第2章机械系统方案设计与总体设计习题课

1、第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 机械系统方案设计习题课机械系统方案设计习题课 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 题题1：C1325自动车床刀架机械传动系统的方案分析过程。自动车床刀架机械传动系统的方案分析过程。 1、功能分析、功能分析 功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。功能要求：自动换刀，并能沿工件轴向完成进给运动。 进刀凸轮进刀凸轮 机构机构 刀具刀具 主轴主轴 转塔刀架转塔刀架9 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 宽齿轮宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽

2、轮机构六槽轮机构11 6 13 获得系统的各个分功能获得系统的各个分功能 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 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 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 宽齿轮宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽轮机构六槽轮机构11 6 13 功能要求：功能要求： 自动换刀，轴向进给自动换刀，轴向进给 功能分解：功能分解： 转位转位转塔刀架每次转过转塔刀架每次转过60 ； 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

3、与工件干涉； 定位定位通过定位销实现刀架的定位；通过定位销实现刀架的定位； 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。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 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 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 宽齿轮宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽轮机构六槽轮机构11 6 13 2、刀架机械传动系统的工作过程、刀架机械传动系统的工作过程 退刀：退刀： 压簧压簧12推杆推杆13回程回程齿轮齿轮6

4、齿条齿条7 活动支架活动支架8向右完成退刀向右完成退刀 在一组工件加工完毕后在一组工件加工完毕后 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 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 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3过宽齿轮过宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽轮机构六槽轮机构11 6 13 让刀：让刀： 过宽齿轮过宽齿轮2圆锥齿轮圆锥齿轮3圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4 拔出销拔出销1010 同时，曲柄同时，曲柄5 5旋转旋转 支架支架8快速向右运动实现让刀快速向右运动

5、实现让刀 退刀的同时，齿轮退刀的同时，齿轮1 的离合器结合并开始转动。的离合器结合并开始转动。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 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 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 宽齿轮宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽轮机构六槽轮机构11 6 13 转位：转位： 让刀快结束时，槽轮开始转位让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄曲柄5的后半圈的后半圈 支架支架8向左移动完成复位向左移动完成复位 定位：定位： 转位结束时，凸轮机构转位结束时

6、，凸轮机构4的推杆摆动的推杆摆动插入定位销插入定位销10 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 之后进入下一个循环之后进入下一个循环 进刀凸轮进刀凸轮 机构机构 刀具刀具 主轴主轴 转塔刀架转塔刀架9 工件工件 齿条齿条714 压簧压簧12 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构4 曲柄曲柄5 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动3 宽齿轮宽齿轮2 齿轮齿轮1 活动支架活动支架8 定位销定位销10 六槽轮机构六槽轮机构11 6 13 进给：进给： 推杆推杆13推程推程 齿轮齿轮6齿条齿条7 活动支架活动支架8向左完成进给向左完成进给 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 刀架机械传动系统的工作循环图：刀架机械

7、传动系统的工作循环图： 圆柱凸轮转角圆柱凸轮转角 定位销定位销 转塔转塔 活动支架活动支架 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 90 180 270 360 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 组合方式主要以串联方式为主，但在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。 进刀凸轮进刀凸轮 机构机构 齿轮齿齿轮齿 条机构条机构 曲柄滑曲柄滑 块机构块机构 活动支架进退活动支架进退 圆柱凸轮圆柱凸轮 机构机构 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 转塔刀架转位转塔刀

8、架转位 定位销进退定位销进退 I II 3、刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点、刀架机械传动系统各机构的组合方式及特点 1 1）进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要换不同的凸轮。进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工件需要换不同的凸轮。 2 2）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。 3）后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。）后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。 组合方式：组合方式： 机构功用分析：机构功用分析： 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 进刀凸轮进刀凸轮 机构机构 齿轮齿齿轮齿 条机构条

9、机构 曲柄滑曲柄滑 块机构块机构 活动支架进退活动支架进退 圆柱凸轮圆柱凸轮 机构机构 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 转塔刀架转位转塔刀架转位 定位销进退定位销进退 I II 另外一条传动路线中另外一条传动路线中 4)4)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。 5)5)圆锥齿轮机构后并接槽轮机构使为了实现转位。圆锥齿轮机构后并接槽轮机构使为了实现转位。 6)6)并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定位的时序要求。并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定位的时序要求。 7

