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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目：半自動鉆床 設(shè)計者 ：彭松 指導(dǎo)教師： 彭子梅 2012-12-20 目錄 1. 課程設(shè)計任務(wù)書-------------------------------------------------------1 2. 設(shè)計要求--------------------------------------------------------------3 3. 功能分解-----------------------------------------------------------

2、-4 4. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇與比較----------------------------------------------5 5. 機(jī)械系統(tǒng)運動方案的選擇---------------------------------------17 6. 工作循環(huán)圖---------------------------------------------------------18 7. 尺寸計算-------------------------------------------------------------16 8. 運動簡圖 ---------------------------

3、------------------------------24 9. 總結(jié)--------------------------------------------------------------------26 第 2 頁 機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)書題號03 半自動鉆床 一、工作原理及工藝動作過程 要求設(shè)計加工所示工件ф12mm孔的半自動鉆床。輸送待鉆孔的圓盤工件至指定位置，待夾緊鉆孔后將工件推走。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降，送料機(jī)構(gòu)將被加

4、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。 被加工工件外形如下圖所示: 二、設(shè)計方案提示 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設(shè)計者只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運動。 三、設(shè)計任務(wù) 1、根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖。 2、按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖。 3、構(gòu)思系統(tǒng)運動方案(至少2個以上)，進(jìn)行方案評價，選出較優(yōu)方案。

5、4、對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動尺寸設(shè)計。 5、對送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析。 6、繪制系統(tǒng)機(jī)械運動方案簡圖（3號圖）。 7、完成設(shè)計說明書的編寫。 半自動鉆床凸輪設(shè)計數(shù)據(jù)表 數(shù)據(jù)代號 進(jìn)料機(jī)構(gòu) 工作行程 mm 定位機(jī)構(gòu) 工作行程 mm 鉆頭快速趨近行程1 mm 鉆頭快速切削行程2 mm 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/mm 工作節(jié)拍（生產(chǎn)率） 件/min 齒輪模數(shù) 1 40 30 15 25 1450 1 2 2 40 25 10 30 1400 2 2.5 3 40 20 13 20 960 1 3 4 40

6、 20 15 20 1400 1 3 5 40 30 10 25 1100 2 4 6 40 25 15 30 960 1 2 一 設(shè)計要求 半自動鉆床機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)送料、定位、和孔的一體化功能。由零件尺寸知道設(shè)計要求的機(jī)床的進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程等于40mm，動力鉆頭工作行程等于20mm，電動機(jī)轉(zhuǎn)速960r/min，每分鐘1件構(gòu)件加工好。 半自動鉆床機(jī)由送料機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)以及電動機(jī)組成。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，最終由進(jìn)刀構(gòu)負(fù)責(zé)動力頭的升降來進(jìn)行鉆孔工作。 選擇

7、送料機(jī)構(gòu)時要考慮到被加工的構(gòu)件的形狀，送料機(jī)構(gòu)要以直線、間隙、定量地將要加工的構(gòu)件送入加工臺，可用來回往復(fù)移動構(gòu)件走直線軌跡段推構(gòu)件向前進(jìn)，用定位機(jī)構(gòu)來定住構(gòu)件的要被加工的位置，加緊之后再鉆，打好孔之后再退刀，退出時可以用送料機(jī)構(gòu)送的構(gòu)件推出加工臺，以此來實現(xiàn)循環(huán)加工。 1.半自動鉆床至少包括凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)在內(nèi)的三種機(jī)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(jī)構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。按各凸輪機(jī)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

8、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)計計算其他機(jī)構(gòu)； 要求設(shè)計該半自動鉆床的送料、定位、及進(jìn)刀的整體傳動系統(tǒng)。其中： 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，只需考慮動力頭的進(jìn)刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機(jī)構(gòu)外，還需要設(shè)計送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)。各機(jī)構(gòu)運動循環(huán)要求見下表。 3.采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)運動。 機(jī)構(gòu)運動循環(huán)要求

9、 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 送料 快進(jìn) 休止 快退 休止 定位 休止 快進(jìn) 休止 快退 休止 進(jìn)刀 休止 快進(jìn) 慢進(jìn) 快退 休止 二 功能分解 功能分解圖：進(jìn)料機(jī)構(gòu)功能 進(jìn)料、加緊定位、進(jìn)退刀要協(xié)調(diào)工作（依靠凸輪機(jī)構(gòu)） 變速齒輪機(jī)構(gòu) 原動機(jī)輸出能量 → 夾緊定位機(jī)構(gòu)功能 →

