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1、徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書 專業(yè)綜合訓練說明書 設計題目： 半自動鉆床 班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 成 績： 時 間： 目錄 一、 設計要求 -------------------------------------------------------02 二、 原動機的選擇 ------------

2、---------------------------------------04 三、設計工作原理 -------------------------------------------------05 四、功能分解圖，執(zhí)行構件動作 ----------------------------07 五、運動方案的選擇 --------------------------------------------09 六、執(zhí)行機構設計過程及尺寸計算 --------------------------12 七、機構運動總體方案圖（機構運動簡圖）---------------16 八、工作循環(huán)

3、圖 -----------------------------------------------------18 九、 對設計結果進行分析與討論 -----------------------------------------------19 十、 參考文獻 --------------------------------------------------------------------------20 計 算 與 說 明 主要結果 一、 設計要求 1.1設計題目 設計加工所示工件Φ

4、12mm孔的半自動鉆床。進刀機構負責動力頭的升降，送料機構將被加工工件推入加工位置，并由定位機構使被加工工件可靠固定。 半自動鉆床凸輪軸設計數(shù)據(jù) ` 進料機構 工作行程 /mm 定位機構 工作行程 /mm 動力頭 工作行程 /mm 電動機轉(zhuǎn)速 /(r/min) 工作節(jié)拍 （生產(chǎn)率） /（件/min） A 40 30 15 1450 1 1.2設計任務 1.半自動鉆床至少包括凸輪機構、齒輪機構在內(nèi)的三種機構； 2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖； 3. 圖紙上畫出半自動鉆床的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖；

5、4.凸輪機構的設計計算。按各凸輪機構的工作要求，自選從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及凸輪廓線圖； 計 算 與 說 明 主要結果 5.設計計算其他機構； 6.編寫設計計算說明書； 1.3設計提示 1.鉆頭由動力頭驅(qū)動，設計者只需考慮動力頭的進刀（升降）運動。 2. 除動力頭升降機構外，還需要設計送料機構、定位機構。各機構運動循環(huán)要求見下表。 3. 可采用凸輪軸的方法分配協(xié)調(diào)各機構運動。 機構運動循環(huán)要求表

6、 10 20 30 45 60 75 90 105～270 300 360 送料 快進 休止 快退 休止 定位 休止 快進 休止 快退 休止 進刀 休止 快進 快進 快退 休止 計

7、 算 與 說 明 主要結果 二、 原動機的選擇 2.1原動機的分類 原動機的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類： A 一次原動機 此類原動機是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為一次原動機。屬于此類原動機的有柴油機，汽油機，汽輪機和燃汽機等。 B二次原動機 此類原動機是將發(fā)電機等能機所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，因此稱為二次原動機。屬于此類原動機的有電動機，液壓馬達，氣壓馬達，汽缸和液壓缸等。 選擇原動機時需考慮的因素： 1：考慮現(xiàn)場能源的供應情況。 2：考慮原動機的機械特性和工作制度與工作相匹配。 3：考

8、慮工作機對原動機提出的啟動，過載，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速和控制等方面的要求。 4：考慮工作環(huán)境的影響。 5：考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。 6：為了提高機械系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，須考慮經(jīng)濟成本：包括初始成本和運轉(zhuǎn)維護成本。 綜上所述，在半自動鉆床中最益選擇二次原動機中的電動機作為原動件。 計 算 與 說 明 主要結果 三、 設計工作原理 3.1機構的工作原理 該系統(tǒng)由電機驅(qū)動，通過變速傳動將電機的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動軸相連的凸輪機構控制送料，定位，和進刀等工藝動作，最后由凸輪機 通過齒輪傳動帶動齒條上下平穩(wěn)地運動,

9、這樣動力頭也就能帶動刀具平穩(wěn)地上下移動從而保證了較高的加工質(zhì)量，簡圖如下： 3.2傳動機構的選擇和工作原理 （1）傳動機構的作用 1：把原動機輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機構所需的轉(zhuǎn)矩或力。 2：把原動機輸出的速度降低或提高，以適應執(zhí)行機構的需要。 3：用原動機進行調(diào)速不經(jīng)濟和不可能時，采用變速傳動來滿足執(zhí)行機構經(jīng)常調(diào)要求 4：把原動機輸出的等速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變 5：實現(xiàn)由一個或多個動力機驅(qū)動或若干個速度相同或不同的執(zhí)行機構。 6：由于受機體的外形，尺寸的限制，或為了安全和操作方便，執(zhí)行 計 算 與 說 明 主要結果 機構不宜與原動機直接連接時，也

