机械综合设计Ⅰ项目设计说明书-自动钻床送进机构设计说明书.doc
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机械综合设计Ⅰ项目设计说明书
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
-17-
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H=H1+H2,P为钻削时所受到的阻力。
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1
10
25
20
1.68
2300
0
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H=H1+H2,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:
①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;②实现一定的行程速比系数;③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
①凸轮机构:
②利用连杆轨迹曲线实现的间歇运动机构
③组合机构:
如齿轮——连杆组合机构,凸轮——连杆组合机构。
④棘轮机构
⑤槽轮机构
⑥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1
10
25
20
1.68
2300
0
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,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=10r/min
得w=π/3rad/sT=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σHO
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θ(度)
压力角α(度)
工作轮廓Xn
工作轮廓Yn
工作轮廓rn
工作轮廓φn(度)
位移
速度
加速度
0.00
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- 机械 综合 设计 项目 说明书 自动 钻床 送进 机构
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