打孔機(jī)的結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)大作業(yè)

1、 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程作業(yè) （打孔機(jī)的設(shè)計(jì)） 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1二、確定總共能（黑箱）2三、確定工藝原理3（一）機(jī)構(gòu)的工作原理:3（二）原動(dòng)機(jī)的選擇原理3(三)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理3四、工藝路線圖4五、功能分解（功能樹）4六、確定每種功能方案，形態(tài)學(xué)矩陣5七、系統(tǒng)邊界6八、方案評(píng)價(jià)6九、畫出方案簡(jiǎn)圖7十、總體布局圖9十一、主要參數(shù)確定10十二、循環(huán)圖14一、設(shè)計(jì)任務(wù)書編號(hào)名稱半自動(dòng)打孔機(jī)設(shè)計(jì)單位起止時(shí)間2015.11主要設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)費(fèi)用1功能主要功能：實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)打孔2適應(yīng)性對(duì)象:需要打孔的工件環(huán)境：遠(yuǎn)離振動(dòng)源；要有電源3性能動(dòng)力：轉(zhuǎn)速為1450 r/min，功率N = 1.2 kW4可靠度整機(jī)

2、99.9%5使用壽命一次性使用5年，多次維修10年6人機(jī)工程操作方便7安全性有漏電保護(hù)，過載保護(hù)8要求1.不能有振動(dòng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定2. 進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程大于等于40mm3. 動(dòng)力鉆頭工作行程大于18mm表1二、確定總共能（黑箱）220V被加工工件噪聲 發(fā)熱 圖 1有孔的工件 黑箱三、確定工藝原理（一）機(jī)構(gòu)的工作原理:該系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過變速傳動(dòng)將電機(jī)的1450r/min降到主軸的2r/min，與傳動(dòng)軸相連的各機(jī)構(gòu)控制送料，定位，和進(jìn)刀等工藝動(dòng)作，最后由凸輪機(jī) 通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒條上下平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng),這樣動(dòng)力頭也就能帶動(dòng)刀具平穩(wěn)地上下移動(dòng)從而保證了較高的加工質(zhì)量。（二）原動(dòng)機(jī)的選擇原理（1） 原動(dòng)機(jī)的

3、分類原動(dòng)機(jī)的種類按其輸入能量的不同可以分為兩類：A.一次原動(dòng)機(jī)此類原動(dòng)機(jī)是把自然界的能源直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱為一次原動(dòng)機(jī)。屬于此類原動(dòng)機(jī)的有柴油機(jī)，汽油機(jī)，汽輪機(jī)和燃汽機(jī)等。B.二次原動(dòng)機(jī)此類原動(dòng)機(jī)是將發(fā)電機(jī)等能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱為二次原動(dòng)機(jī)。屬于此類原動(dòng)機(jī)的有電動(dòng)機(jī)，液壓馬達(dá)，氣壓馬達(dá)，汽缸和液壓缸等。（2） 選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)需考慮的因素：1：考慮現(xiàn)場(chǎng)能源的供應(yīng)情況。2：考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作相匹配。3：考慮工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)提出的啟動(dòng)，過載，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等方面的要求。4：考慮工作環(huán)境的影響。5：考慮工作可靠，操作簡(jiǎn)易，維修方便。6：為了提高機(jī)械系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，須考慮

4、初始成本和運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)成本。綜上所述，在半自動(dòng)鉆床中最益選擇二次原動(dòng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)件。(三)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇和工作原理（1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用1、把原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的轉(zhuǎn)矩或力。2、把原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或提高，以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。3、把原動(dòng)機(jī)輸出的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變4、實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)或若干個(gè)速度相同或不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇的原則1：對(duì)于小功率傳動(dòng)，應(yīng)在考慮滿足性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳動(dòng)裝置，盡可能降低初始費(fèi)用。2：對(duì)大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)的效率，降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用。3：當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速時(shí)，若能與動(dòng)力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動(dòng)比的

