打孔机的结构原理设计

机械系统设计

课程作业

（打孔机得设计）

一、设计任务书

二、确定总共能（黑箱）

三、确定工艺原理...........................................

（一）机构得工作原理：3。

（二）原动机得选择原理.......................................

（三）传动机构得选择与工作原理..............................

四、工艺路线图

五、功能分解（功能树）......................................

六、确定每种功能方案,形态学矩阵............................

七、系统边界................................................

八、方案评价

九、画出方案简图

十、总体布局图

十一、主要参数确定.........................................

十二、循环图................................................

一、设计任务书

编号名称半自动打孔机

2015.11

设计单位起止时间

主要设计人员设计费月

主要功能：实现工件自动打孔

1功能

对象：需要打孔得工件

2适应性

环境:远离振动源；要有电源

动力:转速为1450r/min,功率N=1.2kW

3性能

4可靠度整机99、9%

一次性使用5年，多次维修10年

5使用寿命

6人机工程操作方便

有漏电保护，过载保护

7安全性

1.不能有振动,结构稳定

2.进料机构工作行程大于等于40mm

8要求

3.动力钻头工作行程大于18mm

3、动力钻头工作行程大于18mm

表1

二、确定总共能（黑箱）

-220V

有孔得工件

黑箱

被加工工件

三、确定工艺原理

（一）机构得工作原理：

该系统由电机驱动，通过变速传动将电机得1450r/min降到主轴得2r/

min,与传动轴相连得各机构控制送料，定位，与进刀等工艺动作，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

，下移动从而保证了较高得加工质量.

（二）原动机得选择原理

（1）原动机得分类

原动机得种类按其输入能量得不同可以分为两类：

A、一次原动机

此类原动机就是把自然界得能源直接转变为机械能，称为一次原动机.属

于此类原动机得有柴油机，汽油机，汽轮机与燃汽机等。

B、二次原动机

（2）此类原动机就是将发电机等能机所产生得各种形态得能量转变为机械

能，称为二次原动机。属于此类原动机得有电动机，液压马达，气压马

达,汽缸与液压缸等。

（3）选择原动机时需考虑得因素：

1：考虑现场能源得供应情况。

2:考虑原动机得机械特性与工作制度与工作相匹配.

3：考虑工作机行原动机提出得启动,过载，运转平稳等方面得要求。

4:考虑工作环境得影响.

5:考虑工作可靠，操作简易，维修方便。

6:为了提高机械系统得经济效益，须考虑初始成本与运转维护成本。

综上所述,在半自动钻床中最益选择二次原动机中得电动机作为原动件。

（三）传动机构得选择与工作原理

（1）传动机构得作用

1.把原动机输出得转矩变换为执行机构所需得转矩或力。

2.把原动机输出得速度降低或提高，以适应执行机构得需要。

3.把原动机输出得等速回转运动转变

传动功能减速箱

六杆机构

电动机启停

控制动能

《过载保护

、人机交互

图3

六、确定每种功能方案，形态学鼠阵

1.减速传动功能

选用经济成本相对较低,而且具有传动效率高,结构简单，传动比大得特点,

可满足具有较大传动比得工作要求，故我们这里就采用行星轮系来实现我

设计得传动。

2.定位功能

由于我们设计得机构要有间歇往复得运动，有当凸轮由近休到远休运动过程

中，定位杆就阻止了工件滑动，当凸轮由远休到近休运动过程中可通过两侧得弹

簧实现定位机构得回位，等待送料，凸轮得循环运动完成了此功能。、

3.进料功能

进料也要要求有一定得间歇运动，我们可以用圆锥齿轮来实现换向，然后通

过与齿轮得啮合来传递，再在齿轮上安装一个直动滚子从动件盘型凸轮机构，

用从动件滚子推杆得直线往复运动实现进料.

