2022年机械原理课程设计半自动钻床 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 机械原理课程设计说明书设计题目：半自动钻床设计者 ：xxx 指导老师： cq 2022-11-17 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1. 设计要求 -3 2. 功能分解 -4 3. 执行机构挑选与比较-54. 机械系统运动方案的挑选-165. 工作循环图 -16 6. 尺寸运算 -16 7. 运动简图 -24 8. 总结 -25 9. 参考资料 -25 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一 设计要求半自动钻床机能够实现送料、定位、和孔的一体化功能；由零件尺寸知道设计要求的机床的进料机构工作行程大于等于40mm,动力钻头工作行程大于18mm,电动机转速 960r/min ,每分钟 1 件构件加工好；半自动钻床机由送料机构,定位机构,进刀机构以及电动机组成；送料机 构将被加工工件推入加工位置并由定位机构使被加工工件牢靠固定,最终由进 刀构负责动力头的升降来进行钻孔工作；挑选送料机构时要考虑到被加工的构件的外形,送料机构要以直线、间 隙、定量地将要加工的构件送入加工台,可用来回往复移动构件走直线轨迹段 推构件向前进,用定位机构来定住构件的要被加工的位置,加紧之后再钻,打 好孔之后再退刀,退出时可以用送料机构送的构件推出加工台,以此来实现循 环加工；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安排,并在图纸上画出传动系统图；3. 图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图；4. 凸轮机构的设计运算；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 电算法运算出理论廓线、实际廓线值；画出从动件运动规律线图及凸轮 廓线图；5. 设计运算其他机构；要求设计该半自动钻床的送料、定位、及进刀的整体传动系统；其中：1. 钻头由动力头驱动,只需考虑动力头的进刀（升降）运动；2. 除动力头升降机构外,仍需要设计送料机构、定位机构；各机构运动循 环要求见下表；3. 采纳凸轮轴的方法安排和谐各机构运动；机构运动循环要求名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10o20o30o45o60o75o90o105o270o300o360o送料休止快进休止休止快退慢进休止休止定位快进休止快退休止进刀快进快退二 功能分解功能分解图：原 动 机 输能 量变 速 齿 轮 机 构进料机构功能进料、加紧定位、夹紧定位机构功能进退刀要和谐工作进刀退刀机构功能（依靠凸轮机构）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外形；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,一路随着传动系统传 送动力到定位机构和送料机构,分别带动凸轮做转动掌握四杆机构对工件的定 位和带动凸轮四杆机构掌握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,掌握钻头的进退,既该系统由电机驱动,通过变速传动将电机的 960r/min 降到主轴的 1r/min,与传动轴相连的各机构掌握送料、定位、和进刀 等工艺动作,最终由凸轮机构推动四杆机构,通过齿轮传动带动齿条上下平稳 地运动 ,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质 量；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,仍要满意传动性能要求：1 送料、定位、进刀机构在凸轮轴不同转角时候快慢行程不同；2 各个机构之间的协作相互有序,满意凸轮轴转角对应的性能要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机械系统运动转换功能：三 执行机构的挑选依据前述设计要求,送料机构应当做往复运动,并且必需保证工作行程中 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；此外三个机构之间仍要满意随着凸轮轴转角不 同完成动作的过程不同且相互协作；这些运动要求不肯定完全能够达到,但必 须保证三者之间相互满意凸轮不同角度时候协作完好,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；1.减速传动功能选用经济成本相对较低,而且具有传动效率高,结构简洁 ,传动比大的特点 ,可满意具有较大传动比的工作要求,故我们这里就采纳行星轮系来实现我设计 的传动；方案一： A1 由于电动机的转速是960r/min,而选用设计要求的主轴转速为1r/min；可以考虑利用行星轮进行大比例的降速,然后采纳蜗轮变向；考虑到 蜗轮传动效率较低可以采纳锥齿轮变向；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案二： 定轴轮系传动；传动比 =n 输入 /n 输出 =960 传动比很大,要用多级传动；2.