半自动钻床传动机构分析与设计.docx

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半自动钻床传动机构分析与设计

[机械原理课程设计]

[半自动钻床]

院部：

机电工程学院

班级：

机械卓越班

姓名：

张津闻

学号：

指导教师：

提交日期：

一、半自动钻床传动机构分析与设计

一、设计题目：

半自动钻床传动机构分析与设计

二、已知技术参数和设计要求

设计加工所示工件ф12mm孔的半自动钻床。

进刀机构负责动力头的起落，送料机构将被加工工件推入加工位置，并由定位机构使被加工工件靠得住固定。

半自动钻床设计数据参看下表。

（在课程设计任务书中，关于设计数据，每一个人的任务书中只需列出自己所选择方案对应的设计数据）

半自动钻床凸轮设计数据表

方案号

进料机构

工作行程

mm

定位机构

工作行程

mm

动力头

工作行程

mm

电动机转速

r/mm

工作节拍（生产率）

件/min

A

40

30

15

1450

1

B

35

25

20

1400

2

C

30

20

10

960

1

D

45

35

20

1500

2

E

50

40

25

1500

2

F

35

20

25

1400

2

G

30

25

20

1400

1

H

40

30

20

1450

2

3、设计内容及工作量

（1）半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；

（2）设计传动系统并确信其传动比分派，并在图纸上画出传动系统图；

（3）图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图；

（4）凸轮机构的设计计算。

按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确信基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；

（5）设计计算其他机构；

（6）编写设计计算说明书，包括设计任务，设计参数，设计计算进程等。

4、工作打算

依照专业的教学打算安排采纳集中和分散相结合的方式进行，时刻为2周。

时间安排

内容安排

第1天

布置题目、学生选题

第2天

方案讨论

第3,4天

运动方案的制定、评价、选择

第5,6天

确定各传动机构的尺寸、参数、机构设计

第7,8天

机构设计、相关量的计算

第9天

校核，整理前期所有工作

第10,11天

撰写设计说明书

第12天

上交成果、答辩

五、指导教师与教研室主任意见

指导教师意见

可以按照上述任务书的要求向学生布置任务，开始课程设计。

指导教师签名：

教研室主任意见

同意

教研室主任签名：

摘要

<1>.中文摘要

机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的大体原理和方式的重要环节,学生通过这次设计,学习机构运动方案的确信,培育分析向设计机械能力,和开发创新的能力.以机械系统方案设计与拟定为结合点,进一步巩固和另深学生所学的理论知识.明确课程设计目的、步骤，依照自己的设计题目对设计内容进行分析，确信输入，输出件运动型式（即功能原理分析）。

关键字:

机构运动分析

机构结构设计

曲柄滑块

<2>.英文摘要

Mechanicalprinciplecoursedesignistomakestudentmoreoverall,hassolidsystemanddeepenstheimportantlinkofmethodandthebasicprincipleofmechanicalprinciple

course,studentstudiesthedefinite,traininganalysisoforganizationsportschemethroughdesigningthistimetotheabilityofdesigningmechanicalabilityaswellasdevelopmentinnovation.Withmechanicalsystematicschemedesignwithwillcountsurelytocombine,itisfurther

solidisdeepadditionallythetheoreticalknowledgethatstudentstudies.Theowndesigntitleofdefinitecoursedesignpurpose,stepandbasisisanalysedfordesigningcontent,determines

inputandexportsporttype（functionprincipleanalysis）.

Keyword:

Organizationsportisanalysed

Organizationstructureisdesigned

Crankslideblock

前言

机械原理是一门以机械和机构为研究对象的科学.机械原理课程设计是使学生较全面的、系统巩固和加深机械原理课程的大体原理和方式的重要环节，是培育学生“初步具有确信机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手腕。

咱们将从机构的运动学和机械的动力学入手,研究机构运动的确信性和可能性,并进一步讨论的组成原理,从几何的观点来研究机构各点的轨迹、位移、速度和加速度的求法,和按已知条件来设计新的机构的方式.机械原理课程设计所研究的问题又可归纳为二类:

（1）依照已有的机构和要紧参数来分析该机构和所组成机构的各类特性,

即结构分析,运动分析.

