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

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 目录目录 第一章 问题的提出 1 1 1 项目背景项目背景 1 1 2 设计要求设计要求 1 第一章 设计方案的选择 2 2 1 关键问题关键问题 2 2 2 本项目采用方案本项目采用方案 4 第三章 机构运动分析 5 3 1 确定凸轮尺寸确定凸轮尺寸 5 3 2 确定各构件尺寸确定各构件尺寸 7 第四章 机构仿真 9 4 1 凸轮仿真凸轮仿真 9 4 2 钻头运动曲线钻头运动曲线 10 第五章 强度校核 11 5 1 凸轮压力角验算凸轮压力角验算 11 5 2 凸轮材料选择凸轮材料选择 13 结束语结束语 14 参考文献参考文献 15 附录附录 16 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第一章第一章 问题的提出问题的提出 1 1 项目背景项目背景 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 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 第第 1 章章 设计方案的选择设计方案的选择 2 1 关键问题关键问题 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 凸轮机构 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 6 第三章第三章 机构运动分析机构运动分析 3 1 确定凸轮尺寸确定凸轮尺寸 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 0 T 1 T 190114227 2 5 12 6 32 8 1 9 24 9 11 2 sin 2 1 4525 9 11T mm20 m68 1 0 0 210 0 1 0 1 2 2 1 近休止角为 远休止角为 回程为推程为 秒 由上述数据可得由于返回后停 则推程的平均速度为 得 求 钻销的时间 钻销时的平均速度为 返 返 推 sT smK sm sT T TTT T T T T s H s 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 摆杆 AB 的最大摆角为 考虑到摆角不能太大 因为 H 45mm AC l H 取 则 AC 86mm 30 则凸轮运动轨迹为 3603410 341284 180 60 227 60 284227 227 114 60 30 2270 2 sin 2 1 227 30 2 2 2 2 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 mmlll l l OBABOA AB OB 4 215 8 21arctan 22 0 由上图中的几何关系可以写出 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 sin cos 0 0 1 1 1 AB ABOA B B l ll y x OB 12 OBROB 式中 cossin sincos R 所以凸轮理论轮廓线的方程式为 sin cos cossin sincos 0 0 AB ABOA l ll y x 因为滚子半径 所以凸轮实际轮廓线的方程式为mmrr10 22 22 10 10 ddxddy ddx yy ddxddy ddy xx 3 2 确定各构件尺寸确定各构件尺寸 由 n 10 r min 得 w 3 rad s T 6s 而实际凸轮周期为 图 8 ssTTT 4 392 0 返总 采用标准直齿圆柱齿轮 图 8 传动比 令小齿轮的齿数为76 6 6 4 39 12 i 20 小 z 则 取模数 m 2 5 则 132 大 z mmd mmd 330 50 大 小 因为 AC 86mm 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 选择模数 m 2 5 该齿轮齿数为 69 2 3 m l z AC 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 20 54 zz 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 mm mm mm mml m zzzzz AB 55 10 70 200 5 2 20 69 132 20 65321 齿条长度为 滚子半径为 凸轮基圆半径为 模数 圆柱齿轮 其中所有齿轮均为标准直齿 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第第 4 章章 机构仿真机构仿真 4 1 凸轮仿真凸轮仿真 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 图 12 凸轮角度 加速度曲线为 如图 13 图 13 4 2 钻头运动曲线钻头运动曲线 由于钻头的位移 H 所以 AC l 钻头的时间 位移曲线为 如图 14 图 14 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 钻头的时间钻头的时间 速度曲线为 如图速度曲线为 如图 15 图 15 钻头的时间 加速度曲线为 如图 16 图 16 第五章第五章 强度校核强度校核 5 1 凸轮压力角验算凸轮压力角验算 有数据可得压力角的分布图为 图 17 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 21 46 如图 18 图 18 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 5 2 凸轮材料选择凸轮材料选择 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 结束语结束语 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 参考文献参考文献 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 附录附录 凸轮参数化仿真软件数据 转角转角 度度 压力角压力角 度度 工作轮工作轮 廓廓 X Xn n 工作轮工作轮 廓廓 Y Yn n 工作轮工作轮 廓廓 r rn n 工作轮工作轮 廓廓 n n 度度 位移位移速度速度加速度加速度 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 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 97 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 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 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 14 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 73 140 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 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 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 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 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 31 240 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 31 265 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