定位功能由于我们设计的机构要有间歇往复的运动,有当凸轮由近休到远休运动过程中 ,定位杆就阻挡了工件滑动,当凸轮由远休到近休运动过程中可通过两侧的弹簧实现定位机构的回位 ,等待送料 ,凸轮的循环运动完成了此功能,并且定位机构的工作行程要求是 20mm；方案一：该定位系统利用了杆机构的增力作用,可以供应足够的力来加紧零件,选取凸轮作为原动件实现间歇定位的要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案二：该定位系统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；对比方案三：该定位系统采纳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,但假如是平底推杆从动件,就 凸轮就会失真,如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,所以就采纳一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮,它就可以满意实际要 求了；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案四：采纳一对凸轮机构相向放置,凸轮推压导杆,定位零件,凸 轮满意了间歇定位的要求对比方案五：选用凸轮作为原动件,利用杠杆的转动,带动导杆运动,将 零件夹紧名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.进料功能进料也要要求有肯定的间歇运动,并且其工作行程不小于 40mm,我们可以用圆锥齿轮来实现换向,然后通过和齿轮的啮合将动力传递给进料机构；可以在齿轮上安装一个直动滚子从动件盘型凸轮机构 复运动实现进料但机构的空间结构不好；,用从动件滚子推杆的直线往方案一：采纳一个四杆机构通过齿轮弧带动齿条,齿条推动零件实现进料 功能；由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇,所以不需要使用凸轮机 构；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案二：采纳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；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 否稳固的运行因此优先选用了如下图的六杆机构来实现；由于本设计送料时不 要求在传动过程中有间歇,所以不需要使用凸轮机构；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案三：采纳曲柄滑块机构,空间结构很紧凑,机构简洁；AB=20mm 、BC=30mm,D 端推动待加工零件； A 处连接传动轴对比方案四：采纳凸轮来完成进料,靠弹簧复位,要求凸轮比较大,不利于远距离的运动传递；凸轮太大,其基半径为 传动轴；10mm,导程为 40mm；A 处连接对比方案五：凸轮作为原动件,通过杠杆和铰接在滑块上的横杆来推动待 加工零件,弹簧起到复位作用名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.进刀功能采纳凸轮的循环运动 ,推动滚子使滚子摇摆一个角度,通过杠杆的摇摆弧度放大原理将滚子摇摆角度进行放大 .可增大刀具的进给量 ,在杠杆的另一端焊接一个圆弧齿轮 ,圆弧齿轮的摇摆实现齿轮的转动 实现进刀,齿轮的转动再带动动力头的升降运动方案一：采纳一个摇摆滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构 .由于我们用一个摇摆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,很简洁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；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案二：在摆杆上加一个平行四边行四杆机构,这样也可以来实现传 动,但是当加了四杆机构以后并没有达到改善传动的成效,只是多增加了四杆 机构,为了使机构结构紧凑,又能完成需要的传动,所以挑选了一个摇摆滚子 从动件盘行凸轮机构；对比方案三：采纳不完全齿轮其中只要 18mm即可； A 处连接动力轴2× r× 3.14 × A 角的度数除以 360名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案四：利用曲柄滑块机构,可以实现周期性的进刀退刀,有急退急名师归纳总结 进功能,但是动力传动布置不便利；A 处连接动力轴第 14 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对比方案五：采纳四杆机构,通过不完全齿轮带动中间过度齿轮带动齿条上下运动,实现动力头的进给,完成进刀退刀,A 处连接动力轴对比方案六：利用凸轮机构推动杠杆实现进刀退刀功能,由于杠杆比较瘦长,不行防止的振动较大；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 四 机械系统运动方案的挑选如钻床的变速装置采纳定轴齿轮变速,由于设计要求传动比 =n 输入/n 输出 =960/1=960 ,特别大,此时如再结合蜗轮蜗杆传动可以大幅度降速,但是效率不 高,所以采纳行星轮可以实现较大幅度的速度转变,相比单纯的采纳齿轮传 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 ,结构简洁 ,传动 比大的特点 ,可满意具有较大传动比的工作要求,占据空间也较小,再用锥齿轮 变向；机构的送料装置采纳由齿轮、齿条与四杆机构的组合结构,此组合机构既 可以满意设计要求同时相对于其他的满意同样要求的机构又具有尺寸小和运动 牢靠的特点；四杆机构为曲柄摇杆机构,不完全齿轮固结在摇杆上,摇杆做往 复运动,带动齿条来回运动；机构的定位机构由凸轮机构结合四杆机构的增力作用来工作,并按要求设 