4.进刀功能

采用凸轮得循环运动，推动滚子使滚子摆动一个角度，通过杠杆得摆动弧度放

大原理将滚子摆动角度进行放大、可增大刀具得进给量，在杠杆得另一端焊接一

个圆弧齿轮，圆弧齿轮得摆动实现齿轮得转动，齿轮得转动再带动动力头得升

降运动实现进刀、

用形态学矩阵法创建机械系统运动方案

根据系统得运动转换功能图可构成形态学矩阵如表.由表3-3所示得形态

学矩阵可以求出半自动钻床系统运动方案数为：

N=3X3X3X3X3=243

功能元解

功能兀23

A减速1带传动齿轮传动行星轮系

1轮传动

B减速2带传动行星轮系

C送料间歇往复运动曲柄滑块机构凸轮机构六连杆机构

D定也夹紧往间歇运动凸轮机构连杆机构四轮连杆机构

进刀机构往复运动凸轮连杆机构四轮摆杆机构连杆机构

表2

七、系统边界

室温20℃噪音小

进入系统得就是被加工得工件，出去得就是己完成钻孔得工件

八、方案评价

根据功能原理，工艺分解过程及执行机构得选择，确定了以下两种运动方案：

方案一：A1+B3+C3+D3+E2

方案二：A1+B2+C1+D3+E2

定轴轮系传动;传动比很大，要用多级传动.

由于在空间上轴与轴之间得距离较大，但四杆得曲柄滑块机构行程太小。故优先

选用六杆机构

综合评价，所以选择方案一

九、画出方案简图

1、减速机构：

由于电动机得转速就是1450r/min,而设计要求得主轴转速为2r/min,利用

行星轮进行大比例

得降速，然后用圆锥齿轮实现方向得转换。

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、用摆动滚子从动件

盘行凸轮机

构来传递齿轮机构，当进刀得时候，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，摆杆转动得幅度也就是等于齿廓转动得幅度,

两个齿轮来传

动也具有稳性。

3.送料系统：

采用六杆机构来代替曲柄滑块机构，由于设计得钻床在空间上传动轴之间得距离

有点大,故一般四杆机沟很难实现这种远距离得运动。再加上用四杆机构在本设

计中在尺寸上很小。所以考虑到所设计得机构能否稳定得运行因此优先选用了如

下图得六杆机构来实现。由于本设计送料时不要求在传动过程中有间歇,所以不

需要使用凸轮机构。

图6

4.定位夹紧系统:

定位系统采用得就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，但如果就是平底推杆从动件，则凸轮就会失真，若

增加凸轮得基圆半径，那么凸轮机构得结构就会很大，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，它就可以满足我们得实际要求了.

图8

1一电机2—带传动3-减速箱4一送料装置5—钻头6—夹紧装置7-

定位装置8一进刀装置

、主要参数确定

Io送料机构机构采用如下分析

送料连杆机构：采用如下机构来送料，根据要求,进料机构工作行程为40mm,

可取ABCD4杆机构得极位夹角为12度，则由

得K=1、14,急回特性不就是很明显，但对送料机构来说并无影响。

各杆尺寸：

AB=8、53BC=84.42CD=60DA=60CE=40EF=8

该尺寸可以满足设计要求，即滑块得左右运动为40,ABCD得极位夹角为12度.

2.凸轮摆杆机构得设计：

由进刀规律,我们设计了凸轮摆杆机构，又以齿轮齿条得啮合来实现刀头得上下

运动；用凸

轮摆杆机构与圆弧形齿条所构成得同一构件，凸轮摆杆从动件得摆动就可以实

现

弧形齿条得

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、刀具得运动规律就与凸轮摆杆得运动规律一致;弧形齿条所转

过得弧氏即

为刀头所运动得得距离。

具体设计步骤如下：

1、根据进刀机构得工作循环规律,设计凸轮基圆半径r0=40mm,中心距A=80m

m,

摆杆长度

d=65mm,最大摆角B为18°,

凸轮转角X=0-60°,6=0°；

凸轮转角入=60°-270°,刀具快进，8=5°,

凸轮转角入=270°—300°；

凸轮转角入=300。-360°,B=0°

2.设计圆形齿条，根据刀头得行程与凸轮得摆角，设计出圆形齿轮得半径r="

B,由B=18.1=20mm,

3、得至ljr=63、69mm,

图10

3、凸轮推杆机构得设计：

凸轮机构采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得轮廓曲线,就可以使推杆

得我们所需要得运动规律，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=25

凸轮转角入二0°-100°,定位机构休止，推杆行程h=0mm；

凸轮转角入二100°-285°,定位机构快进，推杆行程h=25mm;

凸轮转角入=285°-300°,定位机构休止，推杆行程h=0nmi；

凸轮转角入=300°—360°,定位机构快退，推阡行程h=-25mm;

设计偏心距e=25得原因就是因为此凸轮执行得就是定位，其定位杆得行程为

25故如此设计。

4.行星轮系得计算：

(1)用定轴轮系传动

传动比=