自动钻头送进机构设计实验报告.docx

1、自动钻头送进机构设计实验报告自动钻床送进机构设计虚拟样机实验作业北京航空航天大学1.自动钻床送进机构1.1工作原理钻床是一种常用的孔加工设备。试设计一钻床送进机构（如图1所示），其输入运动为构件1 的匀速回转运动，输出运动为钻头的往复直线运动。图 1自动钻床送进机构1.2设计要求钻头的行程为320mm。钻头在对工件进行钻孔过程中，要求以近似匀速送进。为提高工作效率，要求机构具有行程速比系数K=2。另外，还要求机构传动性能良好。2.关于自动钻床及其前景 自动钻床是一种自动化钻孔平台，是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有

2、称为打孔机、钻孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果。自动钻床有自动钻床和手动钻床，随着人力资源成本的增加；大多数企业均考虑自动钻床作为发展方向。自动钻床在我国有广泛的运用，例如，我国是全世界钟表生产和输出的最大国家，占全球制表行业90%以上，全自动高速表带钻床彻底解决表带行业目前投入人力最多，产出最少的手工钻孔工艺现状的困难，全面取代现有的手工钻孔工艺，也间接解决了企业招收熟练钻孔工人困难的严重问题。同时为企业节约了大量的人力成本开支。3.机构选型设计及方案为实现自动钻床送进机构的功能，并满足设计要求，用图解法和解析法进行分析，得出以下两种较为优化的设计方案。3.1

3、曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合 曲柄摇杆机构带动滑块转动，滑块带动导杆转动。K=2由=180*(K-1)/(K+1) 得=60如图2所示，曲柄摇杆机构ABCD中，主动曲柄AD的极位夹角为60，逆时针转动，具有急回特性。因为滑块和摇杆形成转动副，使得整个机构（EF）具有急回特性，各杆长参数如下：AC=127.5977mm，CD=230.3721mm,AB=183.7185mm,EF=183.7185mm,GF的杆长随意，只要不太短即可。图 2 曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合3.2平行四边形机构与偏心曲柄滑块机构的组合平行四边形机构中主动件匀速转动时，从动件也匀速转动，从而带动滑块（代表钻头）

4、移动。钻头的两个极限位置记为、，=320mm,做直角三角形F，F=，以F为直径作圆。取圆的最高点为以固定铰链点A,在直线中垂线上距离200mm处的点为另一固定铰链点D。各杆长参数如下，A=95.635mm，A=356.914mm,从动件AB=130.6395mm,BC=226.2745mm,AD=213.814mm,主动件DE=AB=130.6395mm。主动件DE顺时针转动。图 3平行四边形机构与偏心曲柄滑块的组合机构的组合4.ADAMS软件仿真验证4.1方案一的虚拟仿真实验4.1.1.虚拟样机仿真结果曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合，如图4。图 4 方案二虚拟样机模型图5到图8是机构运动过

5、程中的一些重要参数的测量，通过这些参数可以看出机构的运动和传力特性。图5是导杆最低点（即为实际钻头的顶点）一个周期的位移曲线。图 5 导杆位移曲线 图6是导杆最低点一个周期的速度曲线。图 6 导杆速度曲线 图7是导杆最低点一个周期的加速度曲线。图 7 导杆加速度曲线 图8是摇杆与滑块一个周期的压力角（连杆和滑块速度的夹角）变化曲线。图 8 压力角变化曲线4.1.2实验结果分析从位移曲线可看出，在误差允许的范围内，滑块的行程满足设计要求，总长320mm，能到达两个极限位置，而且可以看出，下降所用时间和上升所用时间之比为2，即急回系数为K=2；由速度曲线可知，滑块下降过程中，速度较为平稳，变化不大

6、，且下降时速度小。上升时速度马上增大，有较好的急回特性。由加速度曲线可知，下降过程中加速度几乎为零，基本实现匀速运动。上升过程中，加速度较大，以实现急回特性。由传动压力角曲线可知，下降过程中压力角较大，最大可达90（如图9），咋一看，该机构传力特性不好。但注意到该机构中滑块是用来传递竖直方向的分力，并不希望其速度方向的分力过大，故其实该机构传力特性很好！图 9 最大压力角4.2方案一的虚拟仿真实验4.2.1.虚拟样机仿真结果平行四边行机构和偏心曲柄滑块机构的组合。图 10方案一虚拟样机模型图11到14是该机构运动过程中的一些重要参数的测量，通过这些参数可以看出机构的运动和传力特性。图11是滑块

7、一个周期的位移曲线。 图 11滑块位移曲线 图12是滑块一个周期的速度曲线。图 12 滑块速度曲线图13是滑块一个周期的加速度曲线。图 13滑块加速度曲线图14是传动时的压力角（连杆和滑块速度方向的夹角）变化曲线。图 14滑块压力角变化曲线4.2.2仿真结果分析从位移曲线可看出，在误差允许的范围内，滑块的行程满足设计要求，总长320mm，能到达两个极限位置，而且可以看出，下降所用时间和上升所用时间之比为2，即急回系数为K=2；由速度曲线可知，滑块下降过程中，速度较为平稳，变化不大。且下降时速度小，上升时速度大，有较好的急回特性。由加速度曲线可知，下降过程中几乎为零，基本实现匀速运动。上升过程中

8、，加速度迅速增大，以实现急回特性。由传动压力角曲线可知，相比起来，下降过程中压力角小，上升过程中压力角大，传力特性较好。当滑块位移较小时（即接近需钻物体时），压力角不超过20（如图15）。图 15 瞬时压力角5.两种方案优劣对比本例的两种构型，性能上存在着差异，各有优劣。下面将这两种方案各自特点进行对比分析。1由钻头（即方案一中的滑块和方案二中导杆）位移曲线可知，两种方案都可以达到相应行程，这一点两种构型无差别。2从钻头位移和速度曲线可知，两种方案的急回系数K均为2，即具有良好急回特性。3从钻头速度和加速度曲线可知，方案一下降过程中的速度更加平稳，加速度几乎保持为零。故从速度看，方案一更优。4

9、从压力角曲线可知，方案一要求压力角较大，而方案一的压力角几乎就为90（下降过程中，偏离不超过25；当Y方向位移小于100mm时，偏离不超过10）。方案二中压力角较小，虽然下降过程中最大压力角为75，但当滑块Y方向位移小于100mm时，压力角小于20。故两方案传力特性均较好，方案一稍微优于方案二。5从空间布局的方面分析，方案二相对来说较为节省空间。 6.试验总结与思考这次试验是对自动钻床送机机构进行设计并仿真。这次试验的收获无疑是巨大的。对自动钻床的设计和仿真是一个漫长的过程。首先，得对ADAMS这款软件进行学习，在掌握基本技能后，又开始设计。为了满足要求，需要精心的进行设计。当自认为设计好之后，便开始进行仿真。在仿真过程中，由于都软件操作还不熟练，又会遇到各种问题，通过查阅各种资料把问题解决后，仿真终于成功了。之后在进行测量，测量过程中，又会发现不少问题，比如，行程不对，急回系数不满足要求，等等。于是便又进行再设计，直至达到需要的设计效果。之后，便又进入到了第二个方案的设计了。制作的过程是艰辛的，但制作出成果后，是异常的开心的。通过这次试验，我初步掌握了ADMAS这款软件，深化了对机构急回特性和传力特性的认识，进一步学会了进行机构设计，收获颇多！