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1、機 械 原 理 課 程 設(shè) 計 目錄 設(shè)計任務(wù)書-----------------------------------------------------2 1. 設(shè)計工作原理--------------------------------------------------4 2. 功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖-----------------------6 3. 運動方案的選擇與比較---------------------------------------9 4. 機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖）-----------------10 5. 工作循環(huán)圖------

2、------------------------------------------------16 6. 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算------------------------------18 7. 凸輪設(shè)計分段圖．輪廓圖．設(shè)計結(jié)果---------------------21 8. 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程------------------------25 9. 程序清單（主程序和子程序）------------------------------26 10. 十一運行結(jié)果及運動線圖------------------------------------31 11.

3、 設(shè)計總結(jié)----------------------------------------------------------32 12 參考資料----------------------------------------------------------33 設(shè)計任務(wù)書 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(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。 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

4、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。 機構(gòu)運動循環(huán)要求表

5、 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 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 三、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

6、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)計計算其他機構(gòu)； 6.編寫設(shè)計計算說明書； 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 （1） 原動機的分類 原動機的種類按其輸入能量的不同可以分

7、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。 （2） 選擇原動機時需考慮的因素： 1：考慮現(xiàn)場能源的供應(yīng)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。

8、6：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。 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

9、要用傳動裝置來聯(lián)接。 （2）傳動機構(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

10、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．功能分解圖如下圖 圖3-1 二繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能 圖3-2 三.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

11、,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. 四.用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案 根據(jù)系統(tǒng)的運動轉(zhuǎn)換功能圖（圖3-2）可

12、構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣如表（表3-3）。由表3-3所示的形態(tài)學(xué)矩陣可以求出半自動鉆床系統(tǒng)運動方案數(shù)為： 333333＝729 根據(jù)功能原理，工藝分解過程及執(zhí)行機構(gòu)的選擇，確定了以下運動方案， 三．運動方案的選擇與比較 方案的分析與比較： (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 （3） 對比機構(gòu)： 對比機構(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

13、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） 對比機構(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)以后并沒有達到改善傳動的效果，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-

14、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）對比機構(gòu)： 所選用的對比四桿機構(gòu)如下圖(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

15、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。 圖4-7 （8）對比機構(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

16、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 00～1000 1000～1500 1500～2700 2700～3000 3000～3600 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

17、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，則由 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=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=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6-1 2.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

18、).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

19、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7-2 3.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)

20、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/n輸出 =700 傳動比很大，要用多級傳動。 （2）用行星輪系傳動 Z1=35 Z2=20 Z2’=20 Z3=35 傳動比iH3=700 根據(jù)行星輪傳動公式：i（H3）=1-i(31)H=1-Z2’Z1/Z3Z2 由i(1H)=1-Z2Z1/Z3Z2，考慮到齒輪大小與傳動的合

21、理性，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） 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 35 70 齒輪2 2 20 20 40 齒輪2’ 2 20 20 40 齒輪3 2 20 35 70 七. 凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖和設(shè)計結(jié)果 一.定位凸輪 圖8-1為定位凸輪分段圖和設(shè)計結(jié)果圖 圖8-1 圖8-2和

22、8-3為定位凸輪的輪廓圖（8-2內(nèi)包絡(luò)線圖，8-3外包絡(luò)線圖） 圖8-2 圖8-3 二.進刀凸輪 進刀凸輪類型設(shè)計結(jié)果如圖8-4，凸輪運動分段如圖8-5. 圖8-4， 圖8-5 進刀凸輪的輪廓線設(shè)計如圖8-6（內(nèi)包絡(luò)線）和圖8-7（外包絡(luò)線） 圖8-6 圖8-7 八．機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖 圖9-1 十.運行結(jié)果及曲線圖 1運行結(jié)果如圖11-1 圖11-1 設(shè)計總結(jié) 通過本次

23、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。讓我更早接觸機械設(shè)計有關(guān)的要領(lǐng)和技能，為以后的機械設(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。 參考資料 1.鳴歧 王保民 王振莆《機械原理課程設(shè)計手冊》 重慶大學(xué)出版社 2.孫桓 《機械原理教材》 高等教育出版社 3.《貴州大學(xué)機械原理課程設(shè)計任務(wù)書》 4.鄒家祥《現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法》 29