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1、機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 1 - 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計任務(wù)： 1 按工藝動作過程擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖 2 進行回轉(zhuǎn)臺間歇機構(gòu)，主軸箱道具移動機構(gòu)的選型，并進行機械運動方案評價和選擇 3 按選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定 4 對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸設(shè)計 5 在 2 號圖紙上畫出最終方案的機構(gòu)運動簡圖 6 編寫設(shè)計計算說明書 設(shè)計要求： 1 從刀具頂端離開工件表面 65mm 位置，快速移動送進了 60mm 后，在勻速送進 60mm（ 5mm 刀具切入量， 45mm 工件孔深， 10mm 刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系數(shù) K=2。 2 生產(chǎn)率約每

2、小時 60 件。 3 刀具勻速進給速度 2mm/s，工件裝、 卸時間不超過 10s。 4 執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 2 - 機械運動方案設(shè)計 根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律可得其運動循環(huán)圖如下： 鉆頭頭進勻速60快鉆0240進鉆頭快退工作臺轉(zhuǎn)動307.4位銷插入定定位銷拔出工作臺靜止凸輪鉆 397.4該專用機床要求三個動作的協(xié)調(diào)運行，即刀架進給、卡盤旋轉(zhuǎn)和卡盤的定位。其工作過程如下： 要確保在刀具與工件接觸時卡盤固定不動，刀具退出工件到下次接觸工件前完成卡盤旋轉(zhuǎn)動作。幾個動作必須協(xié)調(diào)一致，并按照一定規(guī)律運動。 機構(gòu) 運動循環(huán)圖 機床工作運動模型 機械原理課程設(shè)計 說

3、 明書 - 3 - 機械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、 原動機構(gòu)： 原動機選擇 Y132S-4 異步電動機，電動機額定功率 P=5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速n=1440r/min。 二、傳動機構(gòu)： 傳動系統(tǒng)的總傳動比為 i=n/n6,其中 n6 為圓柱凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速，即總傳動比為 1440/1。采用渦輪蝸桿減速機構(gòu)（或外嚙合行星減速輪系）減速。 三、執(zhí)行部分總體部局： 執(zhí)行機構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)工件卡盤和帶鉆頭的移動刀架兩部分，兩個運動在工作過程中要保持相當(dāng)精度的協(xié)調(diào)。因此，在執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程中分為，進刀機構(gòu)設(shè)計、卡盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設(shè)計。而進刀機構(gòu)設(shè)計歸結(jié)到底主要是圓柱凸 輪廓線的設(shè)計，卡盤的設(shè)計主要是間歇機構(gòu)的

4、選擇。 在執(zhí)行過程中由于要滿足相應(yīng)的運動速度，因此首先應(yīng)該對于原動機的輸出進行減速。下面先討論減速機構(gòu)傳動比的確定：由于從刀具頂端離開工件表面 65mm 位置，快速移動送進了 60mm 后，在勻速送進 60mm（ 5mm刀具切入量， 45mm 工件孔深， 10mm 刀具切出量），然后快速返回。要求效率是件小時，刀架一個來回（生產(chǎn)個工件）的時間應(yīng)該是分鐘。根據(jù)這個運動規(guī)律，可以計算出電機和工作凸輪之間的傳動比為 1440/1。兩種方案的傳動比計算，參考主要零部件設(shè)計計算。 下面討論 執(zhí)行機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)問題：有運動循環(huán)圖可知，裝上工件之后，進刀機構(gòu)完成快進、加工、退刀工作，退后卡盤必須旋轉(zhuǎn)到下一個

5、工機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 4 - 作位置，且在加工和退刀的前半個過程中卡盤必須固定不動，由于卡盤的工作位置為四個，還要滿足間歇和固定兩個工作，于是選擇單銷四槽輪機構(gòu)（或棘輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)與定位銷協(xié)調(diào)）解決協(xié)調(diào)問題，具體實現(xiàn)步驟參考“回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計”。由于進刀機構(gòu)的運動比較復(fù)雜，因此要滿足工作的幾個狀態(tài)，用凸輪廓線設(shè)計的辦法比較容易滿足。廓線的設(shè)計參考主要零部件設(shè)計計算。 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 5 - 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 1、渦輪蝸桿減速器： 采用如圖機構(gòu)，通過渦輪蝸桿加上一個定軸輪系實現(xiàn)了： 2、外嚙合行星齒輪減速器： 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，實現(xiàn)傳動比：