10、)7)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。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 该机床应完成该机床应完成3个运动个运动刀具的旋转运动刀具的旋转运动A1（实（实 现工件的切削）、工作台的间歇转动现工件的切削）、工作台的间歇转动A2及主轴箱往及主轴箱往 复直线运动复直线运动A3（完成进刀和退刀运动）。（完成进刀和退刀运动）。 题题2：设计一四工位专用机床的技术方案，通过该技术方案：设计一四工位专用机床的技术方案，通过该技术方案 来一次完成：钻孔来一次完成：钻孔扩孔扩孔铰孔铰孔3道工序。道工序。 装拆工件装拆工件( () )钻孔钻孔( () )扩孔扩孔( () )铰

11、孔铰孔( () ) 工作过程中有四个工位：工作过程中有四个工位： 分析：分析： 图图1 工件工件 45 50H6 1.6 在工作台间歇转动的运动中，工作台每次转动在工作台间歇转动的运动中，工作台每次转动 90，转一圈，完成一个工作循环。，转一圈，完成一个工作循环。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 A3 工作台工作台 主轴箱主轴箱 图图2 2 机构功能示意图机构功能示意图 A1A2 钻孔钻孔扩孔扩孔铰孔铰孔 装拆工件装拆工件()()钻孔钻孔()()扩孔扩孔()()铰孔铰孔()() 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 解：该四工位专用机床设计任务明确，工艺原理清楚，类似机床的技术解

12、：该四工位专用机床设计任务明确，工艺原理清楚，类似机床的技术 过程成熟，所以，方案设计的前过程成熟，所以，方案设计的前3步（设计任务的抽象化，确定工艺原理，确步（设计任务的抽象化，确定工艺原理，确 定技术过程）可以省略。定技术过程）可以省略。 1对主轴箱移动对主轴箱移动(A3)的要求的要求 一、设计要求和主要参数一、设计要求和主要参数 由零件的加工工艺，可得到如下一些设计要求数据：由零件的加工工艺，可得到如下一些设计要求数据： 根据设计任务中对机床工位所提出的要求：装拆工件根据设计任务中对机床工位所提出的要求：装拆工件()钻孔钻孔()扩扩 孔孔()铰孔铰孔()，作出主轴箱的移动示意图，如图，作

13、出主轴箱的移动示意图，如图3所示。所示。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 初始位置初始位置 快速送进快速送进 慢进切削慢进切削 快速返回快速返回 刀具刀具 由图由图3可以看出主轴箱移动经过了可以看出主轴箱移动经过了4个阶段：个阶段： （1）初始位置；）初始位置； （2）快速进刀；）快速进刀； （3）慢进切削；）慢进切削； （4）快速退回。）快速退回。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 刀具离工作表面距离刀具离工作表面距离S=65mm； 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 初始位置初始位置 快速送进快速送进 慢

14、进切削慢进切削 快速返回快速返回 刀具刀具 （1）初始位置：）初始位置： 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 S=65 初始位置初始位置 刀具刀具 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 S1=60mm，t1=6s，V1=10mm/s；（2）快速进刀：）快速进刀： 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 S=65 初始位置初始位置 刀具刀具 快速送进快速送进 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 S=65 初始位置初始位置 刀具刀具 S1=60，t1=6s 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 S1=60，t1=6s 快速送进快速送进 图图3 主

15、轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 S=65 初始位置初始位置 刀具刀具 （3）慢进切削：）慢进切削： 10 慢进切削慢进切削 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 工件工件 S1=60，t1=6s S=65 初始位置初始位置 快速送进快速送进 刀具刀具 S2=60，t2=30s 45 S2=60mm，t2=30s，V2=2mm/s；(包括切前包括切前5mm，切削，切削45mm，伸出工件，伸出工件 10mm)； 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 S3=120mm，t3=12s，V3=10mm/s。 （4 4）快速退回：）快速退回： 10 慢进切削慢进切削 图图3 主轴箱移动示