5、傳動(dòng)裝置；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求變速范圍大，用動(dòng)力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性要求時(shí)，則應(yīng)采用變傳動(dòng)比傳動(dòng)；除執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求連續(xù)變速外，盡量采用有級(jí)變速。4：執(zhí)行機(jī)構(gòu)上載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載，這時(shí)應(yīng)加過載保護(hù)裝置。四、工藝路線圖圖2主功能五、功能分解（功能樹）送料定位夾緊主功能進(jìn)刀刀頭旋轉(zhuǎn)半自動(dòng)打孔機(jī)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力功能齒輪齒條帶傳動(dòng)傳動(dòng)功能減速箱六桿機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)啟?？刂苿?dòng)能過載保護(hù)人機(jī)交互圖 3六、確定每種功能方案，形態(tài)學(xué)矩陣1.減速傳動(dòng)功能選用經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，而且具有傳動(dòng)效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)比大的特點(diǎn),可滿足具有較大傳動(dòng)比的工作要求，故我們這里就采用行星輪系來實(shí)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的傳動(dòng)。2.定位功能由于我

6、們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要有間歇往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，有當(dāng)凸輪由近休到遠(yuǎn)休運(yùn)動(dòng)過程中,定位桿就阻止了工件滑動(dòng)，當(dāng)凸輪由遠(yuǎn)休到近休運(yùn)動(dòng)過程中可通過兩側(cè)的彈簧實(shí)現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)的回位,等待送料,凸輪的循環(huán)運(yùn)動(dòng)完成了此功能。、3.進(jìn)料功能進(jìn)料也要要求有一定的間歇運(yùn)動(dòng)，我們可以用圓錐齒輪來實(shí)現(xiàn)換向，然后通過和齒輪的嚙合來傳遞，再在齒輪上安裝一個(gè)直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪機(jī)構(gòu),用從動(dòng)件滾子推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)料。4.進(jìn)刀功能采用凸輪的循環(huán)運(yùn)動(dòng),推動(dòng)滾子使?jié)L子擺動(dòng)一個(gè)角度,通過杠桿的擺動(dòng)弧度放大原理將滾子擺動(dòng)角度進(jìn)行放大.可增大刀具的進(jìn)給量,在杠桿的另一端焊接一個(gè) 圓弧齒輪,圓弧齒輪的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)動(dòng)力頭的升降

7、運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀.用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣如表。由表3-3所示的形態(tài)學(xué)矩陣可以求出半自動(dòng)鉆床系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案數(shù)為：N=3×3×3×3×3243表 2七、系統(tǒng)邊界室溫20 噪音小進(jìn)入系統(tǒng)的是被加工的工件，出去的是已完成鉆孔的工件八、方案評(píng)價(jià)根據(jù)功能原理，工藝分解過程及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，確定了以下兩種運(yùn)動(dòng)方案:方案一：A1+B3+C3+D3+E2方案二：A1+B2+C1+D3+E2定軸輪系傳動(dòng)；傳動(dòng)比很大，要用多級(jí)傳動(dòng)。由于在空間上軸與軸之間的距離較大，但四桿的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)行程太小。故優(yōu)先選用六桿機(jī)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)，所以選擇

8、方案一九、畫出方案簡(jiǎn)圖1.減速機(jī)構(gòu)：由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1450r/min，而設(shè)計(jì)要求的主軸轉(zhuǎn)速為2r/min，利用行星輪進(jìn)行大比例的降速，然后用圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)換。圖42.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪齒條機(jī)構(gòu).用擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤行凸輪機(jī)構(gòu)來傳遞齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)刀的時(shí)候，凸輪在推程階段運(yùn)行，很容易通過機(jī)構(gòu)傳遞帶動(dòng)齒輪齒條嚙合.帶動(dòng)動(dòng)刀頭來完成鉆孔，擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度也是等于齒廓轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度，兩個(gè)齒輪來傳動(dòng)也具有穩(wěn)性。圖53. 送料系統(tǒng)：采用六桿機(jī)構(gòu)來代替曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于設(shè)計(jì)的鉆床在空間上傳動(dòng)軸之間的距離有點(diǎn)大，故一般四桿機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)。再加上用四桿機(jī)構(gòu)在本設(shè)計(jì)