6、 m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n 外嚙合行星輪系減速機構(gòu) 渦輪蝸桿減速機構(gòu) 12345678機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 6 - 3、定軸輪系減速器： 采用如圖采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，實現(xiàn)： m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n 定軸輪 系減速機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 7 - 主要零部件的設(shè)計計算 一、 減速機構(gòu)設(shè)計 ： 方案一：渦輪蝸桿減速機構(gòu) 結(jié)構(gòu)圖如下： 1、蝸桿： m=5mm d=40mm（機械原理， p346,表 10-7） 2、渦輪： (d=mz) m=5mm z

7、2=20 d2=100mm z4=36 d4=180mm 3、齒輪：此齒輪機構(gòu)的中心距 a=135mm,模數(shù) m=5mm，采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱 齒輪傳動， z5=18,z6=36,ha*=1.0,(d=mz,d5=90mm,d6=180mm) 4、傳動比計算： 1440183613612056341216 iiii方案二：外嚙合行星齒輪減速器 ： 結(jié)構(gòu)圖如下： 渦輪蝸桿減速機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 8 - 12345678圖示 z1=10, z2=36, z3=18, z4=21, z5=20, z6=17, z7=14, z8=40 傳動比計算： i18=i12iH6i78 其中 i

8、12= -z2 /z1=-36/10 iH6=1/i6H 182017211113564636 zzzzii HH所以 336017211820182011636 HH ii又 i78=-z8/z7=-40/12 所以 14401240336010367861218 iiiiH方案三：定軸輪系減速器 外嚙合行星輪系減速機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 9 - 圖示 z1=17, z2=51, z3=12, z4=60, z5=12, z6=72, z7=13, z8=52， z9=12, z10=48， z11=48 傳 動比計算： i111=109753111108642 zzzzzz

9、zzzzzz =1440 二、圓柱凸輪 進刀 機構(gòu)設(shè)計： 1、運動規(guī)律 ： 刀具運動規(guī)律：刀具快速進給 60mm，勻速進給 60mm（刀具切入量 5mm,工件孔深 45mm,刀具余量 10mm） ,快速退刀。 因為刀具勻速進給的速度為 2mm/s，由此可得勻速進給的時間為 30s， 設(shè)快速進給的時間為x，快速退刀的時間為 y，又因為其回程和工作的速比系數(shù) K=2，所以可得下列方程： 定軸輪 系減速機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 10 - 30+x=2y (1) 30+x+y=60 (2) (1)(2)兩 個方程聯(lián)立可以得出， x=10s , y=20s 因此可以得出如下圖所示的刀架運動規(guī)

10、律圖： 快進 勻速 快退 60 240 2、凸輪廓線設(shè)計： 進刀機構(gòu)的運動有凸輪的廓線來實現(xiàn)，進刀的方向為安裝凸輪的軸的軸線方向 ，根據(jù)運動的特性， 凸輪選擇圓柱凸輪，按照運動規(guī)律設(shè)計其廓線如下： 6 0 2 4 0 3 6 0 601 2 00 圓柱凸輪轉(zhuǎn)角位 移 ( m m )3 0 7 . 4 65三、 回轉(zhuǎn)工作臺 機構(gòu)設(shè)計： 回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律：四個工作位置，每個工作位置之間相差 90，在工作過程中，旋轉(zhuǎn) 90，停止定位 ，進刀加工，快速退刀后，旋轉(zhuǎn) 90，進行下一個循環(huán)。 在加工和退刀的前半段（即刀具與工件有接觸）時，必須刀架 運動規(guī)律圖 進刀圓 柱凸輪廓線 機械原理課程設(shè)計 說

11、明書 - 11 - 將 工作臺固定，由于卡盤的工作位置為四個，還要滿足間歇和固定兩個工作，1、 采用單銷四槽槽輪機構(gòu)。 其結(jié)構(gòu)圖如下 圖所示： 100100槽輪機構(gòu)中，當(dāng)圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸鎖止弧卡住，故槽輪固定不動；當(dāng)圓銷進入徑向槽時，鎖止弧的自鎖段被松開，槽輪在圓銷作用下旋轉(zhuǎn) ，實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次旋轉(zhuǎn) 90，所以選擇四槽均布槽輪，剛好實現(xiàn)旋轉(zhuǎn) 90的要求。 2、采用棘輪機構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件，有運動循壞圖中可知： 3604.3076036011 k于是得： K2.2 所以 極位夾角大于等于 67.5

