1、機械原理課程設計說明書目錄第一章設計要求第二章功能分解第三章機構對比選用第四章機構組合第五章傳動設計方案設計第六章運動協調性設計第七章 機構設計 . 第八章方案的評價參考資料 .第一章概述及其設計要求1.1 功能要求半自動鉆床機能夠實現送料、定位、和孔的一體化功能。設計要求的機床的進料機構工作行程大于等于40mm動力鉆頭工作行程大于18mm電動機轉速1450r/min ,每分鐘1件構件加工好。半自動鉆床機由送料機構，定位機構，進刀機構以及電動機組成。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，最終由進刀機構負責動力頭的升降來進行鉆孔工作。選擇送料機構時要考慮到被加工的構件

2、的形狀，送料機構要以直 線、間隙、定量地將要加工的構件送入加工臺，可用來回往復移動構 件走直線軌跡段推構件向前進，用定位機構來定住構件的要被加工的 位置，加緊之后再鉆，打好孔之后再退刀，退出時可以用送料機構送 的構件推出加工臺，以此來實現循環加工。10020030045o6007509001050270030003600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慢進快 退休 止1.2 設計任務要求1 .半自動鉆床至少包括凸輪機構、齒輪機構在內的三種機構；2 .設計傳動系統并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統圖；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圖；4 .

3、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 動件運動規律線圖及凸輪廓線圖；5 .設計計算其他機構；6 .編寫設計計算說明書；1.3 方案提示要求設計該半自動鉆床的送料、定位、及進刀的整體傳動系統。 其中：1 .鉆頭由動力頭驅動，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 構運動循環要求見下表。3 .可采用凸輪軸的方法分配協調各機構運動。1.4 設計數據及工件尺寸加工工件第二章功能分解半自動鉆床的工作原理是利用轉

4、頭的旋轉和進刀切削掉工件的余料而得到工件尺寸形狀。工藝動作過程由送料定位 鉆孔三部分組成。各個機構的運動由同一電機驅動， 運動由電動機經過減速裝置后分為兩路，一路隨著傳動傳動皮帶傳送動力到定位機構和送料機構， 分別帶動凸輪做轉動控制四桿機構對工件的定位和帶動凸輪四桿機構控制推桿做往復直線運動。另一路直接傳動到鉆頭的進退刀機構， 控制鉆頭的進退。基本運動為：推桿的往復直線運動，定位機構的間歇運動和鉆頭的 往復運動。止匕外，還要滿足傳動性能要求：1送料 定位 進刀機構在凸輪軸不同轉角時候快慢行程不同。2各個機構之間的配合相互有序，滿足凸輪軸轉角對應的性能要求。第三章機構選用根據前述設計要求，送料機

5、構應該做往復運動，并且必須保證工作 行程中有快進、休止和快退過程。定位機構也有休止、快進、快退過 程。進刀機構有快進和慢進、快退和休止過程。此外三個機構之間還要滿足隨著凸輪軸轉角不同完成動作的過程不同且相互配合。這些運動要求不一定完全能夠達到，但必須保證三者之間相互滿足凸輪不同 角度時候配合完好，以及送料機構的往復運動和進刀機構的往復循環 及各個機構的間歇運動。I變速機構：方案一：A1由于電動機的轉速是1450r/min ,而選用設計要求 的主軸轉速為1r/min。可以考慮利用行星輪進行大比例的降速， 然后采用蝸輪變向。方案二：A2利用定軸輪系傳動；傳動比=n輸入/n輸出=1450/1=145

6、0 , 因為傳動比很大，所以要用多級傳動。II送料機構的選型：方案一：B1直接采用凸輪滑塊機構，并且在輪同軸的齒輪組合中加 入不完全齒輪以滿足間歇休止運動要求。方案二：B2采用凸輪與四桿機構的組合結構實現既有快慢變化的運 動又有休止的間歇運動。方案三：B3采用一個六桿機構來代替曲柄滑塊機構，由于設計的鉆床在空間上傳動軸之間的距離有點大，故一般四桿機構很難實現這種遠距離的運動。再加上用四桿機構在本設計中在尺寸上很小。 所以考慮到所設計的機構能否穩定的運行因此優先選用了如下圖的六桿機構來實現 。出定位機構選型方案一：C1利用四桿機構中死點的積極作用，選取凸輪結合夾緊機 構共同作用達到定位機構和間歇

7、定位的要求。方案二：C2定位系統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，它就可以滿足實際要求了。IV進刀機構方案一：D1為了達到輸出間歇運動同時能夠做到循環往復運動,采用凸輪機構和扇形齒與齒條配合，中間采用連桿帶動。先 把回轉運動動力轉化為扇形齒的往復擺動，在通過齒輪傳遞 給齒條，增加一個齒輪的目的是為了使傳動更加的平穩可 靠。方案二：D2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

8、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，擺桿轉動的幅度 也是等于齒廓轉動的幅度，兩個齒輪來傳動也具有穩性。第四章機構組合上述各機構方案擇優形成如下的機械系統運動方案組合機械系統方案E1E2E3變速機構A2A1A1送料機構B3B1B2定位機構C1C2C1進刀機構D2D1D1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

9、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。盤形凸輪機構把轉動動力輸入給四桿機構中 的一個桿件從而轉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滑塊的往復運動。 同時設計凸輪尺 寸來滿足滑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。先把回轉運動動力轉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

