立式半自动钻床-机械原理课程设计

西南交通大学本科教学改革《机械原理》课程设计说明书年级:2011级学号:20116559姓名:周延专业:城轨车辆指导老师:温亚莲2013年12月西南交通大学本科教学改革-机械原理《机械原理》课程设计任务书班级城轨车辆二班学生姓名周延学号20116559发题日期：2013年10月31日完成日期：12月20日题目半自动钻床工作机构设计1、本设计的目的、意义加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性；培养学生分析机械的初步能力；培养学生用实验方法构思、验证、确定机械运动反感的初步能力。2、学生应完成的任务1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。2.设计传动系统并确定其传动比分配。3.图纸上画出半自动钻床的机构简图和运动循环图。4.凸轮机构的设计计算。按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图。5.确定电动机的功率与转速；6.用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。7.编写设计计算说明书，说明书应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。8.在实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。西南交通大学本科教学改革-机械原理摘要钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。在零件加工的全过程里，钻床根据程序设定，能够自动做一部分加工工作，另外的部分，程序设定不了，还需要人工干预，如，由人搬动、翻转零件，或者定位等等。不能全自动加工，需要人工干预完成加工工作的钻床，被称为半自动钻床。本文阐述了半自动钻床工作机构的设计过程，其中包括了原理的分析，机构的对比与选用，机构的组合以及分析计算。关键词：半自动；钻床；机构设计西南交通大学本科教学改革-机械原理目录第一章功能分解..........................................................................................................1第二章机构选用..........................................................................................................12.1变速机构.........................................................................................................22.2送料机构.........................................................................................................33.3定位机构........................................................................................................43.4进刀机构.........................................................................................................5第三章机构组合..........................................................................................................6第四章传动设计方案设计..........................................................................................8第五章运动协调性设计..............................................................................................9第六章机构设计..........................................................................................................96.1凸轮摆杆进刀机构........................................................................................96.2凸轮推杆滑块机构.......................................................................................10第七章方案评价........................................................................................................117.1运动链的选择..............................................................................................117.2传动比的分配..............................................................................................127.3动力源的选择...............................................................................................12参考文献......................................................................................................................13西南交通大学本科教学改革-机械原理1第一章功能分解半自动钻床的工作原理是利用转头的旋转和进刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形状。工艺动作过程由送料定位钻孔三部分组成。各个机构的运动由同一电机驱动，运动由电动机经过减速装置后分为两路，一路随着传动传动皮带传送动力到定位机构和送料机构，分别带动凸轮做转动控制四杆机构对工件的定位和带动凸轮四杆机构控制推杆做往复直线运动。另一路直接传动到钻头的进退刀机构，控制钻头的进退。基本运动为：推杆的往复直线运动，定位机构的间歇运动和钻头的往复运动。此外，还要满足传动性能要求：送料、定位、进刀机构在凸轮轴不同转角时候快慢行程不同；各个机构之间的配合相互有序，满足凸轮轴转角对应的性能要求。第二章机构选用根据前述设计要求，送料机构应该做往复运动，并且必须保证工作行程中有快进、休止和快退过程。定位机构也有休止、快进、快退过程。进刀机构有快进和慢进、快退和休止过程。此外三个机构之间还要满足随着凸轮轴转角不同完成动作的过程不同且相互配合。这些运动要求不一定完全能够达到，但必须保证三者之间相互满足凸轮不同角度时候配合完好，以及送料机构的往复运动和进刀机构的往复循环及各个机构的间歇运动。西南交通大学本科教学改革-机械原理22.1变速机构方案一（A1）：由于电动机的转速是1400r/min，而选用设计要求的主轴转速为2r/min。可以考虑利用行星轮进行大比例的降速，然后采用蜗轮变向。图2-1.1变速机构A1方案图方案二（A2）：利用定轴轮系传动；传动比=n输入/n输出=1400/2=700,因为传动比很大，所以要用多级传动。图2-1.2变速机构A2方案图西南交通大学本科教学改革-机械原理32.2送料机构方案一（B1）：直接采用凸轮滑块机构，并且在轮同轴的齿轮组合中加入不完全齿轮以满足间歇休止运动要求。图2-2.1送料机构B1方案图方案二(B2)：采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。图2-2.2送料机构B2方案图方案三（B3）：采用一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一般四杆机构很难实现这种远距离的运动。西南交通大学本科教学改革-机械原理4再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计的机构能否稳定的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现。图2-2.3送料机构B3方案图3.3定位机构方案一（C1）：利用四杆机构中死点的积极作用，选取凸轮结合夹紧机构共同作用达到定位机构和间歇定位的要求。图2-3.1定位机构C1方案图方案二（C2）：定位系统采用的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足实际要求了。西南交通大学本科教学改革-机械原理5图2-3.2定位机构C1方案图3.4进刀机构方案一（D1）：为了达到输出间歇运动同时能够做到循环往复运动，采用凸轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加一个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。图2-4.1进刀机构D1方案图方案二（D2）：采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程阶段运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。西南交通大学本科教学改革-机械原理6图2-4.2进刀机构D2方案图第三章机构组合上述各机构方案择优形成如下的机械系统运动方案组合。机械系统方案E1E2E3变速机构A2A1A1送料机构B3B1B2定位机构C1C2C1进刀机构D2D1D1方案1的设计矩阵为E1={A2B3C1D2}钻床的变速装置采用定轴齿轮变速，由于设计要求传动比=n输入/n输出=1400/2=700,非常大，此时再结合蜗轮蜗杆传动可以大幅度降速。机构的送料装置采用由凸轮与四杆机构的组合结构，此组合机构既可以满足设计要求同时相对于其他的满足同样要求的机构又具有尺寸小和运动可靠的特点。盘形凸轮机构把转动动力输入给四杆机构中的一个杆件从而转化为这个杆件的往复运动，此机构中的四杆机构为双摇杆机构，由此双摇杆机构实现滑块的往复运动。同时设计凸轮尺寸来满足滑块的间歇运动和快慢交替的变速运动。机构的定位机构由凸轮机构结合四杆机构的死点来夹住工件，并按要求设计凸轮的外形尺寸以满足定位机构同样满足间歇运动和休止。机构的进刀机构由轮机构和扇形齿与齿条配合，中间采用连杆带动。先把回西南交通大学本科教学改革-机械原理7转运动动力转化为扇形齿的往复摆动，在通过齿轮传递给齿条，增加两个齿轮的目的是为了使传动更加的平稳可靠。方案2的设计矩阵为E2={A1B1C2D1}。半自动钻床的变速机构采用行星轮可以实现较大幅度的速度转变，相比单纯的采用齿轮传动，次方法的选用更加经济成本相对较低，而且具有传动效率高,结构简单,传动比大的特点,可满足具有较大传动比的工作要求，占据空间也较小。送料装置