12、因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn)90，因此搖桿的擺角也為 90。 單銷四槽槽輪機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 12 - 3、采用不完全齒輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 不完全齒輪的設(shè)計也是為了滿足間歇運動，不完全齒輪上有 1/4 上有齒，因此在嚙合過程中，有齒的 1/4 帶動完全齒輪旋轉(zhuǎn) 90，之后的 270由于沒有齒嚙合，完全齒輪不轉(zhuǎn) 動， 該機 構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，在低速（ 1r/min）的轉(zhuǎn)動中可與忽略齒輪嚙合時的沖擊影響。故也能實現(xiàn)運動規(guī)律。 不完全齒輪 機構(gòu) 棘輪 機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 13 - 四、 圓柱凸輪定位銷機構(gòu)設(shè)計： 由 機構(gòu)運動循環(huán)圖

13、 可以看出，定位銷一共有兩個工作位置 ，刀具在與工件接觸前必須將主軸固定住，刀具離開工件后到再次接觸前（即卡盤旋轉(zhuǎn)時）定位銷必須拔出。由于本機床中采用了槽輪機構(gòu)，該機構(gòu)有固定功能，定位銷的主要作用是輔助定位，起保險作用！ 其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 307.4 397.4 定位圓柱凸輪轉(zhuǎn)角位 移 ( m m )020輔助凸輪廓線 圓柱凸輪定位銷 機構(gòu) 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 14 - 執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的機構(gòu)設(shè)計 一、方案設(shè)計 根據(jù)該機床 包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即主軸箱移動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。 主軸箱移動機構(gòu)的主動件是圓柱凸輪，從動件是刀架，行程中有勻速運動段（稱工作段），并具有急回特性。要滿

14、足這些要求，需要將幾個基本機構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組合方案可以有許多種。 1、減速機構(gòu)的方案有： 、渦輪蝸桿減速機構(gòu) 、外嚙合行星輪系減速機構(gòu) 、定軸輪系減速機構(gòu) 2、 刀架規(guī)律性運動的方案有 ： 、 圓柱凸輪 實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動 ： 、 盤型凸輪 尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動 3、 回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案： 、 單銷四槽槽輪機構(gòu) 、棘輪機構(gòu) 、不完全齒輪機構(gòu) 4、定 位銷方案 ：采用圓柱凸輪機構(gòu)實現(xiàn) 二、方案比較 、減速機構(gòu) 1、 渦輪蝸桿減速器方案分析： 此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。采用蝸桿傳動的主要原因有： 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 15 - 、傳動

15、平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小； 、能 以單級傳動獲得較大的傳動比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊； 、機構(gòu)返行程具有自鎖性； 本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)了： m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n 的大傳動比。滿足了機構(gòu)要求的性能指標(biāo)，而且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。本方案存在的不足：由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相對滑動速度較大，使得摩擦損耗較大，因此傳動效率較低 ，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象。磨損也較嚴(yán)重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料（如錫青銅）來制造渦輪，但成本較高。 2、外嚙合行星齒輪減速器方案分析： 該方案采用漸開線 直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為外嚙合行星齒輪系，采用齒輪機構(gòu)的原因是

16、其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛，且制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中齒輪系為復(fù)合輪系，實現(xiàn)了： m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n 的大傳動比。且具有較高的傳動效率。本方案中存在的不足是，齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。 3、 定軸輪系減速器方案分析： 該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為定軸輪系 ，采用該機構(gòu)的原因是運用廣泛，制造過程簡單，成本 較低，并且具有功率范圍大，傳動效機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 16 - 率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中輪系為定軸輪系

17、，實現(xiàn)了： m in/1rm in/1 4 40 rn 主軸電機n 的大傳動比。本方案中存在的不足是，齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。 、 刀架規(guī)律性運動機構(gòu) 1、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊，但其不足在于凸輪廓線與推桿之間為點 ， 線 接觸，易磨損。 2、盤型凸輪 尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動： 使用盤行凸輪機構(gòu)首先需要加圓錐齒輪等機構(gòu)將軸的傳動方向轉(zhuǎn)變，然后設(shè)計凸輪的廓線。此方案中凸輪的廓線設(shè)計中，其導(dǎo)程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，在計算中難求得精確

