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1、自动钻床送进机构设计说明书班级：08车辆3班组长： 学号：指导老师： 2011年6月10日 目录第一章 问题的提出- 1 -1.1 项目背景- 1 -1.2 设计要求- 1 -第一章 设计方案的选择- 2 -2.1关键问题- 2 -2.2 本项目采用方案- 4 -第三章 机构运动分析- 5 -3.1 确定凸轮尺寸- 5 -3.2 确定各构件尺寸- 7 -第四章 机构仿真- 9 -4.1凸轮仿真- 9 -4.2 钻头运动曲线- 10 -第五章 强度校核- 11 -5.1 凸轮压力角验算- 11 -5.2 凸轮材料选择- 13 -结束语- 14 -参考文献- 15 -附录- 16 -第一章 问题的
2、提出 1.1 项目背景 钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。主要分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床等等。该项目主要运用于台式钻床。台式钻床简称台钻，是一种体积小巧，操作简便，通常安装在专用工作台上使用的小型孔加工机床。台式钻床钻孔直径一般在13毫米以下，最大不超过16毫米。其主轴变速一般通过改变三角带在塔型带轮上的位置来实现，主轴进给靠
3、手动操作。在台式钻床中，钻床主轴的进给运动一般是用手操纵的，往往要耗费许多时间。据统计测算，在很多情况下，用于其它辅助工作的时间比真正用于钻孔的时间多好几倍，而用于操纵的时间又占其它辅助工作时间的31%40%。因此，要提高生产率，就要对钻床进行自动化改装，其中的一个重要方面就是实现钻削工作循环的自动化，如果将送料、定位、进刀都改成自动化的，则会增加成本以及增大机构体积等。该设计主要实现钻削工作循环的自动化，即采用自动送进机构，以减少操纵所用的时间。1.2 设计要求 如图1所示、设送进机构的输入运动为构件1的匀速回转，其转速为n1，输出运动为刀具（钻头）的直线往复运动，行程为HH1H2，P为钻削
4、时所受到的阻力。原始数据如下表所示：构件1转速（转 分）H1(mm)H2(mm)钻削时的送进速度V(mm /S)钻削时钻头所受到的阻力P(N)钻头其它行程受到阻力P0(N)题11025201.6823000对刀具运动的具体要求是1) 由A到B，刀具的行程为H1，为刀具趋近工件的行程，要求刀具具有较高的速度；2) 由B到C，刀具的行程为H2，为钻削时的送进行程。要求刀具能够以匀速V或近似匀速送进，以保证钻孔动作的完成和钻孔质量；3) 由C返回到A，刀具的行程HH1H2，为刀具的抬起（退回）行程，要求刀具具有较高的速度，其平均速度与钻削时的平均速度之比（行程速比系数）K达到或接近于2；4) 刀具退
5、回到A时，能够在此位置停歇2秒左右，以便装卸工件。除了以上运动要求外，还要求机构具有良好的传动性能，结构紧凑、经济实用。第一章 设计方案的选择2.1关键问题本题目主要是要求机构： 实现将主动件的单向均速连续转动转变为刀具的直线往复运动； 实现一定的行程速比系数； 实现刀具的间歇运动。下面将工程常用的能够实现上述要求的机构归结如下： （1）将转动转变为移动的机构连杆机构：如对心（偏置）曲柄滑块机构。（如图2） 图 2 凸轮机构：如直动从动件盘形凸轮机构。（如图3） 图 3齿轮机构：如齿轮齿条机构。（如图4） 图 4 组合机构：如凸轮连杆组合机构，齿轮连杆组合机构。 （2）具有急回特性的机构连杆机
6、构：如曲柄摇杆机构，偏置曲柄滑块机构，摆动导杆机构。凸轮机构 （3）实现间歇运动的机构 凸轮机构： 利用连杆轨迹曲线实现的间歇运动机构 组合机构：如齿轮连杆组合机构，凸轮连杆组合机构。 棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构2.2 本项目采用方案通过使用摆动滚子从动件盘形凸轮机构以及齿轮传动、齿轮齿条传动达到要求。当进刀时，凸轮的推程阶段运行，通过齿轮齿条传动带动钻头完成钻孔。通过杠杆的放大原理将凸轮的一段的运动幅度放大，达到项目要求。同时两个齿轮传动具有稳定性。弹簧使滚子和凸轮行成力闭合。根据设计思路得出草图5。 图 5由于原动机的速度太快直接带动的话不能满足要求，需要减速，这里采用齿轮减速，如