计凸轮的外形尺寸以满意定位机构同样满意间歇运动和休止；机构的进刀机构由轮机构和扇形齿与齿条协作,中间采纳连杆带动；先把回转 运动动力转化为扇形齿的往复摇摆,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牢靠；五 工作循环图六 尺寸运算1 送料机构机构采纳如下分析名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 送料机构：采纳如下机构来送料,依据要求,进料机构工作行程为 40mm,可取 ABCD4杆机构的极位夹角为8.57 ° ,就由180KK1 1得 K=1.1,急回特性不是很明显,但对送料机构来说并无影响；各杆尺寸：（如下图）AB=11 BC=65 CD=25.36 DA=60 DE=40.57该尺寸可以满意设计要求,即滑块的左右运动为 8.57 ° ；在 AutoCAD上画图检验运算40,ABCD的极位夹角为名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 凸轮摆杆机构的设计（进刀退刀机构的设计）由进刀规律,我们设计了凸轮摆杆机构,又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动； 2. 用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件,凸轮摆杆从动件的摇摆就可以实现弧形齿条的来回摇摆,从而实现要求；采纳滚子盘行凸轮,且为力封闭凸轮机构,利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触 杆的运动规律一样；. 刀具的运动规律就与凸轮摆3. 弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离；详细设计步骤如下：1. 依据 进刀 机构 的工作循环 规 律 , 设计凸轮基圆半径r0=40mm,中心距BI=80mm,摆杆长度 AB=65mm 凸轮转角 =0-60° , 休止；凸轮转角 =60° -270 ° ,刀具快进；凸轮转角 =270° -300 ° ,刀具快退；凸轮转角 =300° -360 ° ,休止；2. 设计圆形齿条 , 依据刀头的行程和凸轮的摆角 3. 得到 EF=63.69mm, 设计出圆形齿轮的半径名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4该机构中的凸轮用绘图软件设计得过程截图名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 速度曲线3 夹紧机构的设计凸轮机构采纳直动滚子盘行凸轮,且为力封闭凸轮机构,利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触,实现定位功能；只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就 可以使推杆得我们所需要的运动规律,满意加工要求,而且响应快速,机构简 单紧凑；详细设计如下 :AB=BC=ED=40mm,BD=8mm 设计基圆半径 r=40mm,偏心距 e=0 凸轮转角 =90° -10 ° , 定位机构休止 , 推杆行程 h=0mm；凸轮转角 =10° -30 ° , 定位机构快进 , 推杆行程 h=5mm；凸轮转角 =30° -50 ° , 定位机构休止 , 推杆行程 h=0mm；凸轮转角 =50° -90 ° , 定位机构快退 , 推杆行程 h=-5mm；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其凸轮为其过程为推杆的加速度：名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 推杆的速度：4 减速机构的设计Z1=30 Z2=15 Z2 =20 Z3= 40 传动比 iH3=960 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据行星轮传动公式：i （ H3 ） =Z2 ×Z3 ÷【 Z2 ×（ Z2 + Z3 ） Z2 ×（Z2+Z1 ）】,考虑到齿轮大小与传动的合理性,经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数如下表：皮带轮参数名称皮带轮 1 皮带轮 2 半径（ mm）100 100 齿轮参数齿轮 1 模数压力角齿数（个）直径（mm）（° ）30 （mm）2. 20 60 齿轮 2 2 20 15 30 齿轮 22 20 20 40 齿轮 3 2 20 40 80 七机构运动简图八 总结通过本次课程设计感受到了设计过程中的艰辛；特殊是对于从来没有经受过亲身设计的我来说,刚开头根本感觉无处下手；在老师的尽心指导和们的热名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 心帮忙下,依据任务书和指导书上的要求,结合自己平常的理论基础和查阅大 量资料才顺当完成了这次机械原理课程设计在此我要诚心感谢我的老师和我的 同学；通过这次课程设计,使我加深化的懂得了一些简洁机构组件的作用！以后 的实际工作奠定了很好的基础！最重要的是通过本次课程设计让我体验了如何将理论学问转化为生产实际所需；让我更早接触机械设计有关的要领和技能,为以后的机械设计课程设计和毕业设计打好了基础；更值得一提的是为我们以 后走出学校走向岗位奠定良好的基石；参考资料名师归纳总结 1 赵韩,丁爵曾,梁锦华 . 凸轮机构设计 M. 北京：高等训练出版社,1993. 第 24 页,共 24 页2 赵韩,田杰 . 机械原理 M. 合肥：合肥工业高校出版社,2022. - - - - - - -