自动钻头送进机构设计实验报告

第 1 页 自动钻床送进机构设计自动钻床送进机构设计 虚拟样机实验作业虚拟样机实验作业 北京航空航天大学 第 2 页 目录 自动钻床送进机构设计 1 虚拟样机实验作业 1 1 自动钻床送进机构 3 1 1 工作原理 3 1 2 设计要求 3 2 关于自动钻床及其前景 3 3 机构选型设计及方案 4 3 1 曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合 4 3 2 平行四边形机构与偏心曲柄滑块机构的组合 5 4 ADAMS 软件仿真验证 6 4 1 方案一的虚拟仿真实验 6 4 1 1 虚拟样机仿真结果 6 4 1 2 实验结果分析 8 4 2 方案一的虚拟仿真实验 9 4 2 1 虚拟样机仿真结果 9 4 2 2 仿真结果分析 10 5 两种方案优劣对比 11 6 试验总结与思考 12 第 3 页 1 自动钻床送进机构自动钻床送进机构 1 1 工作原理工作原理 钻床是一种常用的孔加工设备 试设计一钻床送进机构 如图 1 所示 其输入运动为构件 1 的匀速回转运动 输出运动为钻头的往复直线运动 图 1 自动钻床送进机构 1 2 设计要求设计要求 钻头的行程为 320mm 钻头在对工件进行钻孔过程中 要求以近似匀 速送进 为提高工作效率 要求机构具有行程速比系数 K 2 另外 还要 求机构传动性能良好 2 关于自动钻床及其前景关于自动钻床及其前景 自动钻床是一种自动化钻孔平台 是指利用比目标物更坚硬 更锐利的工 具通过旋转切削或旋转挤压的方式 在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设 备统称 也有称为打孔机 钻孔机 打眼机 通孔机等 通过对精密部件进行 第 4 页 钻孔 来达到预期的效果 自动钻床有自动钻床和手动钻床 随着人力资源成 本的增加 大多数企业均考虑自动钻床作为发展方向 自动钻床在我国有广泛的运用 例如 我国是全世界钟表生产和输出的最 大国家 占全球制表行业 90 以上 全自动高速表带钻床彻底解决表带行业目 前投入人力最多 产出最少的手工钻孔工艺现状的困难 全面取代现有的手工 钻孔工艺 也间接解决了企业招收熟练钻孔工人困难的严重问题 同时为企业 节约了大量的人力成本开支 3 机构选型设计及方案机构选型设计及方案 为实现自动钻床送进机构的功能 并满足设计要求 用图解法和解析 法进行分析 得出以下两种较为优化的设计方案 3 1 曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合 曲柄摇杆机构带动滑块转动 滑块带动导杆转动 K 2 由 180 K 1 K 1 得 60 如图 2 所示 曲柄摇杆机构 ABCD 中 主动曲柄 AD 的极位夹角为 60 逆时针转动 具有急回特性 因为滑块和摇杆形成转动副 使得整个机构 EF 具有急回特性 各杆长参数如下 AC 127 5977mm CD 230 3721mm AB 183 7185mm EF 183 7185mm GF 的杆 长随意 只要不太短即可 第 5 页 图 2 曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合 3 2 平行四边形机构与偏心曲柄滑块机构的组合平行四边形机构与偏心曲柄滑块机构的组合 平行四边形机构中主动件匀速转动时 从动件也匀速转动 从而带动 滑块 代表钻头 移动 钻头的两个极限位置记为 320mm 做直角三角形F 1 2 1 2 1 2 F 以F 为直径作圆 取圆的最高点为以固定铰链点 A 在 1 2 30 2 直线中垂线上距离 200mm 处的点为另一固定铰链点 D 1 2 各杆长参数如下 A 95 635mm A 356 914mm 从动件 1 2 第 6 页 AB 130 6395mm BC 226 2745mm AD 213 814mm 主动件 DE AB 130 6395mm 主动件 DE 顺时针转动 图 3 平行四边形机构与偏心曲柄滑块的组合机构的组合 4 ADAMS 软件仿真验证软件仿真验证 4 1 方案一的虚拟仿真实验方案一的虚拟仿真实验 4 1 