機械原理課程設(shè)計-半自動鉆床

《機械原理課程設(shè)計》設(shè)計說明書的編寫要求一、設(shè)計說明書的內(nèi)容設(shè)計說明書的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求而定，一般來講包括以下幾個方面：〔1〕目錄〔標(biāo)題和頁次〕；〔2〕設(shè)計題目〔設(shè)計條件和要求〕；〔3〕全部原始數(shù)據(jù)；〔4〕機械運動設(shè)計方案的擬定，〔設(shè)計思路的說明，所選用機構(gòu)的工作原理及運動特性〕機構(gòu)的組合方式，進行方案分析與評價；〔5〕機械運動循環(huán)圖；〔6〕機械運動簡圖；〔7〕采用的設(shè)計方法及其原理的簡要說明；〔8〕設(shè)計計算過程、公式和結(jié)果。假設(shè)有計算機程序，那么應(yīng)畫出程序框圖，寫出各子程序名稱和功能；〔9〕用表格列出計算結(jié)果，并繪制出主要的運動曲線圖；〔10〕對計算結(jié)果的分析討論，作出概括性的結(jié)論；〔11〕列出主要的參考資料。二、考前須知〔1〕設(shè)計說明書用鋼筆、中性筆書寫，采用統(tǒng)一的課程設(shè)計用紙；〔2〕對自成單元的內(nèi)容應(yīng)有大小標(biāo)題，做到層次清楚醒目突出；全部圖表應(yīng)統(tǒng)一編號?！?〕編寫說明書時應(yīng)做到條理清楚、表達簡明、重點突出、計算正確、文句通順、書寫整潔；〔4〕所用的公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注冊來源〔參考資料的編號和頁次〕；〔5〕全部計算中所用的符號和腳注必須前后一致、不能混淆；〔6〕繪制機械運動簡圖時應(yīng)采用規(guī)定的符號，按比例作圖；〔7〕對計算結(jié)果應(yīng)有簡明的結(jié)論。如果實際所取的數(shù)值與計算結(jié)果有較大差異，應(yīng)作必要的解釋，說明原因；〔8〕說明書編寫完畢后應(yīng)加上封面，裝訂成冊，并裝入課程設(shè)計專用袋目錄設(shè)計任務(wù)書-----------------------------------------------------2設(shè)計工作原理--------------------------------------------------4功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖-----------------------6運動方案的選擇與比擬---------------------------------------9機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(gòu)運動簡圖〕-----------------10工作循環(huán)圖------------------------------------------------------16執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算------------------------------18凸輪設(shè)計分段圖．輪廓圖．設(shè)計結(jié)果---------------------21機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程------------------------25程序清單〔主程序和子程序〕------------------------------26十一運行結(jié)果及運動線圖------------------------------------31設(shè)計總結(jié)----------------------------------------------------------3212參考資料----------------------------------------------------------33一、設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)設(shè)計加工所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負責(zé)動力頭的升降，送料機構(gòu)將被加工工件推入加工位置，并由定位機構(gòu)使被加工工件可靠固定。二、設(shè)計要求及方案提示要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統(tǒng)。其中：1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)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(gòu)外，還需要設(shè)計送料機構(gòu)、定位機構(gòu)。各機構(gòu)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(diào)各機構(gòu)運動。一、所設(shè)計的機構(gòu)工作原理一.機構(gòu)的工作原理:該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的各機構(gòu)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(zhì)量，具體的選擇原理和工作原理如下：二.機的選擇原理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一次原動機此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)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(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)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。選擇原動機時需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場能源的供給情況。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(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：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟本錢：包括初始本錢和運轉(zhuǎn)維護本錢。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(gòu)的選擇和工作原理〔1〕傳動機構(gòu)的作用1：把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2：把原動機輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的需要。3：用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常調(diào)要求4：把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變5：實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或假設(shè)干個速度相同或不同的執(zhí)行機構(gòu)。6：由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了平安和操作方便，執(zhí)行機構(gòu)不宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來聯(lián)接?！?〕傳動機構(gòu)選擇的原那么1：對于小功率傳動，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動裝置，盡可能降低初始費用。2：對大功率傳動，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。3：當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速時，假設(shè)能與動力機調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，那么應(yīng)采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。4：執(zhí)行機構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應(yīng)加過載保護裝置。5：主，從動軸要求同步時，應(yīng)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(yīng)，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)動作一．功能分解圖如下列圖圖3-2二.執(zhí)行構(gòu)件的選擇1.減速傳動功能選用經(jīng)濟本錢相對較低，而且具有傳動效率高,結(jié)構(gòu)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(shè)計的傳動。