（2）依照预期的各类特性来确信新的机构的形式,结构和参数,即机构的设计问题,如机构的运动设计,机构的平稳设计和速度的调剂。

。

课程设计的目的:

机械原理课程设计是使学生较全面、系统巩固和加深机械原理课程的大体原理和方式的重要环节，是培育学生“初步具有确信机械运动方案，

分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手腕。

其目的是：

1）以机械系统运动方案设计与拟定为结合点，把机械原理课程中分散于各章的理论和方式融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。

2）使学生能受到拟定机械运动方案的训练，具有初步的机构选型与组合和确信运动方案的能力。

3）使学生在了解机械运动的变换与传递及力传递的进程中，对机械的运动、

动力分析与设计有一个较完整的概念。

4）进一步提高学生运算、运用流行软件编写应用程序和技术资料的能力。

5）通过编写说明书，培育学生表达、归纳、总结和独立试探与分析的能力。

课程设计的任务:

1.半自动钻床至少包括凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构；

2.设计传动系统并确信其传动比分派，并在图纸上画出传动系统图；

3.图纸上画出半自动钻床的机构运动方案简图和运动循环图；

4.凸轮机构的设计计算。

按各凸轮机构的工作要求，自选从动件的运动规律，确信基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；

5.设计计算其他机构；

6.编写设计计算说明书；

1设计概述

机械原理是机械类专业的一门必修课程，它是研究机械共性问题的骨干技术基础课。

它的任务是使学生把握机构分析、机构综合和机械动力学的大体理论、大体知识和大体技术，并初步具有确信机械运动方案、分析和设计机构的能力和开发创新的能力。

机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。

其目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培育学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生关于机械运动学和动力学的分析与设计有一较完整的概念，具有计算，制图和利用技术资料的能力。

在此基础上，初步把握计算程序的编制，并能利用运算机来解决工程技术问题。

设计新机械是为了知足国民经济进展和提高人们生活水平的需要，他的用途或所具有的特定工作能力成为机械的功能，也确实是说机械产品所具有的转化能量、物料、信息的特性。

依照机械所要实现的功能（功用）采纳有关原理，由有关原理设计构思出工艺动作进程。

这些设计内容确实是工作原理方案的设计。

它包括了工作原理设计和工艺动作设计。

工艺原理方案的设计的好坏决定了机械的设计水平和综合性能的高低。

因此，如何确信最优的工作设计方案是一件十分困难而又复杂的设计、创新工作。

连杆机构的特点：

制造容易、承载能力大，但难以实现精准运动，适用于无严格运动规律的场合连杆机构能够取得较大行程，但不能太大，不然机构尺寸会过于庞大。

凸轮机构的特点：

能实现任意复杂的运动和各构件之间的运动和谐，承载能力不大。

凸轮机构的推杆行程一样较小，不然会使压力角过大或尺寸过大。

齿轮齿条机构或螺旋机构可知足大行程的要求。

一样而言，除凸轮机构能实现精准的曲线轨迹之外，其他机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。

机构选型的大体原那么：

①知足工艺动作和运动要求。

②结构最简单,传动链最短。

③原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。

④机构有尽可能好的动力性能。

⑤机械操纵方便、调整容易、平安耐用。

⑥加工制造方便，经济本钱低。

⑦具有较高的生产效率与机械效率。

机构选型不但与执行构件的运动形式有关，而且与机构主动件的运动形式有关。

主动件或原动件的运动形式那么与所选的原动机的类型有关。

而关于机构的评判要紧考虑以下三个方面：

①机构功能的质量。

②机构结构的合理性。

改变机构尺寸

③机构的经济性。

机械运动方案设计的一样程序：

各机构的尺度综合

改变机构的型、数

从运动规律、动力条件、工作性能进行评价分析

否

否

机械的总功能要求（完成所需功能，传递运动动力）

完成机械运动示意图和同时完善机械运动循环图

机械运动简图

功能分解（功能元的动作、各功能元的动作配合，画出机械运动循环草图）

是否满足条件

各机构的运动配合、执行构件运动规律和传递动力条件

完成机械运动示意图和同时完善机械运动循环图

各执行机构的型、数综合

机械运动方案的评价指标

序号

1

2

3

4

5

性能指标

机构功能

机构的工作性能

机构的动力学性能

经济性

结构紧凑

具体解答

1.运动规律的形式2.传动精度

1.应用范围2.可调性3.运转速度4.承载能力

1.加速度峰值2.噪声3.耐磨性4.可靠性

1.制造难易程度2.制造误差敏感度3.调整方便性4.能耗

1.尺寸2.重量3.结构复杂性

设计步骤

⑥方案评审

⑤方案分析

④机构的尺寸综合

③机构选型、变异与组合

②执行机构的运动设计和原动机的选择

①拟定机械的工作原理

2方案设计

依照设计题目的要求，半自动钻床要实现自动进料、定位、钻孔的功能。

设计要求的机床的进料机构工作行程大于等于30mm，定位机构工作行程20mm,动力钻头工作行程大于10mm，电动机转速960r/min，每分钟1件构件加工好。

依照设计的要求，能够将整体的设计分成四个部份，第一部份是减速机构，第二部份是定位机构，第三部份是进料机构，第四部份是进刀机构。

减速机构

要求选用经济本钱相对较低，而且具有传动效率高,结构简单,传动比大的特点,可知足具有较大传动比的工作要求，故咱们那个地址就采纳行星轮系来实现减速。

进料机构

进料也要要求有必然的间歇运动，咱们能够用圆锥齿轮来实现换向，然后通过和齿轮的啮合来传递，再在齿轮上安装一个直动滚子从动件盘型凸轮机构,用从动件滚子推杆的直线往复运动实现进料。