1 虚拟样机仿真结果虚拟样机仿真结果 曲柄摇杆机构和滑块导杆机构的组合 如图 4 图 4 方案二虚拟样机模型 第 7 页 图 5 到图 8 是机构运动过程中的一些重要参数的测量 通过这些参数 可以看出机构的运动和传力特性 图 5 是导杆最低点 即为实际钻头的顶点 一个周期的位移曲线 图 5 导杆位移曲线 图 6 是导杆最低点一个周期的速度曲线 图 6 导杆速度曲线 图 7 是导杆最低点一个周期的加速度曲线 图 7 导杆加速度曲线 图 8 是摇杆与滑块一个周期的压力角 连杆和滑块速度的夹角 变化曲线 第 8 页 图 8 压力角变化曲线 4 1 2 实验结果分析实验结果分析 从位移曲线可看出 在误差允许的范围内 滑块的行程满足设计要求 总长 320mm 能到达两个极限位置 而且可以看出 下降所用时间和上升所用 时间之比为 2 即急回系数为 K 2 由速度曲线可知 滑块下降过程中 速度较为平稳 变化不大 且下降 时速度小 上升时速度马上增大 有较好的急回特性 由加速度曲线可知 下降过程中加速度几乎为零 基本实现匀速运动 上升过程中 加速度较大 以实现急回特性 由传动压力角曲线可知 下降过程中压力角较大 最大可达 90 如图 9 咋一看 该机构传力特性不好 但注意到该机构中滑块是用来传递竖直方 向的分力 并不希望其速度方向的分力过大 故其实该机构传力特性很好 第 9 页 图 9 最大压力角 4 2 方案一的虚拟仿真实验方案一的虚拟仿真实验 4 2 1 虚拟样机仿真结果虚拟样机仿真结果 平行四边行机构和偏心曲柄滑块机构的组合 图 10 方案一虚拟样机模型 图 11 到 14 是该机构运动过程中的一些重要参数的测量 通过这些参数 可以看出机构的运动和传力特性 图 11 是滑块一个周期的位移曲线 图 11 滑块位移曲线 第 10 页 图 12 是滑块一个周期的速度曲线 图 12 滑块速度曲线 图 13 是滑块一个周期的加速度曲线 图 13 滑块加速度曲线 图 14 是传动时的压力角 连杆和滑块速度方向的夹角 变化曲线 图 14 滑块压力角变化曲线 4 2 2 仿真结果分析仿真结果分析 从位移曲线可看出 在误差允许的范围内 滑块的行程满足设计要求 第 11 页 总长 320mm 能到达两个极限位置 而且可以看出 下降所用时间和上升所用 时间之比为 2 即急回系数为 K 2 由速度曲线可知 滑块下降过程中 速度较为平稳 变化不大 且下降 时速度小 上升时速度大 有较好的急回特性 由加速度曲线可知 下降过程中几乎为零 基本实现匀速运动 上升过 程中 加速度迅速增大 以实现急回特性 由传动压力角曲线可知 相比起来 下降过程中压力角小 上升过程中 压力角大 传力特性较好 当滑块位移较小时 即接近需钻物体时 压力角不 超过 20 如图 15 图 15 瞬时压力角 5 两种方案优劣对比两种方案优劣对比 本例的两种构型 性能上存在着差异 各有优劣 下面将这两种方案各自 特点进行对比分析 由钻头 即方案一中的滑块和方案二中导杆 位移曲线可知 两种方案 都可以达到相应行程 这一点两种构型无差别 从钻头位移和速度曲线可知 两种方案的急回系数 K 均为 2 即具有良 好急回特性 从钻头速度和加速度曲线可知 方案一下降过程中的速度更加平稳 加 第 12 页 速度几乎保持为零 故从速度看 方案一更优 从压力角曲线可知 方案一要求压力角较大 而方案一的压力角几乎就 为 90 下降过程中 偏离不超过 25 当 Y 方向位移小于 100mm 时 偏离不超过 10 方案二中压力角较小 虽然下降过程中最大压力角 为 75 但当滑块 Y 方向位移小于 100mm 时 压力角小于 20 故两 方案传力特性均较好 方案一稍微优于方案二 从空间布局的方面分析 方案二相对来说较为节省空间 6 试验总结与思考试验总结与思考 这次试验是对自动钻床送机机构进行设计并仿真 这次试验的收获无 疑是巨大的 对自动钻床的设计和仿真是一个漫长的过程 首先 得对 ADAMS 这款软件进行学习 在掌握基本技能后 又开始设计 为了满足要 求 需要精心的进行设计 当自认为设计好之后 便开始进行仿真 在仿 真过程中 由于都软件操作还不熟练 又会遇到各种问题 通过查阅各种 资料把问题解决后 仿真终于成