第14章机械传动系统方案设计定稿

1、机械原理课程设计机械原理课程设计1.1.设计题目设计题目2.2.设计内容设计内容3.3.设计进程设计进程4.4.设计步骤设计步骤5.5.设计文档设计文档6.6.设计时间安排设计时间安排7.7.设计实例设计实例机械运动方案设计机械运动方案设计1.1.设计题目设计题目1 1）糕点切片机运动方案设计）糕点切片机运动方案设计2 2）医用棉签卷棉机运动方案设计）医用棉签卷棉机运动方案设计3 3）洗瓶机运动方案设计）洗瓶机运动方案设计4 4）剥豆机运动方案设计）剥豆机运动方案设计5 5）半自动平压模切机运动方案设计）半自动平压模切机运动方案设计6 6）平压印刷机运动方案设计）平压印刷机运动方案设计7 7）

2、蜂窝煤成型机运动方案设计）蜂窝煤成型机运动方案设计8 8）冷霜自动灌装机运动方案设计）冷霜自动灌装机运动方案设计9 9）自动打印机运动方案设计）自动打印机运动方案设计1010）螺钉头冷镦机运动方案设计）螺钉头冷镦机运动方案设计1111）单轴六角自动车床刀架进给装置运动方案设计）单轴六角自动车床刀架进给装置运动方案设计1212）机械马运动方案设计）机械马运动方案设计1313）电动机转子嵌绝缘纸机运动方案设计）电动机转子嵌绝缘纸机运动方案设计1414）自动制钉机运动方案设计）自动制钉机运动方案设计2.2.设计内容设计内容1 1）制定机械工作原理的方案）制定机械工作原理的方案2 2）绘制机械的运动循

3、环图）绘制机械的运动循环图3 3）确定机构的尺寸）确定机构的尺寸4 4）执行机构的运动设计）执行机构的运动设计5 5）选原动机）选原动机6 6）方案的分析与评价）方案的分析与评价3.3.设计进程：设计进程：1 1）机械工作原理的方案的制定，）机械工作原理的方案的制定，2 2天天2 2）机构的尺寸设计，半天）机构的尺寸设计，半天3 3）执行机构的运动设计与原动机的选择，半天）执行机构的运动设计与原动机的选择，半天4 4）机械运动方案简图的绘制，半天）机械运动方案简图的绘制，半天5 5）方案的分析与评价半天）方案的分析与评价半天6 6）设计说明书的写作，）设计说明书的写作，1 1天天(4)(4)机

4、构选型机构选型(5)(5)机构的尺寸确定机构的尺寸确定(6)(6)绘制机械运动方案简图绘制机械运动方案简图(1)(1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理(2)(2)执行机构的运动设计执行机构的运动设计4.4.设计步骤设计步骤(3)(3)原动机的选择原动机的选择(7)(7)方案分析与评价方案分析与评价(1)(1)拟定机械的工作原理拟定机械的工作原理 根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理工作原理和和技术手段技术手段，确定机械所要实现的，确定机械所要实现的工艺动作工艺动作。(2)(2)执行机构的运动设计执行机构的运动设计 根据功能和工艺动作，

5、确定各执行构件的数目、根据功能和工艺动作，确定各执行构件的数目、运动形式、运动参数以及运动协调配合关系，生产阻运动形式、运动参数以及运动协调配合关系，生产阻力等，力等，绘制机械的绘制机械的运动循环图运动循环图。(3)(3)确定原动机的类型和功率确定原动机的类型和功率(4)(4)机构选型机构选型 根据机械动力与功能的要求根据机械动力与功能的要求,合理选择机构类型合理选择机构类型,拟定机构的组合方案拟定机构的组合方案,形成能满足运动和动力要求的形成能满足运动和动力要求的机械传动系统方案。绘制机械传动系统方案。绘制机械运动方案的示意图机械运动方案的示意图。(5)(5)机构的尺寸确定机构的尺寸确定 根

