半自动钻床设计方案Word文件下载.docx
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快退
定位
进刀
3.可采用凸轮轴的方法分配协调各机构运动。
1.1.3设计任务
1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在的三种机构；
2.设计传动系统并确定其传动比分配,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.设计计算其他机构；
6.编写设计计算说明书；
7.学生可进一步完成：
凸轮的数控加工,半自动钻床的计算机演示验证等。
1.2工作原理
工作原理图
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,与传动轴相连相连的各机构控制送料,定位和进到等工艺动作。
经过讨论分析,我组决定进料机构采用曲柄导杆机构,该机构由牛头刨床切削机构改装而成的,定位机构和进刀机构均采用凸轮机构。
考虑到所有的机构运动均在同一面上,我们先用锥齿轮进行转向。
具体运动示意图如图1所示,送料机构将工件送至加工位置,然后定位机构将工件夹紧,同时进刀机构运动,开始钻孔。
该机构一个比较大的特点就是进刀机构和加紧定位机构是是有一个齿轮加以控制的,减少了齿轮传动机构的设计和加工,同时减少了传输的积累误差。
图1工作原理示意图
2运动循环表和运动循环图
根据我们设计送料、定位和进刀方案设计出了如下图的运动循环表,以使方案优化,我们采用老师给的方案B进行了设计,但是进料行程改为40mm,为工件的一个最大直径,定位行程25mm,进刀行程为20mm,电动机转速为1400转/min,,一分钟制造工件2个。
表1机构运动循环要求表
140º
150º
220º
280º
290º
350º
慢进
由运动循环表可以得到运动循环图,见图2：
图2机构循环图
3机构设计
3.2送料机构
3.1.1送料机构---曲柄导杆机构
该结构是由牛头刨床切削机构改装而成的,利用曲柄滑块机构使得主动件与连架杆的压力角始终为零,用此机构还解决了行程比较大的问题,可以通过连杆作用将工作行程放大,机构的急回特性可以节约时间。
图3进料机构示意图
根据要求,进料机构工作行程为40mm,可取主动导杆的两个极限位置的的极位夹角为140°
则由K=〔360°
-140º
/140°
=11/7=1.5714得K=1.57.设置主动杆即曲柄的长度为10mm.
利用图解法设计,取比例尺μ=1mm/1mm.设计过程如图4所示。
作图步骤如下：
1已知主动杆两极限位置夹角∠B1CB2=140°
画出主动杆两个极限位置
2根据极限位置的时候曲柄和连架杆的夹角为90°
即∠AB1C=90°
∠AB2C=90°
做两条直线交与一点A。
3由行程为D1D2=40mm,做直线分别于AB1和AB2交与点D1和D2。
4由CAD可以测量到H1=25.71150439mm,H2=29.238044mm,由此确定了进料机构的所需要的尺寸
图4用解析法画进料机构
3.1.2送料机构对比机构
对比机构一：
曲柄滑块机构
该机构由压力角的限制并且导杆占用横向空间比较大。
对比结构二：
盘形凸轮机构〔平底或滚子的
该机构可以实现间歇运动,但是由于送料行程比较大,所制造的凸轮的轮廓较大。
并且凸轮的制造和安装要求比较高。
对比结构三：
圆柱凸轮机
该机构能实现间歇运动并且所占用的体积也比较小而且可以解决大行程的问题,但是该结构制造和安装技术要求比较高,制造成本也比较高。
对比机构四：
六杆机构
该机构与组装机构比较复杂且不易安装,误差积累比较大,且还要考虑压力角的问题,个人感觉计算还挺麻烦的。
3.2定位机构
3.2.1定位机构-凸轮-摩擦式棘轮机构
当凸轮位于远休的时候棘轮机构顶在试件上。
在摩擦力的作用下使得棘轮处于锁死状态,棘轮机构的理论曲线是对数螺线线,这样锁死是在静摩擦的作用之下,不会是工件在被加工的时候出现滑动,棘轮机构处还有一个拨动弹簧进行压紧,以使得工件可以完全被压紧,假如说工件的尺寸不是很规,高度略高或者是略低,都可以在弹簧的作用下压紧。
当接触点法向方向通过棘轮的摩擦圆的时候就会出现棘轮锁死的状态,从而实现工件被压紧,此时凸轮处于远休,当凸轮过了远休之后,棘轮成放松状态,工件不处于压紧状态。
该结构的特点是:
（1）.通过机构锁死靠棘轮与工件的静摩擦来实现工件被压紧,不会是工件在被加工的时候出现滑动；
（2）通过凸轮设计3-4-5多项式的轮廓使得工件在被压紧的时候不会出现柔性或刚性冲击；
（3）用杠杆传动力,可以实现力的放大,但是本设计中仍采用的力矩之比为1:
1；
（4）采用平底机构,是压力角始终为0,提高了力的传输比。
