机械原理课程设计 杨明尧

1、第1章 设计任务书湖南工业大学课程设计任务书2013 2014 学年第 2 学期 机械 学院（系、部） 机械大类 专业 1207 班级课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 半自动钻床的设计 完成期限：自 2014 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 27 日共 1 周内容及任务一、设计的任务与主要技术参数半自动钻床机由送料机构，定位机构，进刀机构以及电动机组成。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可靠固定，最终由进刀机构负责动力头的升降来进行钻孔工作。设计参数是： 进料机构工作行程 40mm； 定位机构工作行程 30mm； 动力头工作行程 15mm；电动机转速

2、 1450rmin；工作节拍 1件/min；二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。进度安排起止日期工作内容6.20-6.22构思该机械运动方案6.23-6.26运动分析及作图6.26-6.27整理说明书与答辩主要参考资料1 朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 邹慧君机械原理

3、课程设计北京：高等教育出版社，2009：15-250指导教师： 刘扬 2014年6 月 25 日第2章 工作原理和工艺动作分解2.1机构的工作原理该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1450r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。 2.2 根据任务书要求，该机构应有的工艺过程是，机构应包含三个执行机构，进刀机构（负责动力头的升降）、送料机构（将被加工工件推入加工位置）、定位机构（将被加工工件(1)进刀机构采用一个摆动滚子从动件盘行凸

4、轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我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，凸轮在推程阶段运行，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.。(2)送料系统：采用凸轮机构实现送料的快进、休止、快退、休止，先由主轴转动带动凸轮将工件运至加工位置，然后由弹簧的回复力士杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程，此后，凸轮往复循环运动，实现送料的连续。4.定位系统：定位系统采用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，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮

5、的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实际要求了.第3章 功能分解图及分析根据机构运动分析，功能分解图如图3-1所示： 图3-1第4章 根据工艺动作顺序和运动协调要求拟定运动循环图 拟定运动循环图的目的是确定各机构运动的先后顺序、相位、以利于设计、装配和调试。 钻床进刀钻孔和退刀为一个运动循环。应该保证钻床在钻孔运动循环中，定位装置和送料装置和钻头在时间和凸轮转动角度上相互协调。根据半自动钻床各执行机构的运动要求，绘制机构系统的运动循环图如下：第 5 章 执行机构设计过程及尺寸计算5.1、送料凸轮机构机构采用如下分析凸轮

6、机构采用直动滚子端面柱体凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现进料功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:设计基圆半径r0=20mm,凸轮转角=0-30,送料机构快进,推杆行程h=40mm;凸轮转角=30-45,送料机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=45-90,送料机构快退,推杆行程h=-40mm;凸轮转角=90-360,送料机构休止,推杆行程h=0mm 机构简图如下：2. 进刀机构的设计根据系统的运动转换功能图可构成形态学矩阵如图。由图所示的形态学矩阵可以求出半自动钻床系

7、统运动方案数为：经过总结分析，选择凸轮机构。凸轮摆杆机构的设计：(1).由进刀规律，我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；2).用凸轮摆杆机构和圆弧形齿条所构成的同一构件，凸轮摆杆从动件的摆动就可以实现弧形齿条的来回摆动，从而实现要求；采用滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触.刀具的运动规律就与凸轮摆杆的运动规律一致；(3).弧形齿条所转过的弧长即为刀头所运动的的距离。具体设计步骤如下：1.根据进刀机构的工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm，中心距A=80mm，摆杆长度d=65mm，最大摆角为18,凸轮转角=0-55,=0;凸轮转

8、角=55-270，刀具快进，=18凸轮转角=270-300,=0凸轮转角=300-3602.设计圆形齿条,根据刀头的行程和凸轮的摆角,设计出圆形齿轮的半径r=l/,由=18,l=15mm，3.得到r=47.78mm，2进刀连杆机构：根据要求，进刀机构工作行程为15mm，可取BCDE四杆机构的极位夹角为10度，得K=1.12，急回特性不是很明显，对进刀机构来说并无影响。各杆尺寸：得K=1.12，急回特性不是很明显，对进刀机构来说并无影响。各杆尺寸：AB=75BC=30.2CD=88DE=11.5BE=100EF=47.78 运动见图如下： 以上尺寸满足要求。3.定位凸轮推杆机构的设计：凸轮机构采