10、 → → 進(jìn)刀退刀機(jī)構(gòu)功能 → 半自動鉆床的工作原理是利用轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形狀。工藝動作過程由送料、定位、鉆孔三部分組成。各個機(jī)構(gòu)的運動由同一電機(jī)驅(qū)動，運動由電動機(jī)經(jīng)過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動系統(tǒng)傳送動力到定位機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)，分別帶動凸輪做轉(zhuǎn)動控制四桿機(jī)構(gòu)對工件的定位和帶動凸輪四桿機(jī)構(gòu)控制推桿做往復(fù)直線運動。另一路直接傳動到鉆頭的進(jìn)退刀機(jī)構(gòu)，控制鉆頭的進(jìn)退，既該系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動，通過變速傳動將電機(jī)的960

11、r/min降到主軸的1r/min，與傳動軸相連的各機(jī)構(gòu)控制送料、定位、和進(jìn)刀等工藝動作，最后由凸輪機(jī)構(gòu)推動四桿機(jī)構(gòu)，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。 基本運動為：推桿的往復(fù)直線運動，定位機(jī)構(gòu)的間歇運動和鉆頭的往復(fù)運動。 此外，還要滿足傳動性能要求： 1 送料、定位、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)在凸輪軸不同轉(zhuǎn)角時候快慢行程不同。 2 各個機(jī)構(gòu)之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)的性能要求。 機(jī)械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能： 三 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 根據(jù)前述設(shè)計要求，送料機(jī)構(gòu)應(yīng)該做往復(fù)運動，并且必須保

12、證工作行程中有快進(jìn)、休止和快退過程。定位機(jī)構(gòu)也有休止、快進(jìn)、快退過程。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)有快進(jìn)和慢進(jìn)、快退和休止過程。此外三個機(jī)構(gòu)之間還要滿足隨著凸輪軸轉(zhuǎn)角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達(dá)到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同角度時候配合完好，以及送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運動和進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的往復(fù)循環(huán)及各個機(jī)構(gòu)的間歇運動。 1.減速傳動功能 選用經(jīng)濟(jì)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。 方案一：A1由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是960r/min，而選用設(shè)計要求的主軸轉(zhuǎn)速為1r/min?？梢钥紤]利用

13、行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后采用蝸輪變向?？紤]到蝸輪傳動效率較低可以采用錐齒輪變向。 對比方案二：定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =960傳動比很大，要用多級傳動。 2.定位功能 由于我們設(shè)計的機(jī)構(gòu)要有間歇往復(fù)的運動，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)的回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能，并且定位機(jī)構(gòu)的工作行程要求是20mm。 方案一：該定位系統(tǒng)利用了桿機(jī)構(gòu)的增力作用，可以提供足夠的力來加緊零件，選取凸輪作為原動件實現(xiàn)間歇定位的要求。 對比方案二：該定位系統(tǒng)利用四

14、桿機(jī)構(gòu)中死點的積極作用，選取凸輪結(jié)合夾緊機(jī)構(gòu)共同作用達(dá)到定位機(jī)構(gòu)和間歇定位的要求。 對比方案三：該定位系統(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(jī)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(jī)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，它就可以滿足實際要求了。 對比方案四：采用一對凸輪機(jī)構(gòu)相向放置，凸輪推壓導(dǎo)桿，定位零件，凸輪滿足了間歇定位的要求 對比方案五：選用凸輪作為原動件，利用杠桿的轉(zhuǎn)動，帶動導(dǎo)桿運動，將零件夾緊 3.進(jìn)料功能 進(jìn)料也要要求有一定的間歇運動，

15、并且其工作行程不小于40mm，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將動力傳遞給進(jìn)料機(jī)構(gòu)?？梢栽邶X輪上安裝一個直動滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu),用從動件滾子推桿的直線往復(fù)運動實現(xiàn)進(jìn)料但機(jī)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)不好。 方案一：采用一個四桿機(jī)構(gòu)通過齒輪弧帶動齒條，齒條推動零件實現(xiàn)進(jìn)料功能。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(jī)構(gòu)。 對比方案二：采用一個六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)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(jī)構(gòu)很難實現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運動。再加上用四桿機(jī)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(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來

16、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(jī)構(gòu)。 對比方案三：采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)很緊湊，機(jī)構(gòu)簡單。AB=20mm 、BC=30mm，D端推動待加工零件。A處連接傳動軸 對比方案四：采用凸輪來完成進(jìn)料，靠彈簧復(fù)位，要求凸輪比較大，不利于遠(yuǎn)距離的運動傳遞。凸輪太大，其基半徑為10mm，導(dǎo)程為40mm。A處連接傳動軸。 對比方案五：凸輪作為原動件，通過杠桿和鉸接在滑塊上的橫桿來推動待加工零件，彈簧起到復(fù)位作用 4.進(jìn)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(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量

17、,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(jìn)刀 方案一：采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機(jī)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。 對比方案二：在擺桿上加一個平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)，這樣也可以來實現(xiàn)傳動，但是當(dāng)加了四桿機(jī)構(gòu)以后并沒有達(dá)到改善傳動的效果，只是多增加了四桿機(jī)構(gòu)，為了使機(jī)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