10、需要用傳動裝置來聯(lián)接。 （2）傳動機構選擇的原則 1：對于小功率傳動，應在考慮滿足性能的需要下，選用結構簡單的傳動裝置，盡可能降低初始費用。 2：對大功率傳動，應優(yōu)先考慮傳動的效率，節(jié)約能源，降低運轉(zhuǎn)費用和維修費用。 3：當執(zhí)行機構要求變速時，若能與動力機調(diào)速比相適應，可直接連接或采用定傳動比的傳動裝置；當執(zhí)行機構要求變速范圍大。用動力機調(diào)速不能滿足機械特性和經(jīng)濟性要求時，則應采用變傳動比傳動；除執(zhí)行機構要求連續(xù)變速外，盡量采用有級變速。 4：執(zhí)行機構上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時應加過載保護裝置。 5：主，從動軸要求同步時，應采用無滑動的傳動裝置。 6：動裝置的選用必須

11、與制造水平相適應，盡可能選用專業(yè)廠生產(chǎn)的標準傳動裝置，加減速器，變速器和無級變速器等。 計 算 與 說 明 主要結果 四、 功能分解圖，執(zhí)行機構動作 4.1功能分解圖如下圖 4.2執(zhí)行構件的選擇 1.減速傳動功能 選用經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實現(xiàn)我設計的傳動。 2.定位功能 由于我們設計的機構要有間歇往復的運動，有當凸輪由近休到遠休運動過程中,定位桿就阻止了工件滑動，當凸輪由遠休到近休運動過程中可通過兩側(cè)的彈簧實現(xiàn)定位機構的

12、回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運動完成了此功能。、 3.進料功能 計 算 與 說 明 主要結果 進料也要要求有一定的間歇運動，我們可以用復位彈簧來實現(xiàn)，然后通過桿件連續(xù)作用于加工原件上的力來實現(xiàn)建工元件的連續(xù)傳遞，實現(xiàn)進料。 4.進刀功能 采用凸輪的循環(huán)運動,推動滾子使?jié)L子擺動一個角度,通過杠桿的擺動弧度放大原理將滾子擺動角度進行放大.可增大刀具的進給量,在杠桿的另一端焊接一個 圓弧齒輪,圓弧齒輪的擺動實現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動,齒輪的轉(zhuǎn)動再帶動動力頭的升降運動實現(xiàn)進刀. 計 算 與 說 明 主要結果 五、運動方案

13、的選擇 5.1 減速機構： 定軸輪系傳動；傳動比 =n輸入/n輸出 =750傳動比很大，要用多級傳動。如圖： 5.2 進刀機構 采用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪齒條機構.因為我們用一個擺動滾子從動件盤行凸輪機構來傳遞齒輪機構，當進刀的時候，凸輪在推程階段運行，很容易通過機構傳遞帶動齒輪齒條嚙合.帶動動刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩(wěn)性.。 計 算 與 說 明 主要結果 5.3 送料系統(tǒng)： 采用凸輪機構實現(xiàn)送料的快進、休止、快退、休止，先由主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪將工件運至加工位置

14、，然后由彈簧的回復力士桿件帶動凸輪回到原位置，實現(xiàn)一個運動過程，此后，凸輪往復循環(huán)運動，實現(xiàn)送料的連續(xù)。 5.4 定位系統(tǒng)： 定位系統(tǒng)采用的是一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，因為定位系統(tǒng)要有間歇，所以就要使用凸輪機構，但如果是平底推桿從動件，則凸輪就 計 算 與 說 明 主要結果 會失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機構的結構就會很大，也不求實際，所以就采用一個偏置直動滾子從動件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實際要求了。 計 算 與 說 明 主要結果 六、執(zhí)行機構設計過程及尺寸計算 6.1 送