9、用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用弹簧力来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。具体设计如下:设计基圆半径r0=40mm,偏心距e=30凸轮转角=0-15,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=25-30,定位机构快进,推杆行程h=30mm;凸轮转角=30-50,定位机构休止,推杆行程h=0mm;凸轮转角=50-90,定位机构快退,推杆行程h=-30mm;凸轮转角=90-360,定位机构休止，推杆行程h=0mm;设计偏心距e=30的原因是因为此凸轮执行的是定位，其定位杆的

10、行程为30故如此设计。4行星轮系的计算:用行星轮系传动传动比=n输入/n输出=725传动比很大，要用多级传动。然后由主轴输出，在经过带轮传递到凸轮轴。 运动简图如下： 选用如图所示的行星轮传动，经过比较设计皮带传动机构与齿轮系传动机构的相应参数如下表： 第6章 机械运动方案的选择与评定1.减速机构：定轴轮系传动；传动比=n输入/n输出=750传动比很大，要用多级传动。如图： 2.进刀机构采用一个摆动滚子从动件盘行凸轮机构来传递齿轮齿条机构.因为我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，凸轮在推程阶段运行，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

11、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.。运动简图如下： 3送料系统： 采用凸轮机构实现送料的快进、休止、快退、休止，先由主轴转动带动凸轮将工件运至加工位置，然后由弹簧的回复力士杆件带动凸轮回到原位置，实现一个运动过程，此后，凸轮往复循环运动，实现送料的连续。运动简图如下：4.定位系统： 定位系统采用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，所以就要使用凸轮机构，但如果是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若增加凸轮的基圆半径，那么凸轮机构的结构就会很大，也不求实际，所以就采用一个偏置直动滚子从动件盘型凸轮，它就可以满足我们的实际要求了。运动简图如下： 第7章 机械

12、传动系统的速比和变速机构传动比分配：根据电动机的转速和工件生产的速度，确定系统总的传动比为i=n输入/n输出=1450/1=1450（5-1）对于定轴齿轮转动部分，由齿轮传动的强度确定齿轮的标准模数m=4齿轮齿数：设定Z1=20，因为齿轮1直接与电动机连接，所以n1=1450令i12=n1/n2=Z2/Z1=4所以n2=362.5z2=80令Z2=20，n2=n2=362.5360i23=5=n2/n3=Z3/Z2所以n3=72，Z3=100最后确定蜗杆齿数蜗杆转速=n3=72，所以i=72/1=72所以n蜗杆=1，Z蜗杆=72齿轮参数机构运动简图如图5.1所示：图5.1机构运动简图第8章 半

13、自动钻床的机构运动简图综合本组刘志飞和杨明尧同学的机构选型，做出的半自动钻床的机构运动简图，如图6.1所示图6.1半自动钻床的总体机构运动简图该系统由电机驱动，通过变速传动将电机的1450r/min降到主轴的2r/min，与传动轴相连的凸轮机构控制送料，定位，和进刀等工艺动作，最后由凸轮机通过齿轮传动带动齿条上下平稳地运动,这样动力头也就能带动刀具平稳地上下移动从而保证了较高的加工质量。 第9章 部分构件三维图带传动机构，如图9-1图9-1 齿轮传动机构如图9-2图9-2第10章 参考资料 1朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-200 2邹慧君机械原理课程设计北京：高等教育出版社

14、，2009：15-250 第11章 设计总结一个星期的课程设计很快就过去了，虽然过程非常的辛苦，但是总的说来我得到了极大的收获。经历了之前的认识实习和金工实习，我对机械行业有了一定的感性的直观上的认识，而这次的课程设计则更多的给我理性上的认识，从更高的层面认识机械专业。经过课程设计,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，所以感觉无从下手。后来在老师的耐心指导下，我在图书馆翻阅了各种资料，在网上也参考了很多这方面的资料，终于找到了下手的方法。由于这次的设计内容比较的多，所以我深深的感受到了合作的重要性。在设计中我和同组的同学经常会遇到很多问题，自己根本没有办法解决，这时我们都会在一起讨论商量对策，这使我们的设计速度快了很多，也少走了很多的弯路。因为要作图的原因，这次设计让我好好的复习了之前学过的CAD以及WORD，同时提醒了我CAD对我们机械专业的重要性。因为很多操作技巧我都还不会，所以一个很简单的图，往往要做很久，甚至根本做不出来，这告诉我我以前学习的只是皮毛，自己还是要多多的练习和自学才可以。我相信在未来的发展中计算机辅助设计将是每个设计人员必备的素质。这次学习最重要的就是我第一次学会了如何把理论知识融入实践，如