16、意图主轴箱移动示意图 工件工件 S1=60，t1=6s S=65 初始位置初始位置 快速送进快速送进 刀具刀具 S2=60，t2=30s 45 S3=120mm，t3=12s 快速返回快速返回 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 S2=60，t2=30s 慢进切削慢进切削 工件工件 S1=60，t1=6s S=654510 初始位置初始位置 快速送进快速送进 刀具刀具 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 5原动机为笼型三相异步电动机，要求原动机、传动系统、执行系统中原动机为笼型三相异步电动机，要求原动机、传动系统、执行系统中 的执行机构装在机体之内；执行构件：刀其和工件卡具以及工件

17、伸在外面。的执行机构装在机体之内；执行构件：刀其和工件卡具以及工件伸在外面。 2对刀具切削运动的要求对刀具切削运动的要求 由工件的材质以及加工工艺要求，可得刀具切削运动的主要参数：由工件的材质以及加工工艺要求，可得刀具切削运动的主要参数： 刀具转动速度（刀具转动速度（ndo）n1(r/min)； 刀具切削时的移动速度刀具切削时的移动速度Vdo=2mm/s=V2。 3工件装卸时间不少于工件装卸时间不少于10s，即，即tc10s。 4生产效率：理论生产率生产效率：理论生产率Gth=75件件h(由生产率要求决定由生产率要求决定) 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 四四 工工 位位 专专 用用

18、 机机 床床 图图4 四工位专用机床树状功能图四工位专用机床树状功能图 刀具旋转运动刀具旋转运动A1（n1） 工作台间歇转动工作台间歇转动A2 2=90，n 主轴箱进退刀运动主轴箱进退刀运动A3 （S，V） 静止静止 快进快进 慢进慢进 快退快退 对四工位专用机床的总功能进行分解，可以得到相应的树状功能图。对四工位专用机床的总功能进行分解，可以得到相应的树状功能图。 二、四工位专用机床树状功能图二、四工位专用机床树状功能图 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 该机器属于有多个执行构件的周期循环工作的机械系统，应对它的运动该机器属于有多个执行构件的周期循环工作的机械系统，应对它的运动 循环

19、情况加以研究。循环情况加以研究。 三、机械运动循环情况三、机械运动循环情况 1完成一个工作循环的时间完成一个工作循环的时间 )/75(48 75 6060 hsT件生产率 s t tt36 2 12 30 2 3 24 （1）工作台静止时间）工作台静止时间t4： 2工作台回转情况工作台回转情况 满足装卸工件的要求。满足装卸工件的要求。 （2）工作台转动时间）工作台转动时间t5： s t tt12 2 12 6 2 3 15 工作台静止时间包括切削时间工作台静止时间包括切削时间t2和快退时刀具在工件内的时间和快退时刀具在工件内的时间t3/2。 ss1036 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题

20、课 min/25. 1/0208. 0 12 4 1 4 1 5 rsr t r （2）工作台转动时间：）工作台转动时间： s t tt12 2 12 6 2 3 15 工作台转动时间包括刀具快进工作台转动时间包括刀具快进60mm和快退和快退60mm的时间。的时间。 （3）工作台转动速度：）工作台转动速度： 由上面数据可作出四工位专用机床运动循环表。由上面数据可作出四工位专用机床运动循环表。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 S3=120mm，t3=12s 快速返回快速返回 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 S2=60，t2=30s 慢进切削慢进切削 工件工件 S1=60，t1

21、=6s S=654510 初始位置初始位置 快速送进快速送进 刀具刀具 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 S3=120mm，t3=12s 快速返回快速返回 图图3 主轴箱移动示意图主轴箱移动示意图 S2=60，t2=30s 慢进切削慢进切削 工件工件 S1=60，t1=6s S=654510 初始位置初始位置 快速送进快速送进 刀具刀具 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 表表1 四工位专用机床的运动循环表四工位专用机床的运动循环表 静止静止t=t2+t3/2=36s 转动转动t3/2=6s转动转动t1=6s工作台工作台 刀具在工件外刀具在工件外 S=15+60=75mm t=7

22、5/10=7.5s 刀具在工件内刀具在工件内 S=452+102=110mm t=45/2+45/10=27s 刀具在工件外刀具在工件外 S=60+5=65mm t=t1+5/2=8.5s 向后运动空回行程向后运动空回行程 S0=S3=120mm t0=t3=12s 向前运动工作行程向前运动工作行程 SW=S1+S2=60+60=120mm tw=t1+t2=6+30=36s主轴箱主轴箱 运运 动动 情情 况况执行构件执行构件 行程行程 s（mm） 时间时间 t（s） 6 8.5364248 0 65120175 240 表中数据显示了主轴箱和工作台的运动情况，各行程的起止时间和持续表中数据显