图5定位机构示意图
定位机构对比机构
摆动凸轮-弹簧机构
该机构在弹簧作何用下实现加紧,难免弹簧弹力不够使试件在被加工的时候出现滑动摩擦的现象
对比机构二：
凸轮机构
该机构可以实现间隙运动,但是是靠滑动摩擦力来实现加紧试件的,试件在加工的时候可能在滑动摩擦力的作用下发生滑动,降低制造的工艺。
对比机构三：
平底或滚子凸轮
该机构在凸轮远休的时候可以实现试件的加紧,但是如果说试件制造比实际的较矮,则会造成试件不被加紧；
如果试件制造比实际的较高,则会使试件被夹的过紧。
3.3进刀机构
进刀机构--平底凸轮机构
该机构要求有间歇运动且为连续运转,所以设计凸轮结构比较合适,设计为平底凸轮比较简单,就是采用的平底凸轮机构,这样大大减小了机构的制造成本；
机构简单,减小了传动的积累误差；
平底设计,使得压力角始终为零,增大力的传输比
图6进刀机构示意图
进刀机构对比机构
该机构靠凸轮--杠杆--扇形齿轮--齿轮--齿条来传动动力,所使用的机构虽然稳定性能比较高,也可以通过杠杆是凸轮轮廓得到放大,但是零件使用的比较多,积累的误差比较大,如果将齿轮轮廓放大,同时也会是力传输率降低。
如果设计的是滚子凸轮的还要考虑压力角的问题。
3.4减速器机构
减速器机构——蜗轮蜗杆机构
利用二级蜗轮蜗杆来实现变速,将1400r/min减为2r/min,由于传动比为700,比较大,并且需要的传输的力矩也比较大,我们选用的是该机构。
为了方便在实际中安装、拆卸、维修操作方便,我们一开始用的是皮带轮进行传输动力。
途中你用模数为2的齿轮,1、3为蜗杆,2、4为齿轮。
参数如下：
Z1=3,Z2=80、Z3=4、Z4=105、模数为2
由齿轮的传动比的计算可以得
符合题意且符合实际情况。
减速器对比机构
2K-H型行星轮系之WW型
该行星轮系的传动比可以从1.2到几千,但是外面的尺寸和重量很大；
并且该轮系的传动效率很低,并且随着
的增加而急速下降且制造困难,传递功率≤10kW,一般不用此轮系做动力传动。
当行星架从动时,
从某一数值起会发生自锁。
2K-H型行星轮系之NGW型
该轮系传递功率效率在0.97~0.99,很高,并且体积小、重量轻、结构简单、制造方便,可以用于各种工况条件下,在机械传动中应用最广。
但是单机传动比围较小,一般在1.13到13.7之间,所以这里要的传动比在700,需要多级传动才可以,那样的话就失去了它的优越性了。
2K-H型行星轮系之NW型
该轮系传动效率在0.97~0.99,效率高,且传递功率大、径向尺寸小、传动比围比NGW型的大,i可以是1~50,一般用5~25,可以用于各种工况条件,但是制造工艺比较复杂,而且由题意可以得知传动比为700,要是用此轮系需要多级传动,且制造工艺也将更加复杂。
4运动分析
4.1送料机构运动分析
送料机构计算公式
由余弦定理得：
公式1
由正弦定理得：
公式2
由设计可知：
公式3
将公式1和公式2带路公式3得到
公式4
将公式4在MATLAB中求一次微分得到V:
命令：
symst;
h1=5;
h2=7;
l1=9;
w=5;
dx_dt=diff<
<
h1+h2>
*tan<
asin<
l1*sin<
pi/2+w*t>
/<
l1^2+h2^2-2*l1*h2*cos<
>
^0.5>
t,1>
运行结果为：
dx_dt=
-540*sin<
5*t>
130+126*sin<
^<
1/2>
1-81*cos<
^2/<
-34020*cos<
3/2>
-54*cos<
*<
810*cos<
*sin<
+51030*cos<
^3/<
^2>
将此结构在word中将pi替换为pi<
并且将t替换为α/ω,带入excel中可以运行得到V的相关数据,详见表2。
将公式4在MATLAB中进行二次微分,可以得到加速度a:
命令为：
h1=25.71150439;
h2=29.238044;
l1=10;
w=2/30*pi;
t,2>
-34079/97440*cos<
1/15*pi*t>
*pi^2/<
41231/08+28209/08*sin<
1-100*cos<
+4511/*sin<
*cos<
+34079/6496*sin<
*pi/<
40/3*cos<
*pi+/56*cos<
^2*pi>
+799/41498880*cos<
5/2>
*pi^2+4511/*cos<
*pi*<
+/5328*cos<
^2-/664*cos<
-8/9*sin<
^2*pi^2/<
-/968*cos<
^2*sin<
*pi^2+8/9*cos<
*pi^2-7681/578844672*cos<
^4/<
^3*pi^2>
处理方法和求V的时候一样,最后带入excel中求的a的相关数据,见表2.