18、導(dǎo)程，因此凸輪廓線設(shè)計較復(fù)雜。 故不考慮此方案。 、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu) 1、 單銷四槽槽輪機構(gòu) 該方案采用槽輪機構(gòu) ，是因為該機構(gòu)構(gòu)造簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進行轉(zhuǎn)位。本方案中 的不足在于在槽輪機構(gòu)的傳動過 程中往往存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。 此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，因此槽輪機構(gòu)能夠滿足要求。 2、棘輪機構(gòu) 該方案采用棘輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運動可靠，而機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 17 - 且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié) ，與曲柄搖桿機構(gòu)配合使用使其具有急回特性 。本方案中 的不足在于棘輪機構(gòu)在工作時 有較大的沖擊

19、和噪音，而且運動精度較差 ，常用于速度較低和載荷不大的場合。 此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，沖擊可以忽略，對于精度要求不是太高，因此該機構(gòu)能夠滿足要求。 3、不完全齒輪機構(gòu) ： 該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標(biāo)準(zhǔn)件，有很好的互換性，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。此機構(gòu)的不足是由于在進入嚙合時有沖擊，會產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)， 此機構(gòu)能夠滿足使用要求。 、圓柱凸輪定位銷機構(gòu) 該方案 采用 圓柱凸輪 機構(gòu) 和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成 ， 采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要 適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推

20、桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單 緊湊。 本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點 ，線接觸，易磨損。 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 18 - 最終設(shè)計方案和機構(gòu)簡介 一、 方案選擇： 經(jīng)過方案分析與比較， 該機構(gòu)最終選擇如下方案組合： 1、 電機選擇 Y132S-4 型異步電動機 。 該電動機額定功率 P=5.5KW,滿載轉(zhuǎn)速 n=1440r/min。 扭矩和功率均能滿足工作要求。 2、 傳動、減速機構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機構(gòu) 。蝸輪蝸桿的最大優(yōu)點就是能實現(xiàn)大傳動比， 結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間較小，傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小，并且反行程能自鎖 。使用該機構(gòu)對于機床的 支撐外型和

21、外觀造型設(shè)計有很大優(yōu) 勢。 3、 進刀方案選擇圓柱凸輪進刀 。使用圓柱凸輪的主要原因是設(shè)計方便，通過廓線的設(shè)計可以完成比較復(fù)雜的進刀動作，圓柱凸輪的廓線較盤形凸輪簡單，操作方便。 4、 卡盤轉(zhuǎn)動選擇不完全齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較之其他機構(gòu)加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標(biāo)準(zhǔn)件，有很好的互換性，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。 還有使用該機構(gòu)最大的優(yōu)點是傳動比具有可分性，在中心距發(fā)生變化的情況下傳動比也能保持不變，保證了機床精度。 5、定位主要采用圓柱凸輪定位銷機構(gòu)。 凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成 ，采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動

22、規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊，更便于設(shè)計。 二、方案簡介及運動分析： 根據(jù)上述選擇的方案可得如下圖所示的機構(gòu)運動簡圖 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 19 - 12345 67 8 9101112AA工作過程：電機 12 輸出 1440r/min 的轉(zhuǎn)速，由蝸輪蝸桿減速機構(gòu)將速度減為 1r/min 帶動凸輪 10 轉(zhuǎn)動，由凸輪廓線的特性帶動主軸箱完成快進、勻速、快退的運動過程 。同時定位齒輪 1 將運動傳導(dǎo)不完全齒輪 4 和凸輪 2，使工件 每分鐘旋轉(zhuǎn) 90（ 15 秒 旋轉(zhuǎn)， 45 秒間歇），通過 2 的廓線設(shè)計，使得 旋轉(zhuǎn)完間歇期間由定位銷定住，在旋轉(zhuǎn)的期間定位銷松開。這樣就滿足了機床的工作要求。 專用自動機床機構(gòu)簡圖 1、定位齒輪 2、定位銷 專 用圓柱凸輪 3、 定位銷連桿 4、不完全齒輪 5、定位銷 6、工件 7、刀具 8、主軸箱 9、刀具專用電機 10、 進刀圓柱凸輪 11、蝸輪蝸桿減速器 12、電動機 機械原理課程設(shè)計 說 明書 - 20 - 參考資料 1、 孫桓，陳作模等主編 .機械原理 .第六版 .北京：高等教育出版社， 2001 2、 王三民主編 .機械原理與設(shè)計課程設(shè)計 .機械工業(yè)出版社， 2005 3、王三民主編 .機械原理課程設(shè)計 .西北工業(yè)大學(xué)講義， 2001