23、示了主轴箱和工作台的运动情况，各行程的起止时间和持续 过程以及相互协调情况，为了防止刀具在工件内时，工作台转动，留出了过程以及相互协调情况，为了防止刀具在工件内时，工作台转动，留出了 t1=2.5s和和t2=6.5s的缓冲时间。的缓冲时间。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 缩小缩小放大放大 变换变换阻隔阻隔 传导传导 分离分离 贮存贮存 合并合并 E A E AEA E A EA E A1 A2 E1 A E2 E 、 A 的的 类型不同类型不同 (EA) (EA) (EA) (EA) EA (E=A) 功能转换图中所采用的功能元符号功能转换图中所采用的功能元符号 四、机构选型与方案

24、评定四、机构选型与方案评定 由四工位专用机床的树状功能图可以作出四工位专用机床运动的功能转化由四工位专用机床的树状功能图可以作出四工位专用机床运动的功能转化 图，在功能转化图中，常用物理功能元的符号如下：图，在功能转化图中，常用物理功能元的符号如下： 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 用物理功能元符号可得四工位专用机床功能转化图：用物理功能元符号可得四工位专用机床功能转化图： 电动机电动机1 减速减速分动分动 刀具转动刀具转动 a）刀具运动功能转换图）刀具运动功能转换图 图图5 5 四工位专用机床运动功能转换图四工位专用机床运动功能转换图 电动机电动机2 减速减速A 减速减速B 分动分

25、动 变连转动为间转变连转动为间转工作台间歇转动工作台间歇转动 变转动为移动变转动为移动主轴箱往复移动主轴箱往复移动 b）工作台和主轴箱运动功能转换图）工作台和主轴箱运动功能转换图 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 (1)机床采用独立驱动的方式，利用机床采用独立驱动的方式，利用2台电动机驱动整个系统的运动：电动台电动机驱动整个系统的运动：电动 机机1驱动刀具旋转运动，电动机驱动刀具旋转运动，电动机2驱动工作台间歇转动和主轴箱往复移动。驱动工作台间歇转动和主轴箱往复移动。 由功能转换图可看出：由功能转换图可看出： 采用独立驱动的原因：独立驱动可简化运动链，减少传动件数目，减轻采用独立驱动的

26、原因：独立驱动可简化运动链，减少传动件数目，减轻 机床重量；传动装置的布局、安装、调整、维修方便。机床重量；传动装置的布局、安装、调整、维修方便。 (3)工作台间隙转动和主轴箱移动的传动系统有工作台间隙转动和主轴箱移动的传动系统有5个分功能：个分功能：减速减速A、减速、减速 B、分动、变连续转动为间歇转动和变连续转动为往复直线运动。、分动、变连续转动为间歇转动和变连续转动为往复直线运动。 (2)刀具转动的传动系统有刀具转动的传动系统有2个分功能：减速和分动；个分功能：减速和分动； 系统中回转工作台转速系统中回转工作台转速n=1.25r/min，主轴箱移动速度，主轴箱移动速度v=210mm/s，

27、电，电 动机的转速动机的转速nd2=1000r/min左右左右(6级电动机级电动机)，速比，速比 800 25. 1 1000 i 采用一级减速无法实现，所以，采用二级减速的方式。其中一级采用带采用一级减速无法实现，所以，采用二级减速的方式。其中一级采用带 传动，传动平稳，有过载保护作用。传动，传动平稳，有过载保护作用。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 E（变转动（变转动 为往复直线为往复直线 移动）移动） D（变连续（变连续 转动为间歇转动为间歇 转动）转动） C（分动）（分动） B（减速（减速B） A(减速减速A) 54321 功能载体功能载体 分功能分功能 对于所找出对于所找出