表2送料机构运动分析数据
α
L2
β
x
v
a
30.90086111
18.88172123
18.79385242
-0.774420872
-0.63151985
5
31.71479916
18.3071154
18.18039634
-0.717219076
-0.842936518
32.50239804
17.63760375
17.47072471
-0.661378735
1.221383782
33.25974248
16.8830374
16.67718121
-0.607566611
0.186389596
33.98327849
16.05238873
15.81091833
-0.556204381
-0.067561367
34.66978286
15.1538285
14.88192277
-0.507522721
-0.76179356
35.31633697
14.1948051
13.89907228
-0.461607282
-0.483728678
35.92030455
13.1821222
12.8702126
-0.418436478
1.093178529
36.47931284
12.12201286
11.80224598
-0.377911678
0.142246338
45
36.99123681
11.02020888
10.70122522
-0.339880739
-0.09560131
50
37.45418588
9.882005127
9.572448727
-0.304155908
-0.902626748
55
37.86649294
8.712318735
8.420553809
-0.270527101
-0.070921752
60
38.22670525
7.515743492
7.249606345
-0.238771473
0.950750989
65
38.533577
6.296599878
6.063186008
-0.208660076
0.106151257
70
38.78606323
5.058981225
4.864466651
-0.179962251
-0.129406328
75
38.98331506
3.806796565
3.656292034
-0.152448302
-1.046488013
80
39.12467591
2.543810741
2.441247319
-0.125890862
0.349966839
85
39.20967872
1.273682339
1.221726991
-0.100065306
0.807862599
90
39.238044
1.78818E-15
1.71496E-15
-0.074749457
0.076367606
95
-1.273682339
-1.221726991
-0.049722801
-0.170664526
100
-2.543810741
-2.441247319
-0.024765373
-1.181278153
105
-3.806796565
-3.656292034
0.000343553
0.731530096
110
-5.058981225
-4.864466651
0.025826849
0.673476462
115
-6.296599878
-6.063186008
0.051910878
0.051305215
120
-7.515743492
-7.249606345
0.078826672
-0.2212026
125
-8.712318735
-8.420553809
0.10681081
-1.289890523
130
-9.882005127
-9.572448727
0.136105815
1.035388637
135
-11.02020888
-10.70122522
0.166959854
0.55259605
140
-12.12201286
-11.80224598
0.199625446
0.029508575
145
-13.1821222
-12.8702126
0.234356827
-0.282936297
150
-14.1948051
-13.89907228
0.271405493
-1.350898239
155
-15.1538285
-14.88192277
0.311013326
1.23970322
160
-16.05238873
-15.81091833
0.35340259
0.447311831
165
-16.8830374
-16.67718121
0.398761894
0.009627303
170
-17.63760375
-17.47072471
0.447227107
-0.357752699
175
-18.3071154
-18.18039634
0.498856074
-1.341025392
180
-18.88172123
-18.79385242
0.553595962
1.341013427
185
30.06489561
-19.35062201
-19.29757802
0.611242131
0.357771308
190
29.21165103
-19.70201768
-19.67696992
0.671387841
-0.009622908
195
28.34635716
-19.92308437
-19.91650267
0.733364756
-0.447289732
200
27.47477419
-20
0.796175572
-1.239737725
205
26.60324398
-19.91804465
-19.91103454
0.858422062
1.350904915
210
25.73874078
-19.66181069
-19.63347572
0.918234819
0.282951734
215
24.88891632
-19.21556756
-19.15219953
0.973214923
-0.029503892
220
24.06213143
-18.56383456
-18.45396157
1.020402561
-0.552570335
225
23.26746298
-17.69221932
-17.52841613
1.056292775
-1.035446805
230
22.51467065
-16.58857268
-16.3692392
1.076922714
1.289910654
235
21.81410431
-15.24448451
-14.97528371
1.078055992
0.221215275
240
21.1765304
-13.65708869
-13.35166422
1.055484942
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