6、据执行构件和原动件的运动参数，以及各执根据执行构件和原动件的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合的要求，确定各构件的运动行构件运动的协调配合的要求，确定各构件的运动尺寸，绘制尺寸，绘制机械运动方案简图机械运动方案简图。(6)(6)方案分析与评价方案分析与评价 根据机械的生产阻力或原动机的额定转矩，进行根据机械的生产阻力或原动机的额定转矩，进行机械中力的计算，作为下一步零件强度计算的依据。机械中力的计算，作为下一步零件强度计算的依据。 评价设计特点。评价设计特点。5.5.设计文档设计文档(1)(1)机械传动系统示意图一张（机械传动系统示意图一张（A2A2图纸）图纸）(2)(2)设计说明书一份（

7、设计说明书一份（B5B5纸纸, 一般不少于一般不少于35003500字字, 插图折合成文字，一般要求手写。）插图折合成文字，一般要求手写。） 6.6.设计时间安排：设计时间安排：(1)1.16(1)1.161.221.22(2)1.22(2)1.22交设计作业交设计作业(3)(3)考核考核: :完成设计后完成设计后, ,经答辩后经答辩后, ,课程设计结束。课程设计结束。机械运动方案设计举例机械运动方案设计举例1.1.自动车床刀架自动车床刀架机械运动分析机械运动分析(1)(1)功能分析功能分析进刀凸轮机构刀具主轴转塔刀架9工件齿条714压簧12圆柱凸轮机构4曲柄5圆锥齿轮传动3宽齿轮2齿轮1活动

8、支架8定位销10六槽轮机构116131)1)功能要求功能要求n自动换刀，自动换刀，n轴向进给。轴向进给。2)2)功能分解功能分解n转位转位: :转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过6060 ；n让刀让刀: :转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；n定位定位: :将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；n进、退刀进、退刀: :不转时，精确实现预定的进退刀运动。不转时，精确实现预定的进退刀运动。进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9 9工件工件齿条齿条7 71414压簧压簧1212圆柱凸轮机圆柱凸轮机构构4

9、4曲柄曲柄5 5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 3宽齿轮宽齿轮2 2齿轮齿轮1 1活动支架活动支架8 8定位销定位销1010六槽轮机构六槽轮机构11116 61313退刀：压簧退刀：压簧12 12 摆摆杆杆1313回程回程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动活动 支架支架8 8向右实现退刀。向右实现退刀。(2)(2)刀架机械运动的刀架机械运动的工作过程工作过程进刀凸进刀凸轮机构轮机构刀具刀具主轴主轴转塔刀架转塔刀架9 9工件工件齿条齿条7 71414压簧压簧1212圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4 4曲柄曲柄5 5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 3宽齿轮宽齿轮2 2齿轮齿轮1 1活动支架活动支架8 8定位销

10、定位销1010六槽轮机构六槽轮机构11116 61313在一组刀具加工完毕后让刀：退刀的同时，齿轮让刀：退刀的同时，齿轮1 1 的离合器结合并开始转动的离合器结合并开始转动 宽齿轮宽齿轮2 2 锥齿轮传动锥齿轮传动3 3 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4 4 拔出销拔出销10 10 ； 同时，曲柄同时，曲柄5 5旋转旋转活动活动支架支架8 8快速向右让刀。快速向右让刀。转位：让刀快结束时，槽轮开始转位转位：让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5 5的后半圈的后半圈 支架支架8 8向左移动完成复位。向左移动完成复位。(2)(2)刀架机械传动系统的刀架机械传动系统的工作过程工作过程进刀凸轮机构刀具刀具主轴