28、5个主要的分功能，通过寻找合适的功能载体，就可以作出个主要的分功能，通过寻找合适的功能载体，就可以作出 工作台和主轴箱传动系统的形态学矩阵。工作台和主轴箱传动系统的形态学矩阵。 表表2 四工位专用机床的形态学矩阵四工位专用机床的形态学矩阵 带滑块的带滑块的 六杆机构六杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 摆动推杆摆动推杆 盘形凸轮盘形凸轮 与摆动滑与摆动滑 块机构块机构 移动推杆移动推杆 盘形凸轮盘形凸轮 机构机构 移动推杆圆移动推杆圆 柱凸轮机构柱凸轮机构 槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机不完全齿轮机 构构 曲柄摇杆曲柄摇杆 棘轮机构棘轮机构 弧面凸轮弧面凸轮 机构机构 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构

29、 齿轮传动齿轮传动 行星齿轮行星齿轮 传动传动 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动 摆线针轮摆线针轮 传动传动 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 方案方案1：A5 + B1 + C1 + D5 + E1 在建立系统形态学矩阵的过程中，对于运动功能转换的功能载体，可以在建立系统形态学矩阵的过程中，对于运动功能转换的功能载体，可以 查阅运动功能转换解法库，通过许多种手册都可以查到。查阅运动功能转换解法库，通过许多种手册都可以查到。 由形态学矩阵可得到的设计方案数为：由形态学矩阵可得到的设计方案数为： N=551

30、55=625 在这些方案中剔除明显不合理的方案，再根据能否满足功能要求，运动在这些方案中剔除明显不合理的方案，再根据能否满足功能要求，运动 链中机构安排是否合理，制造难易程度，经济性、可靠性等因素，进行综合链中机构安排是否合理，制造难易程度，经济性、可靠性等因素，进行综合 评价，选出下面两个较优的方案。评价，选出下面两个较优的方案。 带传动带传动行星齿轮传动行星齿轮传动齿轮分动箱齿轮分动箱不完全齿轮机构不完全齿轮机构摆动推杆摆动推杆 盘形凸轮与摆动滑块机构。盘形凸轮与摆动滑块机构。 五较优的方案五较优的方案 摆线针轮摆线针轮带传动带传动齿轮分轴箱齿轮分轴箱槽轮槽轮移动推杆圆柱凸轮。移动推杆圆柱

31、凸轮。 方案方案2：A1 + B5 + C1 + D4 + E3 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 E（变转动（变转动 为往复直线为往复直线 移动）移动） D（变连续（变连续 转动为间歇转动为间歇 转动）转动） C（分动）（分动） B（减速（减速B） A(减速减速A) 54321 功能载体功能载体 分功能分功能 表表2 四工位专用机床的形态学矩阵四工位专用机床的形态学矩阵 带滑块的带滑块的 六杆机构六杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 摆动推杆摆动推杆 盘形凸轮盘形凸轮 与摆动滑与摆动滑 块机构块机构 移动推杆移动推杆 盘形凸轮盘形凸轮 机构机构 移动推杆圆移动推杆圆 柱凸轮机构柱凸轮机

32、构 槽轮机构槽轮机构 不完全齿轮机不完全齿轮机 构构 曲柄摇杆曲柄摇杆 棘轮机构棘轮机构 弧面凸轮弧面凸轮 机构机构 圆柱凸轮机圆柱凸轮机 构构 齿轮传动齿轮传动 行星齿轮行星齿轮 传动传动 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动 摆线针轮摆线针轮 传动传动 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动带传动带传动 摆线针轮摆线针轮 传动传动 齿轮传动齿轮传动 带传动带传动 移动推杆圆移动推杆圆 柱凸轮机构柱凸轮机构 槽轮机构槽轮机构 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 根据上述的运动方案结论，选择合适的比例尺可以画出机构运动简图作根据上述的运动方案结论，选择合适的比例

33、尺可以画出机构运动简图作 为方案示意图。为方案示意图。 六方案示意图六方案示意图 方案方案1 1 移动推杆圆柱移动推杆圆柱 凸轮机构凸轮机构 摆线针轮摆线针轮 减速器减速器 槽轮机构槽轮机构 电动机电动机2 2 电动机电动机1 1 作业：画出机构方案作业：画出机构方案2的运动简图。的运动简图。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 b b、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； 题题3：多头专用钻：多头专用钻床床机械传动系统设计。机械传动系统设计。 设计任务：设计一台自动钻床，用来同时设计任务：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。加工图示

