳遞，錐齒的輸入軸直接與主軸相連，傳動比在數(shù)值上己經(jīng)達到傳動要求，因此只需用一對相同的直齒標準錐齒輪傳動比為1 ，以滿足傳動要求。
依據(jù)上述設計數(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
直齒輪設計:其數(shù)據(jù)如表1.2所示 表1.2直齒輪參數(shù)表
4運動分解與功能分析
任何復雜的運動總是可以分解成一些最基本的運動。常見的基本形式有:直 線移動、轉(zhuǎn)動、擺動、連續(xù)運動、間歇、步進等。由此我們可以將設計任務所的動作要求分解成若干基本運動并提出該機械總功能下的各項基本功能要求。
4. 1功能分解
半自動鉆床的工作原理是自動送來斗定位鉆孔，以實現(xiàn)加工的目的。首先通過對設計要求進行分析，起運動功能按工藝動作可分解為三個機構：進刀機構、送料機http://www.msguai.com/news/55861D5300D415EC.html構、定位機構。
4. 1. 1進刀機構
動力頭作上下直線往復運動。該裝置由動力頭驅(qū)動負責進刀，從而對工件進行鉆孔加工。鉆孔時，動力頭應該盡可能勻速下降。因此，采用凸輪傳動可以滿足這一要求。
4.1.2送料機構
推桿連接定位塊作橫向直線往復運動。推桿的橫向運動由凸輪軸的上的圓柱凸輪機構來完成，因為在送料時，推桿不但需要進行送料，而且要送到準確的位置以便于后面進行定位，因此該裝置必須由停歇功能，采用圓柱凸輪機構，則可以容易實現(xiàn)任意的運動形式p在將工件推至被加工位置并定位后，動力頭由齒輪齒條機構帶動對其進鉆削。
4. 1. 3定位機構
推桿連接定位塊作橫向直線往復運動。根據(jù)6點定位的原理，由于加工工件的形狀，從而對其采用V形塊的定位，同時為了保持凸輪軸上的運動一致性，對定位機構同樣采取圓柱凸輪機構，這樣可以使機構運動更加容易實現(xiàn)。
表1.3為半自動鉆床的功能分析。
表1.3
4. 2. 1進刀機構
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根據(jù)設計目錄圖2. 7可得Al={a32，a33，a31，a14，a44， a51}，采用a61圓柱
凸輪機構，使其機構與圓錐機構相連接，可以得到所需的運動狀態(tài)，而且結(jié)構緊 湊。 4.2.2送料機構
根據(jù)設計目錄圖2. 7可得A2={a61，a62，a63，a42，a43}，由于a62凸輪蝸桿機 構結(jié)構，制造較復雜，而a42往復螺旋圓柱凸輪機構， a43曲柄搖桿機構不具停 歇功能，因此采用a61圓柱凸輪機構。 4.2.3定位機構
根據(jù)設計目錄圖2. 7可得A3={a61，a62，a63，a42，a43}，為使凸輪軸上的運動 一致性，采用a61圓柱凸輪機構 4.3機構組合
由于各執(zhí)行機構的運動必須準確地協(xié)調(diào)配合，因而采用集中驅(qū)動方式，原動 機確定為電動機。電動機1m.過減速傳動裝置(齒輪減速傳動) ，帶動主軸轉(zhuǎn)動， 再由主軸帶動各執(zhí)行機構。為使結(jié)構緊湊，擬采用串、并聯(lián)混合結(jié)構。如圖1.2
根據(jù)各組數(shù)據(jù)，設計半自動鉆床。并畫出其簡圖。如圖1. 30
表1.3
5運動循環(huán)圖的編制及設計
在編制運動循環(huán)圖前，必須了解各執(zhí)行構件之間在運動時是否存在運動協(xié)調(diào)配合關系要求。如果各執(zhí)行構件之間存在動作上的協(xié)調(diào)配合關系遭到破壞，機械不僅不能完成預期的工作任務，甚至會損壞機械設備。因此，就有了運動循環(huán)圖，它的提出是為了保證機械在工作時其各執(zhí)行構件之間的動作的協(xié)調(diào)配合關系。機構的循環(huán)要求如表1.5
表1.5機構運動循環(huán)要求
名稱送料 定位 進刀
105°
～ 300°90° 360° 270。
休止 休止 慢進
休止
10° 20 30。 45°60° 75°
快進 休止
快進 休止
休止 休止
快退 快退 快進
5.1動協(xié)調(diào)設計
半自動鉆床的主運動機構是有蝸輪蝸桿帶動滑塊機構組成的鉆頭進刀機構，它往復一次完成一個工作循環(huán)，制造出一個零件。其他送料、定位機構為輔助機構。半自動鉆床的運動機構具有時間和空間上的順序關系。其工作循環(huán)圖設計步驟如下:： 5. 1. 1作出各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖
根據(jù)工藝要求及設計的機構循環(huán)要求分別畫出各個執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖。該半自動鉆床實現(xiàn)自動送料、定位、鉆孔等動作要求，進到機構實現(xiàn)動力頭的升降，該動作在送料定位之后，送料機構將被加工工件推入工作位置，由定位機構實現(xiàn)準確定位、夾緊固定可靠。各執(zhí)行機構間存在時間的先后順序，空間上則無嚴格要求。由此，我們可以作出各執(zhí)行機構的工作循環(huán)過程。如圖1.4
最后，把各執(zhí)行機構的工作行程進行相互協(xié)調(diào)，作出運動循環(huán)圖。如圖1.5。
6機構設計計算
按設計任務:根據(jù)選定的從動件運動規(guī)律設計計算，以及凸輪機構的工作要求，確定凸輪平均圓柱半徑rm，校核最大壓力角。
6. 1凸輪設計計算
圓柱凸輪機構通過曲線凹槽將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹膹碗s運動，具有結(jié)構緊湊、體積小、剛性好、能傳遞大扭矩的特性，在各種動力機械中得到了廣泛的應用，已成為間歇運動機構的發(fā)展方向。
本設計中三個執(zhí)行機構均采用凸輪機構，在定:{主機構中是左右對稱的兩個凸 輪機構，所以只要算其中一個就可以了。又因為都采的圓柱凸輪，故只計算其中的一個凸輪機構。
6. 1. 1圓柱凸輪機構設計計算
直動從動圓柱凸輪展開成平面后為移動凸輪，故用平面凸輪的設計方法來設計計算。
7總結(jié)
通過這次課程設計我學到了很多。
我了解到了整個課程的設計并不象我想象中的那么容易。它需要我們每個設計者的用心去做，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。我們可以從中學到一些 平時接觸不到的知識，從而建立我們對學習有關專業(yè)方面的知識的一種興趣，深刻理解它在我們生活當中的重要作用。這為我以后的畢業(yè)設計以及更遠以后走向 工作崗位打節(jié)了厚實的基礎。
8、參考資料
【1】.《機械原理課程設計指導書》 襲建新
【2】《機械原理)) (第七版) 鄭文緯吳克堅
主編 主編 高等教育出版社 高等教育出版社
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