11、转塔刀架转塔刀架9 9工件齿条齿条7 71414压簧压簧1212圆柱凸轮圆柱凸轮机构机构4 4曲柄5 5圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 3宽齿轮宽齿轮2 2齿轮齿轮1 1活动支架活动支架8 8定位销定位销1010六槽轮机构六槽轮机构11116 61313定位：转位结束时，凸轮机构定位：转位结束时，凸轮机构4 4的摆杆摆动的摆杆摆动插入定插入定 位销位销1010，齿轮，齿轮1 1离合器脱开并停止运转。离合器脱开并停止运转。进给：摆杆进给：摆杆1313推程推程齿轮齿轮6 6 齿条齿条7 7 活动支架活动支架8 8向向 左实现进给。左实现进给。 之后进入下一个循环(3)(3)刀架机械传动系统的刀架机械传

12、动系统的工作循环图工作循环图定位销定位销转塔转塔活动活动支架支架定位定位拔出拔出静止静止转位转位后退后退复位复位0 900 90 180 180 270 270 360 360 圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角 组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在组合方式分析：组合方式主要以串联方式为主，但在 I、II处采用了特殊的并联方式。处采用了特殊的并联方式。进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退I

13、II(4)(4)刀架机械传动系统各机构的组合方式刀架机械传动系统各机构的组合方式 n进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工 件需要更换不同的凸轮。件需要更换不同的凸轮。n后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。进刀凸进刀凸轮机构轮机构齿轮齿齿轮齿条机构条机构曲柄滑曲柄滑块机构块机构圆柱凸圆柱凸轮机构轮机构槽轮机构槽轮机构连杆机构连杆机构圆柱圆柱齿轮齿轮机构机构圆锥圆锥齿轮齿轮机构机构活动支架进退活动支架进退转塔刀架转位转塔刀架转位定位销进退定位销进退IIIn后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距

14、离。后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。n圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向。圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向。另外一条传动路线中n后并接槽轮机构使为了实现转位。后并接槽轮机构使为了实现转位。n并接曲柄滑块机构使为了实现让位。并接曲柄滑块机构使为了实现让位。n并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定 位，且容易满足时序要求。位，且容易满足时序要求。设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔，并能自动送料。件上的三个孔，并能自动送料。(1)(1)确定工作原理确定

15、工作原理2.2.多头专用钻床机械运动方案设计多头专用钻床机械运动方案设计30203-82020502010钻削工艺：钻头一边旋转，钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于工件作移动。同时相对于工件作移动。三种运动方案：三种运动方案：n钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；n钻头旋转，工作台带动工件进给；钻头旋转，工作台带动工件进给；n工作台旋转，钻头作轴向进给；工作台旋转，钻头作轴向进给；送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。工作台工作台送料杆送料杆料仓料仓三个执行构件：三个执行构件：钻头、工作台、送料杆钻头、工作台、送料杆(2

16、)(2)执行构件的运动设计执行构件的运动设计工艺过程：工艺过程：n送料杆往右推出零件，送料杆往右推出零件， 并顶出加工好的零件并顶出加工好的零件n夹具将工件定位，并夹紧；夹具将工件定位，并夹紧；n送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；n工作台慢速工进；工作台慢速工进；n钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。钻头的转速：钻头的转速： n nc c=1000v/(d)=1000v/(d)其中：其中：dd钻头直径，钻头直径，d=8 mm d=8 mm v v切削速度，查手册切削速度，查手册4545钢，可选

17、钢，可选v=12.5m/minv=12.5m/min； 代入得：代入得： n nc c 500 rpm 500 rpm工作台为往复运动。钻孔工艺要求：工作台为往复运动。钻孔工艺要求：n工作台带动工件快速上移接近钻头；工作台带动工件快速上移接近钻头；n工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增 加，故进给速度应减小；加，故进给速度应减小；n钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。 设工作台完成一个工作循环所需的时间为设