34、零件上的三个孔，并能自动送料。 30 20 3-8 20 20 50 20 10 1 1、确定工作原理确定工作原理 钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于钻削工艺：钻头一边旋转，同时相对于 工件作移动。工件作移动。 a a、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； 三种运动方案：三种运动方案： c c、工作台旋转，钻头作轴向进给；工作台旋转，钻头作轴向进给； 一般的钻床多采用第一种方案，但本例是 三轴专用钻床，因工件小，工作台轻，移动工 作台比移动三轴容易。故采用第二种方案。 如车床上钻孔 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 送料机构可以采用从料仓推送工件的方

35、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：钻头、工作台、送料杆三个执行构件：钻头、工作台、送料杆 2、执行构件的运动设计、执行构件的运动设计 1）送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件；）送料杆往右推出零件，并顶出加工好的零件； 2）夹具将工件定位，并夹紧；）夹具将工件定位，并夹紧； 3）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； 4）工作台慢速工进；）工作台慢速工进； 5）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。 工艺过程：工艺过程： 第2章机械

36、系统方案设计与总体设 计习题课 钻头的转速：钻头的转速： nc=1000v/(d) 式中：式中：d钻头直径，钻头直径，d=8 mm v切削速度，查手册，选用切削速度，查手册，选用45钢，可选钢，可选v=12.5m/min； 1)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； 2)工作台改用工作进给速度先钻凸台工作台改用工作进给速度先钻凸台 上的孔，待钻到上的孔，待钻到 一定深度时，三个钻头才一定深度时，三个钻头才 同时钻进，因工作阻力增加，所以进给速同时钻进，因工作阻力增加，所以进给速 度应减小；度应减小； 3)钻孔结束后，工作台快速退回，完钻孔结束后，工作台快速退回，完 成

37、一个循环。成一个循环。 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： 代入得：代入得： nc 500 r/min 30 20 3-8 20 20 50 20 10 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 设工作台完成一个工作循环所需的时间为设工作台完成一个工作循环所需的时间为T1 T1 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 式中：式中： t1 =(10+3)/(s1 nc)=0.13 min = 7.8 s 设单孔钻削每转进给量为设单孔钻削每转进给量为 s1 =0.2 mm/r ,单孔钻削深度为单孔钻削深度为10mm，并考虑，并考虑 3mm的提前工作量：的提前

38、工作量： t2三孔同时钻削时间，设进给量为三孔同时钻削时间，设进给量为 s2 =0.16 mm/r，单孔钻削深度为，单孔钻削深度为 10mm，并考虑，并考虑3mm的越程量：的越程量： t3 快速接近时间，取快速接近时间，取 t3 =1.5 s； t4 快速退回时间，取快速退回时间，取 t4 =2.5 s； t5 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 t5 =3 s。 t2 =(10+3)/(s2 nc)=0.163 min =9.8 s t1单孔钻削时间；单孔钻削时间； 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 工作台一个工作循环总时间：工作台一个工作循环总时间： T1

39、 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 =24.6 s 工作台每分钟工作循环数：工作台每分钟工作循环数： n1 = 60/T1 =2.44r/min=nf 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： Ts = 24.6 s 工作台的行程：工作台的行程： Hf = h0 + h1 + h2 h0 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h0 =15 mm； h1 单孔钻削深度，取单孔钻削深度，取h1 =13 mm； h2 三孔同时钻削深度，取三孔同时钻削深度，取h2 =13 mm。 =41 mm 送料杆的行程取

40、工件的两倍：送料杆的行程取工件的两倍：Hs = 100 mm 送料杆的运动与工作台的运动必须协调，而钻头 的旋转与送料杆和工作台之间的运动是独立的 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 凸轮转角凸轮转角 0 90 180 270 360 送料杆送料杆 送料送料 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： 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 3、原动机的选择、原动机的选择 类型类型交流异步感应电动机交流异步感应电动机 由机床的工作要求确定 转数转数额定转数额定转数: nn = 1440 r/min 4、计算运

41、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 = nn / nc =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 = nn / nf =1440/2.44=563 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。 第2章机械系统方案设计与总体设 计习题课 5、机构选型、机构选型 （1）切削运动链的设计）切削运动链的设计 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，不需运动转换，但是，不需运动转换，但是 需要减速。需要减速。 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。功能，其尺寸受到限制。 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。动轴线方向的功能。 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。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。 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，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，