15、料凸輪機構機構采用如下分析 凸輪機構采用直動滾子端面柱體凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)進料功能。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應快速，機構簡單緊湊。具體設計如下: 設計基圓半徑r0=20mm, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-30,送料機構快進,推桿行程h=40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30-45,送料機構休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=45-90, 送料機構快退,推桿行程h=-40mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90-360, 送料機構休止,推桿行程h=0mm; 6.2 進刀機構的設計 《1》.凸輪擺桿機構

16、的設計： (1).由進刀規(guī)律，我們設計了凸輪擺桿機構，又以齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn)刀頭的上下運動； 計 算 與 說 明 主要結果 (2).用凸輪擺桿機構和圓弧形齒條所構成的同一構件，凸輪擺桿從動件的擺動就可以實現(xiàn)弧形齒條的來回擺動，從而實現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運動規(guī)律就與凸輪擺桿的運動規(guī)律一致； (3).弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設計步驟如下： 1.根據(jù)進刀機構的工作循環(huán)規(guī)律,設計凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長度d=65mm，最大擺角β為18

17、, 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-55,β=0; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=55-270，刀具快進，β=18 凸輪轉(zhuǎn)角λ=270-300,β=0 凸輪轉(zhuǎn)角λ=300-360 2.設計圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設計出圓形齒輪的半徑r=l/β,由β=18, l=15mm， 3.得到r=47.78mm， 《2》進刀連桿機構： 根據(jù)要求，進刀機構工作行程為15 mm，可取BCDE四桿機構的極位夾角為10度，則由 得K=1.12，急回特性不是很明顯，對進刀機構來說并無影響。 各桿尺寸： AB=75 BC=30.2 CD=88 DE=11.5 BE=100 EF=4

18、7.78 計 算 與 說 明 主要結果 以上尺寸滿足要求。 6.3 定位凸輪推桿機構的設計： 凸輪機構采用直動滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實現(xiàn)定位功能。只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運動規(guī)律，滿足加工要求，而且響應快速，機構簡單緊湊。具體設計如下: 設計基圓半徑r0=40mm,偏心距e=30 凸輪轉(zhuǎn)角λ=0-15,定位機構休止,推桿行程h=0mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=25-30,定位機構快進,推桿行程h=30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=30-50,定位機構休止,推桿行程h=0mm; 凸

19、輪轉(zhuǎn)角λ=50-90,定位機構快退,推桿行程h=-30mm; 凸輪轉(zhuǎn)角λ=90-360 ,定位機構休止，推桿行程h=0mm; 設計偏心距e=30的原因是因為此凸輪執(zhí)行的是定位，其定位桿的行程為30故如此設計。 6.4 行星輪系的計算: 用行星輪系傳動 傳動比 =n輸入/n輸出 =725 傳動比很大，要用多級傳動。然后由主軸輸出，在經(jīng)過帶輪傳遞到凸輪軸。 計 算 與 說 明 主要結果 選用如圖所示的行星輪傳動，經(jīng)過比較設計皮帶傳動機構與齒輪系傳動機構的相應參數(shù)如下表： 皮帶輪參數(shù) 名稱

20、 皮帶輪1 皮帶輪2 半徑（mm） 50 100 齒輪參數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（） 齒數(shù)（個） 直徑（mm） 齒輪1 2 20 145 145 齒輪2 2 20 181 181 齒輪2 2 20 25 25 齒輪3 2 20 20 20 計 算 與 說 明 主要結果 七、機構運動總體方案圖（機構運動簡圖） 綜上所述各機構方案擇優(yōu)形成如下的機械系統(tǒng)運動方案組合。 機械系統(tǒng)方案 E1 E2 E3 變速機構 A2 A1 A1 送料機構 B3 B1

21、 B2 定位機構 C1 C2 C1 進刀機構 D2 D1 D1 方案1的設計矩陣為E1={A2 B3 C1 D2} 鉆床的變速裝置采用定軸齒輪變速，由于設計要求傳動比=n輸入/n輸出 =1450/1=1450 ,非常大，此時再結合蝸輪蝸桿傳動可以大幅度降速。 機構的送料裝置采用由凸輪與四桿機構的組合結構，此組合機構既可以滿足設計要求同時相對于其他的滿足同樣要求的機構又具有尺寸小和運動可靠的特點。盤形凸輪機構把轉(zhuǎn)動動力輸入給四桿機構中的一個桿件從而轉(zhuǎn)化為這個桿件的往復運動，此機構中的四桿機構為雙搖桿機構，由此雙搖桿機構實現(xiàn)滑塊的往復運動。同時設計凸輪尺寸來滿足滑