7、图6所示。 图 6第三章 机构运动分析 3.1 确定凸轮尺寸构件1转速（转 分）H1(mm)H2(mm)钻削时的送进速度V(mm /S)钻削时钻头所受到的阻力P(N)钻头其它行程受到阻力P0(N)题11025201.6823000由于考虑到钻头的推程和回程之间的速度相反，为了避免产生刚性冲击，决定推程采用正弦加速度运动规律，回程采用等加速，等减速运动运动规律返回原来位置。设为推程的时间，为进刀25mm时的时间。摆杆AB的最大摆角为 考虑到摆角不能太大，因为H=45mm取 则AC=86mm则凸轮运动轨迹为： 图 7建立直角坐标系，建坐标原点选在O，x轴沿OA方向，如图8所示。 为使主动件受力变小
8、，则AB杆应当适当长一些。另AB为200mm，凸轮基圆半径为70mm，滚子半径为10mm，则 OB为80mm 由上图中的几何关系可以写出 式中所以凸轮理论轮廓线的方程式为因为滚子半径，所以凸轮实际轮廓线的方程式为 3.2 确定各构件尺寸由n=10 r/min得w=/3 rad/s T=6s而实际凸轮周期为 图 8采用标准直齿圆柱齿轮（图8），传动比 令小齿轮的齿数为则 取模数m=2.5 则因为AC=86mm选择模数m=2.5 ，该齿轮齿数为最后两个齿轮的作用是使凸轮的推程和道具的进刀一致，所以这对齿轮采用标准直齿圆柱齿轮。取m=2.5而齿条长度必大于45mm 加上余量取齿条长度为55mm综上可
9、得（如图9） 图 9第四章 机构仿真4.1凸轮仿真运用凸轮参数化仿真软件可得出各种数据（见附表）根据数据用excel绘制凸轮轮廓：（如图10） 图 10 凸轮角度角位移曲线为：（如图11） 图 11 凸轮角度速度曲线为：（如图12） 图 12凸轮角度加速度曲线为：（如图13） 图 13 4.2 钻头运动曲线由于钻头的位移H= 所以钻头的时间位移曲线为：（如图14） 图 14钻头的时间速度曲线为：（如图15） 图 15钻头的时间加速度曲线为：（如图16） 图 16 第五章 强度校核 5.1 凸轮压力角验算有数据可得压力角的分布图为：（图17） 图 17由图可知推程阶段最大压力角为，回程最大压力角
10、为，根据仿真软件可得以下结论：（如图18） 图 18 5.2 凸轮材料选择凸轮材料、公差及表面粗糙度 1 凸轮和从动件接触端常用材料、热处理及极限应力HO 凸轮工作条件：低速轻载 凸轮材料：40、45、50 从动件接触端材料：45 凸轮转速n=1.52r/min结束语经过将近一个学期的努力，将半自动钻长送进机构完成。通过这次机械综合设计，我发现了很多问题，看到了自身不足，同时也收获了很多东西。1. 通过这次综合设计，我发现自身对机械原理理论知识的学习存在一定的误区，尤其在做针对实际工程需要的设计不能将理论与实践融会贯通，不能灵活运用现有的知识，解决我们在设计过程中遇到的问题。2. 在送进机构的
11、设计方案的确定过程中，我们不能综合运用现有知识，从各方面去分析方案的优缺点，确定最合适的设计方案。但是，经过这次综合训练，我们的思维得到了很好的锻炼，通过在设计中查阅不同课程、不同学科的资料，工程意识也得到了很好的培养。3. 通过这次机械综合设计，我们的创新能力有所提高，更增加了创造的激情，总是希望不断的改进，追求完美。在这次综合设计中，我们还初步熟悉了机械设计的基本过程，积累了初步的设计经验。4. 在这次机械综合设计中，我们不仅用到了机械原理和机构学中的知识，也用到了各种软件，如Matlab、Pro/E、Excel等，这让我们明白机械综合设计要注重多学科的交叉，多学科交叉也是今后机械设计的一
12、个趋势。最后，我们要感谢谢进老师，是他的支持和指导，是他给了我莫大的支持和帮助！参考文献1 谢进 万朝燕 杜立杰.机械原理. 北京：高等教育出版社，2004.；2 机械原理课程设计指导书.成都：西南交大出版社，2007年.；3 机械原理习题集.成都：不详，不详.；附录凸轮参数化仿真软件数据：转角(度)压力角(度)工作轮廓Xn工作轮廓Yn工作轮廓rn工作轮廓n(度)位移速度加速度0.00 -3.07 -55.63 25.32 68.28 -8.17 0.00 0.00 0.00 5.00 -3.27 -57.40 19.76 68.29 -13.17 0.00 -0.07 1.66 10.00