10、可靠。方案2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較大幅度的速度轉變， 相比單純的采用齒輪傳動，次方法的選用更加經濟成本相對較低， 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，占據空間也較小。送料裝置如果采用凸輪滑塊機構，雖然可以實現滑塊的往復運動， 但是不能夠保證滑塊能夠實現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 穩定的傳動，對

11、制造出的工件精度很難保證質量。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，以及結合產品結構簡單、緊湊、制造方便、低成本等性能指標，選取設計方案 E1/。實際采用的半自動鉆床運動方案如下圖所示：1電動機2定軸齒輪3蝸輪4凸輪5連桿6工件毛坯7滑塊8鉆頭9齒輪10扇形齒輪11彈簧12連桿13夾具14連桿15凸輪16皮帶半自動鉆床運動簡圖第五章傳動設計方案設計傳動比分配 根據電動機的轉速和工件生產的速度，確定系統總的傳動比為i=n 輸入/n 輸出=1450/1=1450對于定軸齒輪轉動部分，由齒輪傳動的強度確定齒輪的標準模數m=4.3齒輪齒數：設定Z1=20,因為

12、齒輪1直接與電動機連接，所以n1 = 1450令 i12=n1/n2=Z2/Z1=4 所以 n2=362.5 z2=80令 Z2 '=20, n 2'=n2=362.5 360i2'3=5=n2 '/n3=Z3/Z2 ' 所以 n3=72, Z3=100最后確定蝸桿齒數蝸桿轉速53=72,所以i=72/1=72所以n蝸桿=1, Z蝸桿=72齒輪參數模數（mm壓力角（° ）齒數（個）直徑（mrm齒輪14202080齒輪242080320齒輪2'4202080齒輪342072288第六章運動協調性設計鉆床進刀鉆孔和退刀為一個運動循環。應該保

13、證鉆床在鉆孔運動 循環中，定位裝置和送料裝置和鉆頭在時間和凸輪轉動角度上相互協 調。根據半自動鉆床各執行機構的運動要求， 繪制機構系統的運動循 環圖如下：1凸輪擺桿進刀機構的設計：(1) .由進刀規律，我們設計了凸輪擺桿機構，又以齒輪齒條的嚙合來實現刀頭的上下運動；(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弧形齒條的來回擺動，從而實現要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使滾子與凸輪保持接觸.刀具的運動規律就與凸輪擺桿的運動規律一致;(3) .弧形齒條所轉過的弧長即為刀頭所運動的的距離。具體設計步驟如下：1 .根據進刀機構的工作循環規

14、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B為18° ,凸輪轉角入=0-60 ° ,(3=0° ；凸輪轉角入=60° -270° ,刀具快進，(3=5° ,凸輪轉角入=270 -300 ;凸輪轉角入=300° -360 , 8=0°2 .設計圓形齒條，根據刀頭的行程和凸輪的擺角，設計出圓形齒輪 的半徑 r=l/ (3 ,由 B =18° , l=20mm ,3 .得至U r=63.69mm,如圖 7-2圖7-22凸輪推桿滑塊機構的設計：凸輪設計凸輪機構采用直動滾子盤

15、行凸輪，且為力封閉凸輪機構，利用彈簧力來使滾子與凸輪保持接觸，實現定位功能。只要適當地設計 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=25凸輪轉角入=0° -100 ° ,定位機構休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉角入=100° -285 ° ,定位機構快進，推桿行程h=25mm;凸輪轉角入=285° -300 ° ,定位機構休止，推桿行程h=0mm;凸輪轉角入=300 -360 ,定位機構快退，推桿行程h=-25mm;設計偏心距e

16、=25的原因是因為此凸輪執行的是定位，其定位桿的 行程為25故如此設計。 連桿機構設計：采用如下機構來送料，根據要求，進料機構工作行程為40mm可取ABCD4干機構的極位夾角為12度，則由180 (K -1)9 =K 1得K=1.14,急回特性不是很明顯，但對送料機構來說并無影響。根據四桿機構的急回特性計算得各桿尺寸：AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設計要求，即滑塊的左右運動為40, ABCD勺極位夾 角為12度。第八章方案評價1運動鏈的選擇選擇帶傳動代替原來的齒輪傳動不僅能夠滿足動力傳動的要求，同樣可以節省機構占用空間，簡化機械的構

17、造，降低制造的費用，減輕 機構的重量，有利于降低成本提高機械效率。可以減少各個零件制造 誤差而形成的運動鏈的運動累計誤差，從而提高零件加工的工藝性和 工作可靠性，提高傳動精度。因此，在選型的時候有時寧可采用具有 較小設計誤差但結構簡單的近似機構，而不是采用理論上沒有誤差但 結構復雜的機構。止匕外，為了減少構件的數目還有利于提高系統的剛 性。因此此方案中采取了機構簡單實際工作軌跡近似的裝置代替了理 論上完全達到要求而實際設計制造很不方便的機構。2傳動比的分配運動鏈的傳動比的分配是否合理將直接影響機械系統的結構尺寸。采用渦輪蝸桿結合定軸齒輪結構代替星系結構不僅可以滿足大幅度 減速的要求，同樣可以減少空間的浪費和材料的使用，節約成本。在 安排傳動比分配的時候運動鏈逐級減速， 可以使得各級中間軸有較高 的轉速及較小的轉矩，從而可以使軸及軸上零件有較小的尺寸， 是機 構較為緊湊。3動力源的選擇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，應優先考慮傳動的效率，節約能源，降低運 轉費用和維修費用。3：當執行機構要求變速