定位机构

由于咱们设计的机构要有间歇往复的运动，有当凸轮由近休到远休运动进程中,定位杆就阻止了工件滑动，当凸轮由远休到近休运动进程中可通过双侧的弹簧实现定位机构的回位,等待送料,凸轮的循环运动完成了此功能。

进刀机构

工件定位功能

工件的钻孔功能

工件的定位夹紧功能

输送工件至指定位置夹紧钻孔后将其推走

滑块送料功能

采纳凸轮的循环运动,推动滚子使滚子摆动一个角度,通过杠杆的摆动弧度放大原理将滚子摆动角度进行放大.可增大刀具的进给量,在杠杆的另一端焊接一个圆弧齿轮,圆弧齿轮的摆动实现齿轮的转动,齿轮的转动再带动动力头的起落运动实现进刀.

3运动方案的设计与选择

减速机构：

由于电动机的转速是960r/min，而设计要求的主轴转速为1r/min，利用行星轮进行大比例的降速，然后用圆锥齿轮实现方向的转换。

如图1所示。

图1

对照机构：

对照机构：

定轴轮系传动；

传动比专门大，要用多级传动。

如图2所示。

图2

进料机构：

采纳一个六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计的钻床在空间上传动轴之间的距离有点大，故一样四杆机构很难实现这种远距离的运动。

再加上用四杆机构在本设计中在尺寸上很小。

因此考虑到所设计的机构可否稳固的运行因此优先选用了如以下图的六杆机构来实现。

由于本设计送料时不要求在传动进程中有间歇，因此不需要利用凸轮机构。

如图3所示。

图3

对照机构：

所选用的对照四杆机构如以下图（图4），由于在空间上轴与轴之间的距离较大，但选用下来此四杆的尺寸过小。

故优先选用六杆机构。

图4

定位机构：

定位系统采纳的是一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，因为定位系统要有间歇，因此就要利用凸轮机构，但如果是是平底推杆从动件，那么凸轮就会失真，假设增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会专门大，也不求实际，因此就采纳一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就能够够知足咱们的实际要求了。

如图5所示。

图5

对照机构：

采纳连杆机构来代替偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它是将旋转运动转换成单侧停歇的往复运动。

如此也能够完成实际要求，可是为了使设计的机构结构紧凑，定位精度高又能节省材料，因此仍是选偏置直动滚子从动件盘型凸轮来完成定位。

如图6所示。

图6

进刀机构

采纳一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为咱们用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮机构，当进刀的时候，凸轮在推程时期运行，很容易通过机构传递带动齿轮齿条啮合.带动动刀头来完成钻孔，摆杆转动的幅度也是等于齿廓转动的幅度，两个齿轮来传动也具有稳性。

如图7所示。

图7

对照机构：

在摆杆上加一个平行四边行四杆机构，如此也能够来实现传动，可是当加了四杆机构以后并无达到改善传动的成效，只是多增加了四杆机构，为了使机构结构紧凑，又能完成需要的传动，因此选择了一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构。

如图8所示。

图8

4机构运动整体方案图

将前面各部份运动简图连接起来的方案的运动简图确信本设计中半自动钻床的整体方案图如图9所示。

图9

5工作循环图

机械系统方案的执行件需要进行运动和谐设计其运动循环如图10所示。

凸轮轴转角

10º

20º

30º

45º

60º

75º

90º

105º～270º

300º

360º

送料

快进

休止

快退

休止

定位

休止

快进

休止

快退

休止

进刀

休止

快进

快进

快退

休止

图10

依照运动循环表绘制运动循环折线图。

如图11所示。

图11

6各执行机构具体参数及尺寸计算

行星轮减速器参数设计

依照传动比计算公式：

即：

送料机构参数设计

送料连杆机构：

采纳如下机构（如图12所示）来送料，依照要求，进料机构工作行程为30mm，可取ABCD4杆机构的极位夹角为12°，依照机构处于两极限位置时两滑块的位置，按比例测出各杆的尺寸：