13、-3.87 -58.78 14.03 68.33 -18.17 0.02 -0.29 3.28 15.00 -4.83 -59.79 8.17 68.45 -23.15 0.06 -0.64 4.84 20.00 -6.11 -60.46 2.21 68.69 -28.13 0.13 -1.13 6.31 25.00 -7.65 -60.80 -3.84 69.09 -33.10 0.26 -1.74 7.66 30.00 -9.38 -60.83 -9.97 69.68 -38.04 0.44 -2.46 8.87 35.00 -11.22 -60.55 -16.21 70.49 -42.9
14、7 0.69 -3.28 9.90 40.00 -13.09 -59.97 -22.55 71.56 -47.87 1.02 -4.19 10.74 45.00 -14.89 -59.07 -29.01 72.89 -52.74 1.42 -5.15 11.38 50.00 -16.57 -57.83 -35.59 74.51 -57.59 1.92 -6.17 11.80 55.00 -18.05 -56.24 -42.30 76.44 -62.40 2.50 -7.21 12.00 60.00 -19.28 -54.24 -49.13 78.67 -67.17 3.17 -8.25 11.
15、96 65.00 -20.24 -51.79 -56.07 81.21 -71.90 3.94 -9.29 11.70 70.00 -20.90 -48.85 -63.09 84.05 -76.60 4.79 -10.29 11.21 75.00 -21.25 -45.37 -70.15 87.18 -81.25 5.73 -11.24 10.51 80.00 -21.30 -41.30 -77.19 90.58 -85.87 6.75 -12.12 9.61 85.00 -21.05 -36.60 -84.15 94.22 -90.44 7.85 -12.91 8.52 90.00 -20.
16、51 -31.23 -90.94 98.08 -94.98 9.00 -13.60 7.27 95.00 -19.71 -25.16 -97.48 102.13 -99.49 10.22 -14.17 5.88 100.00 -18.66 -18.38 -103.66 106.31 -103.97 11.47 -14.62 4.38 105.00 -17.37 -10.89 -109.37 110.60 -108.42 12.76 -14.94 2.80 110.00 -15.87 -2.72 -114.50 114.95 -112.86 14.08 -15.11 1.16 115.00 -1
17、4.19 6.13 -118.93 119.32 -117.28 15.40 -15.14 -0.50 120.00 -12.34 15.58 -122.56 123.66 -121.70 16.71 -15.02 -2.15 125.00 -10.36 25.57 -125.27 127.94 -126.13 18.01 -14.76 -3.76 130.00 -8.27 36.03 -126.96 132.11 -130.55 19.29 -14.37 -5.30 135.00 -6.10 46.85 -127.55 136.12 -134.99 20.52 -13.84 -6.73 14
18、0.00 -3.89 57.92 -126.94 139.96 -139.45 21.70 -13.20 -8.04 145.00 -1.65 69.12 -125.09 143.58 -143.93 22.82 -12.44 -9.19 150.00 0.58 80.31 -121.95 146.96 -148.45 23.87 -11.60 -10.17 155.00 2.77 91.34 -117.49 150.08 -152.99 24.84 -10.67 -10.96 160.00 4.90 102.06 -111.72 152.93 -157.57 25.73 -9.69 -11.
