半自动钻床工作机构设计详解.docx
《半自动钻床工作机构设计详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半自动钻床工作机构设计详解.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
半自动钻床工作机构设计详解
实用文档
课程名称：
机械原理
设计题目：
半自动钻床工作机构设计
院系：
机械系
专业：
机械设计制造技术及其自动化
学号：
姓名：
西南交通大学
2015
年11月20日
实用文档
机械原理设计任务书
学生姓名班级学号
设计题目：
半自动钻床工作机构设计
一、设计题目简介
设计加工图1所示工件ф12mm孔的半自动钻床。
进刀机构负责动力头的升降，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可靠固定。
图1加工工件
设计数据与要求
方案号
进料机构工作行程mm
定位机构工作行程mm
动力头
工作行程mm
电动机转速r/mm
工作节拍
（生产率）件/min
D
25
20
15
1400
2
三、设计任务
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SOLIDWORK等S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。
实用文档
四、设计提示
1.钻头由动力头驱动，设计者只需考虑动力头的进刀（升降）运动。
2.除动力头升降机构外，还需要设计送料机构、定位机构。
各机构运动循环要求见表4。
3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。
表4机构运动循环要求
凸轮轴
转角
10o
20o
30o
45o
60o
75o
90o
105o～270o
300
o
360
o
送料
快进
休止
快退
休止
定位
休止
快进
休止快退
休止
进刀
休止
快进
快进
快退
休止
实用文档
五、设计工作原理
5.1机构的工作原理
该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1400r/min降到主轴的2r/min，与传动
轴相连的凸轮机构控制送料，定位，和进刀等工艺动作，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，简图如下：
实用文档
六、功能分解图，执行机构动作
6.1功能分解图如下图
6.2执行构件的选择
1.减速传动功能
选用经济成本相对较低，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，我们这里就采用皮带轮来实现我设计的传动。
方案一（选用）
选用的装置具有经济、结构简单的特点，由于电动机的转速为1400r/min，而选用设计要求的主轴转速为2r/min。
，通过变速传动将电机的1400r/min降到主轴的2r/min，使得实现每秒2个工作节拍。
方案
用定轴轮系减速传动。
由于传动比=输入转速1400/输出转速2=700传动比过大，故用二
实用文档
级减速传动。
其中带传动起过载保护作用。
此机构虽然可以是实现转速的缓慢下降，但是结构复杂，
成本高。
2.送料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，定位杆就阻止了工件滑动，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。
方案一（选用）其较方案一结构简单，但由于缺少杠杆，其完成快进、休止和快退的动作，如果行程较大，为达到压力角要求，要求凸轮基圆半径较大，不利于远距离的运动传递，使制造成本升高，机构笨重。
方案二
采用一个凸轮机构来完成送料机构的往复运动。
通过凸轮机构和导杆滑块实现送料时的
快进、休止和快退的动作。
由于采用了杠杆，故其能够完成送料的较大传动距离。
实用文档
3.定位功能
方案一（选用）
结构简单，但由于缺少杠杆，无法对工件施加较大的力。
而且如果行程较大，为达到压力角
要求，要求凸轮基圆半径较大，不利于远距离的运动传递，使制造成本升高，机构笨重。
方案二
通过凸轮机构实现定位夹紧时的休止、快进及夹紧和快退的动作。
由于采用了杠杆，夹紧装
置可对工件施加较大的夹紧力保证完成定位夹紧的功能。
4.进刀功能
实用文档
采用凸轮的循环运动，推动滚子使滚子摆动一个角度，在杠杆的另一端焊接一个圆弧齿轮，圆弧齿轮的摆动实现齿轮的转动，齿轮的转动再带动动力头的升降运动实现进刀。
采用一个直动滚子从动件盘行凸轮机构并结合滑块导杆传递齿轮齿条机构。
进刀时，凸轮在推程阶段运行，其通过机构传递带动齿轮齿条啮合，进而带动动力头完成钻孔。
导杆垂直移动的距离即为齿轮弧转动的角度，且齿轮齿条传动具有稳定性。
方案二（选用）
采用一个凸轮机构来传递齿轮齿条机构。
其比方案一简单，但由于没有杠杆，所以不能
传动很大的范围。
实用文档
七、执行机构设计过程及尺寸计算
1．送料凸轮机构机构采用如下分析
凸轮机构采用直动滚子端面柱体凸轮，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，实现进料功能。
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，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。
具体设计如下:
设计基圆半径r0=40mm,