18、工作台完成一个工作循环所需的时间为T T1 1，则有：，则有：T T1 1 = = t t1 1 + t + t2 2 + t + t3 3 + t + t4 4 + t + t5 5 其中：其中： t t1 1: : 单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为：单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为： s s1 1 =0.2 mm/r , =0.2 mm/r ,单孔钻削深度为单孔钻削深度为10mm10mm，并考虑，并考虑3mm3mm的提前的提前工作量。求得：工作量。求得： t t2 2: : 三孔同时钻削时间，设进给量为：三孔同时钻削时间，设进给量为： s s1 1 =0.16 =0.16 mm/r

19、 ,mm/r ,单孔钻削深度为单孔钻削深度为10mm10mm，并考虑，并考虑3mm3mm的越程量。的越程量。求得：求得： t t2 2 =(10+3)/(s =(10+3)/(s2 2 n nc c)=0.163 min =9.8s)=0.163 min =9.8st t3 3 : 快速接近时间，取快速接近时间，取 t t3 3 =1.5s =1.5st t4 4 : 快速退回时间，取快速退回时间，取 t t4 4 =2.5s =2.5st t5 5 : 工作台停歇等待更换工件时间，取工作台停歇等待更换工件时间，取 t t5 5 =3s =3s；工作台一个工作循环总时间：工作台一个工作循环总时

20、间： T T1 1 = = t t1 1 + t + t2 2 + t + t3 3 + t + t4 4 + t + t5 5 =24.6s=24.6s工作台每分钟工作循环数：工作台每分钟工作循环数： n n1 1 = 60 /T = 60 /T1 1 =2.44=2.44t t1 1 =(10+3)/(s =(10+3)/(s1 1 n nc c)=0.13 min = 7.8s)=0.13 min = 7.8s送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同：送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同： T Ts s = 24.6s = 24.6s工作台的行程：工作台的行程： H Hf f

21、 = h = h0 0 + h + h1 1 + h + h2 2h h0 0 : 工作台快速趋近钻头的运动距离，取工作台快速趋近钻头的运动距离，取h h0 0 =15mm =15mm；=41mm=41mmh h1 1 : 单孔钻削深度，取单孔钻削深度，取h h1 1 =13mm =13mm； ；h h2 2 : 三孔同时钻削深度，取三孔同时钻削深度，取h h0 0 =13mm =13mm。 送料杆的行程取工件的两倍：送料杆的行程取工件的两倍： H Hs s = 100 mm = 100 mm凸轮转角凸轮转角 0 900 90 180 180 270 270 360 360 送料杆送料杆 送料

22、送料 静静 止止 送料送料工作台工作台 停止停止 单孔钻单孔钻 三孔钻三孔钻 快退快退快快进进工作循环图：工作循环图：类型类型交流异步感应电动机交流异步感应电动机为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。(3)(3)原动机的选择原动机的选择(4)(4)计算运动链的总传动比计算运动链的总传动比切削运动链的总传动比：切削运动链的总传动比： ic = = n nn n / / n nc c =1440/500=2.88 =1440/500=2.88 进给运动链的总传动比：进给运动链的总传动比： if = = is = = n nn n / / n n

23、f f =1440/2.44=563 =1440/2.44=563 (5)(5)机构选型机构选型转数转数额定转数额定转数: : n nn n = 1440 rpm = 1440 rpm 1 1）切削运动链的设计）切削运动链的设计 n钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为钻头作连续回转运动，运动链的总传动比为2.88,2.88, 无需运动转换，但需要减速。无需运动转换，但需要减速。 n三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小，三个钻头应同向旋转，且各钻头之间的距离很小， 即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制。即要求具有运动分解功能，其尺寸受到限制。n电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一电动机轴一般为水平放置，与钻头的方向不一 致，即要求具有改变运动轴线方向的功能。致，即要求具有改变运动轴线方向的功能。机构选型机构选型n具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传具有减速功能的传动有：齿轮传动、带传动、链传 动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用动。考虑到速度较高，距离较远等因素，此处选用 V V带传动。带传动。n电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运电动机与钻头之间有较大的传动距离，即要求运 动链作远距离传动。动链作远距离传动。n能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传