19、53 165.00 6.94 112.32 -104.65 155.48 -162.19 26.53 -8.67 -11.88 170.00 8.86 121.97 -96.34 157.73 -166.85 27.24 -7.63 -12.01 175.00 10.67 130.86 -86.86 159.69 -171.56 27.86 -6.58 -11.91 180.00 12.33 138.85 -76.28 161.36 -176.30 28.39 -5.55 -11.57 185.00 13.84 145.83 -64.74 162.75 -181.09 28.83 -4.57
20、-11.02 190.00 15.18 151.67 -52.34 163.87 -185.92 29.19 -3.64 -10.26 195.00 16.36 156.30 -39.25 164.74 -190.78 29.47 -2.78 -9.30 200.00 17.37 159.64 -25.60 165.39 -195.68 29.68 -2.02 -8.16 205.00 18.20 161.66 -11.55 165.85 -200.61 29.82 -1.36 -6.87 210.00 18.86 162.33 2.73 166.14 -205.56 29.92 -0.82
21、-5.44 215.00 19.34 161.66 17.09 166.31 -210.54 29.97 -0.41 -3.92 220.00 19.65 159.68 31.38 166.38 -215.52 29.99 -0.14 -2.31 225.00 19.80 156.42 45.47 166.40 -220.52 30.00 -0.01 -0.66 230.00 21.50 151.92 59.05 166.26 -225.54 29.96 1.59 -30.31 235.00 24.14 145.68 71.98 165.46 -230.66 29.71 4.23 -30.31
22、 240.00 26.59 137.66 84.10 163.94 -235.90 29.22 6.88 -30.31 245.00 28.89 127.99 95.10 161.70 -241.24 28.50 9.52 -30.31 250.00 31.08 116.85 104.69 158.73 -246.70 27.56 12.17 -30.31 255.00 33.21 104.46 112.60 155.02 -252.27 26.38 14.81 -30.31 260.00 35.30 91.12 118.60 150.57 -257.94 24.97 17.46 -30.31
23、 265.00 37.40 77.16 122.47 145.36 -263.72 23.33 20.10 -30.31 270.00 39.57 62.95 124.06 139.39 -269.60 21.46 22.75 -30.31 275.00 41.86 48.91 123.27 132.64 -275.57 19.36 25.39 -30.31 280.00 44.32 35.47 120.09 125.09 -281.64 17.03 28.04 -30.31 285.00 46.18 22.96 114.61 116.77 -287.77 14.48 29.63 30.31
24、290.00 44.66 11.60 107.91 108.62 -293.83 12.01 26.98 30.31 295.00 42.87 1.95 100.77 101.19 -299.76 9.77 24.34 30.31 300.00 40.71 -6.18 93.46 94.50 -305.56 7.76 21.69 30.31 305.00 38.09 -13.02 86.23 88.57 -311.23 5.98 19.05 30.31 310.00 34.86 -18.81 79.25 83.38 -316.79 4.44 16.40 30.31 315.00 30.88 -
25、23.80 72.62 78.96 -322.24 3.12 13.76 30.31 320.00 26.03 -28.22 66.40 75.31 -327.59 2.04 11.11 30.31 325.00 20.22 -32.32 60.61 72.41 -332.85 1.18 8.47 30.31 330.00 13.50 -36.28 55.21 70.28 -338.03 0.56 5.82 30.31 335.00 6.11 -40.28 50.13 68.91 -343.13 0.17 3.17 30.31 340.00 -1.55 -44.43 45.29 68.31 -348.17 0.01 0.53 30.31 345.00 -3.06 -47.93 40.69 68.30 -353.17 0.01 0.00 0.00 350.00 -3.06 -50.90 35.83 68.30 -358.17 0.01 0.00 0.00 355.00 -3.06 -53.48 30.69 68.30 -363.17 0.01 0.00 0.00