AB=BC=84CD=59DA=61CE=40EF=8由于测量所带来的误差，因此各杆件的尺寸并非是那么精准。

图12

定位机构参数设计

对定位机构的设计主若是对凸轮的设计，对凸轮的设计采纳反转法的原理，利用cad作图，有从动件的位置确信五个样本点，利用cad中的样条曲线粗略的绘制凸轮的轮廓曲线，在此给出轮廓曲线的参数方程。

由于考虑到推程和回程之间的速度相反，为了幸免产生刚性冲击因此应采纳余弦加速度运动规律。

余弦加速度运动规律（又称简谐运动规律）

推程时的运动方程

回程时的运动方程

依照余弦加速度运动规律（又称简谐运动规律）画出从动件运动规律线图，如图13所示。

图13

关于定位机构凸轮机构采纳直动滚子从简从动件盘形凸轮，且为力封锁凸轮机构，利用弹簧力来使平底与凸轮维持接触，实现定位功能。

只要适本地设计出凸轮的轮廓曲线，就能够够使推杆取得咱们所需要的运动规律，知足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。

依照机构运动循环图（图11）和定位机构的工作行程为20mm，具体设计如下：

设计基圆半径r0=40mm。

凸轮转角

，定位机构停止，推杆行程h=0mm。

凸轮转角

，定位机构快进，推杆行程h=20mm。

凸轮转角

，定位机构停止，推杆行程h=0mm。

凸轮转角

，定位机构快退，推杆行程h=20mm。

凸轮转角

，定位机构停止，推杆行程h=0mm。

利用反转法绘制定位凸轮的轮廓曲线，如图14。

理论轮廓曲线用红线表示。

实际轮廓曲线用黄线表示。

图14

依照凸轮的轮廓曲线利用cad中的测量工具测出最大压力角为12°，最小曲率半径为,如图15。

图15

进刀机构参数设计

由进刀规律，咱们设计了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条的啮合来实现刀头的上下运动。

用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所组成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就能够够实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求:

采纳滚子盘行凸轮，且为力封锁凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮维持接触.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致，依照图中线段的比例和动力头的工作行程为10mm可得：

滚子的运动距离为动力头工作行程的2倍，即滚子的运动距离为20mm。

利用反转法绘制凸轮的轮廓曲线如图16所示。

设计基圆半径r0=40mm。

凸轮转角

，定位机构停止，推杆行程h=0mm。

凸轮转角

，定位机构快进，推杆行程h=10mm。

凸轮转角

，定位机构快进，推杆行程h=20mm。

凸轮转角

，定位机构快退，推杆行程h=20mm。

凸轮转角

，定位机构停止，推杆行程h=0mm。

利用反转法绘制定位凸轮的轮廓曲线，如图15。

其中：

理论轮廓曲线用红线表示。

实际轮廓曲线用黄线表示。

图16

依照凸轮的轮廓曲线利用cad中的测量工具测出最大压力角为15°，最小曲率半径为。

7总结

两个礼拜的课程设计终止了，尽管进程超级的辛苦，而且中间显现了各类问题，也碰到了很多麻烦，期间有一次优盘拔的急，致使之前画的图全数被破坏掉了，很多图不能不从头画。

可是总的说来我取得了极大的收成。

经历了之前的对CAD学习和金工实习，我对机械行业有了必然的感性的直观上的熟悉，而这次的课程设计那么更多的给我理性上的熟悉，从更高的层面熟悉机械专业。

通过课程设计,我对机械设计有了最初的一些印象。

刚开始的时候，因为自己从来没有接触过机械设计，只是学习了基础的机械原理知识，因此感觉无从下手。

我在图书馆翻阅了各类资料，在网上也参考了很多这方面的资料，终于找到了下手的方式。

Cad学习了一年多，可是此刻变得很生疏对很多地址可不能画了，只有一点点的温习，提示了我CAD对咱们机械专业的重要性。

因为很多操作技术我都还可不能，因此一个很简单的图，往往要做好久，乃至全然做不出来，这告知我我以前学习的只是皮毛，自己仍是要多多的练习和自学才能够。

我相信在以后的进展中运算机辅助设计将是每一个设计人员必备的素养这次课程设计，使我加深切的明白得了一些简单机构组件的作用，为以后的实际工作奠定了专门好的基础！

最重要的是通过本次课程设计让我体验了如何将理论知识转化为生产实际所需。

让我更早接触机械设计有关的要领和技术，为以后的机械设计课程设计和毕业设计打好了基础。

8参考资料

1,朱理．机械原理［Ｍ］．北京：

高等教育出版社，2020：

15-200

2,邹慧君张春林．机械原理［Ｍ］．北京：

高等教育出版社，2020：

15-250

3,孙恒，陈作模，葛文杰，机械原理[M]，北京：

高等教育出版社，2020.