18、行凸輪機(jī)構(gòu)。 對比方案三：采用不完全齒輪其中只要2r3.14A角的度數(shù)除以360≥18mm即可。A處連接動力軸 對比方案四：利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)周期性的進(jìn)刀退刀，有急退急進(jìn)功能，但是動力傳動布置不方便。A處連接動力軸 對比方案五：采用四桿機(jī)構(gòu)，通過不完全齒輪帶動中間過度齒輪帶動齒條上下運動，實現(xiàn)動力頭的進(jìn)給，完成進(jìn)刀退刀，A處連接動力軸 對比方案六：利用凸輪機(jī)構(gòu)推動杠桿實現(xiàn)進(jìn)刀退刀功能，因為杠桿比較細(xì)長，不可避免的振動較大。 四 機(jī)械系統(tǒng)運動方案的選擇 若鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設(shè)計要求傳動比=n輸入/n輸出 =960/1=960 ,非常大，此

19、時若再結(jié)合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速，但是效率不高，所以采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟(jì)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，占據(jù)空間也較小，再用錐齒輪變向。 機(jī)構(gòu)的送料裝置采用由齒輪、齒條與四桿機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，此組合機(jī)構(gòu)既可以滿足設(shè)計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機(jī)構(gòu)又具有尺寸小和運動可靠的特點。四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，不完全齒輪固結(jié)在搖桿上，搖桿做往復(fù)運動，帶動齒條來回運動。 機(jī)構(gòu)的定位機(jī)構(gòu)由凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)合四桿機(jī)構(gòu)的增力作用來工作，并按要求設(shè)計凸輪的外形尺寸以滿足定位機(jī)構(gòu)同樣滿

20、足間歇運動和休止。 機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)由輪機(jī)構(gòu)和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復(fù)擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 五 工作循環(huán)圖 六 尺寸計算 1送料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)采用如下分析 送料機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為8.57，則由 得K=1.1，急回特性不是很明顯，但對送料機(jī)構(gòu)來說并無影響。 各桿尺寸：（如下圖） AB=11 BC=65 CD=25.36 DA=60 DE=40.57 該尺寸

21、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8.57。 在AutoCAD上畫圖檢驗計算 2凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計（進(jìn)刀退刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計） 由進(jìn)刀規(guī)律，我們設(shè)計了凸輪擺桿機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計凸輪基

22、圓半徑r0=40mm，中心距BI=80mm，擺桿長度AB=65mm 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-60,休止; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=60-270，刀具快進(jìn)。 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270-300，刀具快退； 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300-360，休止。 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 3.得到EF=63.69mm， 4該機(jī)構(gòu)中的凸輪用繪圖軟件設(shè)計得 過程截圖 速度曲線 3夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計 凸輪機(jī)構(gòu)采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)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

23、求，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡單緊湊。具體設(shè)計如下:AB=BC=ED=40mm,BD=8mm。 設(shè)計基圓半徑r=40mm,偏心距e=0 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90-10,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=10-30,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=5mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30-50,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=50-90,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-5mm; 其凸輪為 其過程為 推桿的加速度： 推桿的速度： 4減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計 Z1=30 Z2=15 Z2’=20 Z3= 40 傳動比iH3=960 根據(jù)行星輪傳動公

24、式： i（H3）=Z2Z3【Z2（Z2’+ Z3）－Z2’（Z2+Z1）】，考慮到齒輪大小與傳動的合理性，經(jīng)過比較設(shè)計皮帶傳動機(jī)構(gòu)與齒輪系傳動機(jī)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） 100 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2. 20 30 60 齒輪2 2 20 15 30 齒輪2’ 2 20 20 40 齒輪3 2 20 40 800 七 機(jī)構(gòu)運動簡圖 八 總

25、結(jié) 通過本次課程設(shè)計感受到了設(shè)計過程中的艱辛。特別是對于從來沒有經(jīng)歷過親身設(shè)計的我來說，剛開始根本感覺無處下手。在老師的悉心指導(dǎo)和們的熱心幫助下，根據(jù)任務(wù)書和指導(dǎo)書上的要求，結(jié)合自己平時的理論基礎(chǔ)和查閱大量資料才順利完成了這次機(jī)械原理課程設(shè)計在此我要衷心感謝我的老師和我的同學(xué)。 通過這次課程設(shè)計，使我加深入的理解了一些簡單機(jī)構(gòu)組件的作用！以后的實際工作奠定了很好的基礎(chǔ)！最重要的是通過本次課程設(shè)計讓我體驗了如何將理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機(jī)械設(shè)計有關(guān)的要領(lǐng)和技能，為以后的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計打好了基礎(chǔ)。更值得一提的是為我們以后走出學(xué)校走向崗位奠定良好的基石。 第 26 頁