凸轮转角λ=0°-30°,送料机构快进,推杆行程h=25mm；
凸轮转角λ=30°-45°,送料机构休止,推杆行程h=0mm；
凸轮转角λ=45°-90°,送料机构快退,推杆行程h=-25mm；
2.进刀机构的设计
（1）.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）.用凸轮摆杆机构和直齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现齿条的上下摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，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.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致；
（3）.弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。
具体设计步骤如下：
实用文档
1.根据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮：
基圆半径r0=40mm；
凸轮转角λ=0-60°,刀具休止，推杆行程h=0mm；
凸轮转角λ=60°-270°，刀具快进，推杆行程h=15mm；
凸轮转角λ=270°-300°,刀具快退，推杆行程h=-15mm；凸轮转角λ=300°-360°刀具休止，推杆行程h=0mm
齿轮材料：
齿轮采用45号钢，软齿面，齿轮调制处理
实用文档
齿面硬度：
为217-255HBW平,均硬度为236HBW；齿轮强度极限为650MPa，齿轮的屈服极限为360MPa；齿轮齿面平均硬度差为46HBW，在30-50HBW范围内。
齿条正火处理，齿面硬度为162-217HBW，平均硬度为190HBW。
按GB/T10095－1998，均选择8级精度。
（1）齿面接触疲劳强度计算
因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度设计齿轮传动：
66
9.55106P9.55106105
齿轮传递的转矩：
T11105Nmm
n960
设计时，因v值未知，K不能确定，初取Kt1.4；由《机械设计》中表10-7取齿宽系数d1.1；表10-5查得弹性系数ZE189.8MPa；图10-20选取区域系数ZH2.5；
式10-9计算接触疲劳强度用重合度系数Z齿条Z125,齿轮Z260
30
a1arccos[Z1cosZ12haarccos[25cos202521
a2arccos[Z2cosZ22h*aarccos[60cos206021]25
Z1tana1-tanZ2tana2-tan2
Z3
25tan30-tan2060tan25-tan2021.83441.830.85
3
2）计算接触疲劳许用应力
实用文档
由图10-25d得接触疲劳极限应力错误！
未找到引用源
取HH2522MPa；
初算齿轮的分度圆直径错误！
未找到引用源。
，得
3
d12KtT1uu1（ZH[ZE]Z）2
1du[H]
321.4110602512.5189.80.85=59.86mm<60mm
1.16025522
所以齿面接触疲劳强度满足要求。
3）齿根弯曲疲劳强度校核
2KFTYFaYsaY
32
z160
dmz1
选KF=1.55T1105Nmmd1.1m=1
由《机械设计》中式10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数Y
0.750.75
Y0.250.250.66
1.83
由《机械设计》中图10-17查得齿形系数YFa12.63,YFa22.13由《机械设计》中图10-18查得应力修正系数Ysa11.58，Ysa21.65
由《机械设计》中图10-24c查得弯曲疲劳极限，齿轮Flim1220MPa，齿条Flim2170MPa
由《机械设计》中图10-22查得得弯曲疲劳寿命系数:
.KFN11,KFN21
取弯曲疲劳安全系数S=1.25（1%失效概率）
实用文档
2KFTYFa1Ysa1Y
32
dmz1
21.551052.631.580.66
32
1.113602
145.43MPa2KFTYFa2Ysa2Y
F232dmz1
5
21.551052.131.650.66
321.113602
123.01MPa
因为F1F1,F2F2所以齿根齿根弯曲疲劳强度满足要求。
3.定位凸轮推杆机构的设计：
凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，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，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。
具体设计如下
设计基圆半径r0=40mm；
实用文档
凸轮转角λ=0°-10°,定位机构休止,推杆行程h=0mm；凸轮转角λ=10°-30°,定位机构快进,推杆行程h=20mm；凸轮转角λ=30°-50°,定位机构休止,推杆行程h=0mm；凸轮转角λ=50°-90°,定位机构快退,推杆行程h=-20mm；凸轮转角λ=90°-360,定位机构休止，推杆行程h=0mm。
（定位机构与凸轮的进退是相反的）
4．皮带轮的计算:
皮带轮参数
名称
皮带轮1
皮带轮2
皮带轮3
半径（mm）
10
10
50
半径（mm）
250
280
50
齿轮参数
模数（mm）
压力角（°）
齿数（个
升级会员 