2.定位功能由于我們設(shè)計的機構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動，有當(dāng)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(dāng)凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構(gòu)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(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運動實現(xiàn)進料。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(zhuǎn)動,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀.三．運動方案的選擇與比擬方案的分析與比擬：(1)減速機構(gòu)：由于電動機的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。圖4-1比照機構(gòu)：比照機構(gòu)：定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=700傳動比很大，要用多級傳動。如圖4-2.圖4-2(3)進刀機構(gòu)采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪齒條機構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構(gòu)來傳遞齒輪機構(gòu)，當(dāng)進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構(gòu)傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性。圖4-3〔4〕比照機構(gòu)：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機構(gòu)以后并沒有到達改善傳動的效果，只是多增加了四桿機構(gòu)，為了使機構(gòu)結(jié)構(gòu)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(gòu)。圖4-4〔5〕送料系統(tǒng)：采用一個六桿機構(gòu)來代替曲柄滑塊機構(gòu)，由于設(shè)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(gòu)很難實現(xiàn)這種遠距離的運動。再加上用四桿機構(gòu)在本設(shè)計中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計的機構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下列圖的六桿機構(gòu)來實現(xiàn)。由于本設(shè)計送料時不要求在傳動過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機構(gòu)。如圖4-5。圖4-5〔6〕比照機構(gòu)：所選用的比照四桿機構(gòu)如下列圖(圖4-6)，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(gòu)。圖4-6〔7〕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(gòu)，但如果是平底推桿從動件，那么凸輪就會失真，假設(shè)增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。圖4-7〔8〕比照機構(gòu)：采用彈力急回間歇機構(gòu)來代替偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成單側(cè)停歇的往復(fù)運動。這樣也可以完成實際要求，但是為了使設(shè)計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)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4-8四.機構(gòu)運動總體方案圖〔機構(gòu)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(shè)計中半自動鉆床的總體方案圖如圖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(diào)設(shè)計其運動循環(huán)如圖6-1凸輪軸轉(zhuǎn)角00～10001000～15001500～27002700～30003000～3600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6-1六．執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算1．送料機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析送料連桿機構(gòu)：采用如下機構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進料機構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機構(gòu)的極位夾角為12度，那么由得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對送料機構(gòu)來說并無影響。各桿尺寸：〔如圖6-1〕AB=8.53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計要求，即滑塊的左右運動為40，ABCD的極位夾角為12度。圖6-12.凸輪擺桿機構(gòu)的設(shè)計：(1).由進刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機構(gòu)，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(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)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(gòu)，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(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設(shè)計步驟如下：1.根據(jù)進刀機構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角β為18°,凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60°,β=0°;凸輪轉(zhuǎn)角λ=60°-270°，刀具快進，β=5°，凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°；凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°，β=0°2.設(shè)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/β,由β=18°,l=20mm，3.得到r=63.69mm，如圖7-2圖7-23.凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計：凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構(gòu)，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(dāng)?shù)卦O(shè)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(yīng)快速，機構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下:設(shè)計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-100°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=100°-285°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=285°-300°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-360°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;設(shè)計偏心距e=25的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計。4．行星輪系的計算:〔1〕用定軸輪系傳動傳動比=n輸入