9、中在尺寸上很小。所以考慮到所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否穩(wěn)定的運(yùn)行因此優(yōu)先選用了如下圖的六桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)送料時(shí)不要求在傳動(dòng)過程中有間歇，所以不需要使用凸輪機(jī)構(gòu)。圖 64.定位夾緊系統(tǒng)：定位系統(tǒng)采用的是一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪，因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)要 有間歇，所以就要使用凸輪機(jī)構(gòu)，但如果是平底推桿從動(dòng)件，則凸輪就會(huì)失真，若增加凸輪的基圓半徑，那么凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就會(huì)很大，也不求實(shí)際，所以就采用一個(gè)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤型凸輪，它就可以滿足我們的實(shí)際要求了。圖 7十、總體布局圖圖81-電機(jī) 2-帶傳動(dòng) 3-減速箱 4-送料裝置 5-鉆頭 6-夾緊裝置 7-定位裝置 8-進(jìn)刀裝置十一、主要參數(shù)確定1送料機(jī)構(gòu)機(jī)

10、構(gòu)采用如下分析送料連桿機(jī)構(gòu)：采用如下機(jī)構(gòu)來送料，根據(jù)要求，進(jìn)料機(jī)構(gòu)工作行程為40mm，可取ABCD4桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為12度，則由得K=1.14，急回特性不是很明顯，但對(duì)送料機(jī)構(gòu)來說并無影響。各桿尺寸：AB=8.53 BC=84.42 CD=60 DA=60 CE=40 EF=8該尺寸可以滿足設(shè)計(jì)要求，即滑塊的左右運(yùn)動(dòng)為40，ABCD的極位夾角為12度。圖 92.凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：由進(jìn)刀規(guī)律，我們?cè)O(shè)計(jì)了凸輪擺桿機(jī)構(gòu)，又以齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn)刀頭的上下運(yùn)動(dòng)；用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)和圓弧形齒條所構(gòu)成的同一構(gòu)件，凸輪擺桿從動(dòng)件的擺動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)弧形齒條的來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)要求；采用滾子盤行凸輪，且為力封閉凸

11、輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸.刀具的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就與凸輪擺桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致；弧形齒條所轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)即為刀頭所運(yùn)動(dòng)的的距離。具體設(shè)計(jì)步驟如下：1.根據(jù)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)規(guī)律,設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑r0=40mm，中心距A=80mm，擺桿長(zhǎng)度d=65mm，最大擺角為18°,凸輪轉(zhuǎn)角=0-60°,=0°凸輪轉(zhuǎn)角=60°-270°，刀具快進(jìn)，=5°，凸輪轉(zhuǎn)角=270°-300°；凸輪轉(zhuǎn)角=300°-360°，=0°2.設(shè)計(jì)圓形齒條,根據(jù)刀頭的行程和凸輪的擺角,設(shè)計(jì)出圓形齒輪的半徑r=l/,由=

12、18 。l=20mm，3.得到r=63.69mm，圖 103.凸輪推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：凸輪機(jī)構(gòu)采用直動(dòng)滾子盤行凸輪，且為力封閉凸輪機(jī)構(gòu)，利用彈簧力來使?jié)L子與凸輪保持接觸，實(shí)現(xiàn)定位功能。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得我們所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足加工要求，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。具體設(shè)計(jì)如下:設(shè)計(jì)基圓半徑r0=40mm,偏心距e=25凸輪轉(zhuǎn)角=0°-100°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=100°-285°,定位機(jī)構(gòu)快進(jìn),推桿行程h=25mm;凸輪轉(zhuǎn)角=285°-300°,定位機(jī)構(gòu)休止,推桿行程h=0mm;凸輪轉(zhuǎn)角=300°-360°,定位機(jī)構(gòu)快退,推桿行程h=-25mm;設(shè)計(jì)偏心距e=25的原因是因?yàn)榇送馆唸?zhí)行的是定位，其定位桿的行程為25故如此設(shè)計(jì)。4行星輪系的計(jì)算:（1）用定軸輪系傳動(dòng)傳動(dòng)比 =n輸入/n輸出 =700 傳動(dòng)比很大，要用多級(jí)傳動(dòng)。（2）用行星輪系傳動(dòng)圖11Z1=35 Z2=20 Z2=20 Z3=35 傳動(dòng)比iH3=700根據(jù)行星輪傳動(dòng)公式：i（H3）=1-i