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1、 機械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 : 半 自 動 鉆 床 工程機械(卓越工程師)班 設(shè) 計 者 ：徐安旭 學(xué) 號：201225070319 指 導(dǎo) 教 師 ： 陳世斌 2014年07月03日 目錄 一、設(shè)計要求---------------------------------------------------------2 二、設(shè)計工作原理----------

2、-----------------------------------------4 三、功能分解圖，執(zhí)行構(gòu)件動作------------------------------6 四、運動方案的選擇----------------------------------------------8 五、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算---------------------------11 六、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）---------------16 七、工作循環(huán)圖------------------------------------------------------16 八、

3、設(shè)計總結(jié)---------------------------------------------------------17 參考文獻---------------------------------------------------------18 一、 設(shè)計要求 1.1設(shè)計題目 設(shè)計加工所示工件Φ12mm孔的半自動鉆床。進刀機構(gòu)負(fù)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。 方案號 進料機構(gòu) 工作行程 /mm 定位機構(gòu) 工作行程 /mm 動力頭 工作行程 /mm 電動機轉(zhuǎn)速

4、 /(r/min) 工作節(jié)拍 （生產(chǎn)率） /（件/min） B 30 20 10 960 1 半自動鉆床凸輪軸設(shè)計數(shù)據(jù) 1.2設(shè)計任務(wù) 1.半自動鉆床至少包括凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)； 2.設(shè)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(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機構(gòu)的工作要求，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(shè)計計算其他

5、機構(gòu)； 6.編寫設(shè)計計算說明書； 1.3設(shè)計提示 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。 機構(gòu)運動循環(huán)要求表

6、 10o 20o 30o 45o 60o 75o 90o 105o～270o 300o 360o 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 二、設(shè)計工作原理 2.1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960r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構(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

7、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，簡圖如下： （注：上圖來自網(wǎng)絡(luò)） 2.2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)動或若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，或為了安全和操作方便，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。 （2）傳動

8、機構(gòu)選擇的原則 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，若能與動力機調(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，則應(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

9、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。 三、功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作 3.1功能分解圖如下圖 3.2執(zhí)行構(gòu)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(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

10、料也要要求有一定的間歇運動，我們可以用復(fù)位彈簧來實現(xiàn)，然后通過桿件連續(xù)作用于加工原件上的力來實現(xiàn)建工元件的連續(xù)傳遞，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. 四、運動方案的選擇 1. 減速機構(gòu)： 定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =750傳動比很大，要用多級傳動。如圖： 2. 進刀機構(gòu) 采用一個擺動滾子從動件盤

11、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.。 3．送料系統(tǒng)： 采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)送料的快進、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置，然后由彈簧的回復(fù)力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復(fù)循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。

12、 4. 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，則凸輪就會失真，若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。 五、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 1．送料凸輪機構(gòu)機構(gòu)采用如下分析 凸輪機構(gòu)采用直動滾子端面柱體凸輪，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)進料功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就

13、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=20mm, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-30°,送料機構(gòu)快進,推桿行程h=40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30°-45°,送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=45°-90°, 送料機構(gòu)快退,推桿行程h=-40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90°-360°, 送料機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 2.進刀機構(gòu)的設(shè)計 《1》.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；

14、 (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=0-55°,β=0°; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=55°-270°，刀具快進，β=18° 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270°-300°,β=0° 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300°-3

15、60° 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=15mm， 3.得到r=47.78mm， 《2》進刀連桿機構(gòu)： 根據(jù)要求，進刀機構(gòu)工作行程為10 mm，可取BCDE四桿機構(gòu)的極位夾角為10度，則由 得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸： AB=75 BC=30.2 CD=88 DE=11.5 BE=100 EF=47.78 以上尺寸滿足要求。 3.定位凸輪推桿機構(gòu)的設(shè)計： 凸輪機構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪

16、，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r=40mm,偏心距e=30 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0°-15°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=25°-30°,定位機構(gòu)快進,推桿行程h=30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30°-50°,定位機構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=50°-90°,定位機構(gòu)快退,推桿行程h=-30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90°-360 ,定位機構(gòu)休止，推桿行程h=0mm; 設(shè)計偏心距e=30的原

17、因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30故如此設(shè)計。 4．行星輪系的計算: 用行星輪系傳動 傳動比 =n輸入/n輸出 =725傳動比很大，要用多級傳動。然后由主軸輸出，在經(jīng)過帶輪傳遞到凸輪軸。 選用如圖所示的行星輪傳動，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機構(gòu)與齒輪系傳動機構(gòu)的相應(yīng)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） 50 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（°） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2 20

18、 145 145 齒輪2 2 20 181 181 齒輪2· 2 20 25 25 齒輪3 2 20 20 20 六、機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖） 七、工作循環(huán)圖 八、設(shè)計總結(jié) 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實

19、的基礎(chǔ)。 說實話，課程設(shè)計真的有點累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這兩周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致。課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂，但想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到世界上因為某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待的良好習(xí)慣。 短短兩周的課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。這說明課程設(shè)計確實使我有收獲了。 最后，我要感謝我的老師們，是您嚴(yán)厲批評喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院溃? 參考文獻： [1]《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》 裘建新 北京:高等教育出版社,2005 [2]《機械原理》第七版 孫恒 陳作模 葛文杰 北京:高等教育出版社,2009 18