22、塊的間歇運動和快慢交替的變速運動。 機構的定位機構由凸輪機構結合四桿機構的死點來夾住工件，并按要求設計凸輪的外形尺寸以滿足定位機構同樣滿足間歇運動和休止。機構的進刀機構由輪機構和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先把回轉(zhuǎn)運動動力轉(zhuǎn)化為扇形齒的往復擺動，在通過齒輪傳遞給齒條，增加兩個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩(wěn)可靠。 優(yōu)化方案的設計矩陣為E2={A1 B1 C2 D1}。 半自動鉆床的變速機構采用行星輪可以實現(xiàn)較大幅度的速度轉(zhuǎn)變，相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經(jīng)濟成本相對較低，而且具有傳動效率高,結構簡單,傳動比大的特點,可滿足具有較大傳動比的工作要求，占據(jù)空間也較

23、小。 計 算 與 說 明 主要結果 送料裝置如果采用凸輪滑塊機構，雖然可以實現(xiàn)滑塊的往復運動，但是不能夠保證滑塊能夠?qū)崿F(xiàn)間歇休止并且配合好其他機構。 采用C2 類型的定位裝置可以滿足設計要求，但是整個半自動鉆床的空間尺寸有限這樣的設計務必會占用較大的空間從而使材料的使用增多，浪費了材料。 進刀機構采用D1時候能夠滿足設計要求，但是機構構件之間缺乏穩(wěn)定的傳動，對制造出的工件精度很難保證質(zhì)量。 更具鉆床每分鐘完成一個工件的鉆孔的設計要求，并且選用能夠提供間歇運動的機構，以及結合產(chǎn)品結構簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標，選取設

24、計方案E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示： 計 算 與 說 明 主要結果 八、工作循環(huán)圖 鉆床進刀 鉆孔和退刀為一個運動循環(huán)。應該保證鉆床在鉆孔運動循環(huán)中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉(zhuǎn)動角度上相互協(xié)調(diào)。根據(jù)半自動鉆床各執(zhí)行機構的運動要求，繪制機構系統(tǒng)的運動循環(huán)圖如下： 30 60 送料 定位 30 60 10 90 進刀 90 180

25、 270 360 （7.55s） （15s） （22.5s） （30s） 計 算 與 說 明 主要結果 九、對設計結果進行分析討論 通過本次課程設計，我感受到了設計過程中的艱辛。設計之初感覺根本無處下手，后來通過查閱資料以及在同學和老師的的熱心幫助下，根據(jù)任務書和指導書上的要求，結合自己平時所學習的理論基礎終于順利地完成了本次機械設計課程設計。在此我

26、要衷心地感謝我的老師和我的同學。 由于時間關系，本次課程設計還存在一些不足。在計算方面，計算的數(shù)據(jù)比較粗糙以及有些機構和零部件的計算沒有，例如軸和軸承部分的計算就省去了。模型仿真也存在瑕疵，模型可能比較粗糙，導致仿真的效果一般。 通過這次課程設計，我對本學期學習的機械設計課程有了更好的理解，也對以前學習的機械原理課程以及機械專業(yè)相關課程一個綜合運用。同時也認識到自己在某些方面的知識比較欠缺，需要不斷地學習。最重要的是通過本次課程設計，我體驗了如何將理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)實際所需。讓我更早接觸機械設計有關的要領和技能，為以后的畢業(yè)設計打好了基礎。更為以后走出學校走向崗位奠定良好的基石。 計 算 與 說 明 主要結果 十、參考文獻 [1]濮良貴，紀名剛，機械設計[M]，北京：高等教育出版社，2006.5（1012.12重?。? [2]孫恒，陳作模，葛文杰，機械原理[M]，北京：高等教育出版社，2008. [3聞邦椿，機械設計手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2010. [4]裘建新，機械原理課程設計[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2011. 22