车床运动设计.docx
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车床运动设计
1、工作原理和设计要求…………………………………………1
1、工作原理……………………………………………………1
2、原始数据和设计要求……………………………………1
2、运动循环图………………………………………………………1
1、机械运动循环图表示方法…………………………………2
2、机械运动循环图的设计……………………………………3
3、机械运动循环图的应用…………………………………4
3、方案设计与选择…………………………………………………4
4、机械传动分析……………………………………………………6
5、减速器的传动计算……………………………………………7
1、定轴轮系减速器……………………………………………7
2、
定轴轮系减速器计算………………………………………7
6、回转工作台回转机构……………………………………………8
7、参考文献………………………………………………………9
1、工作原理和设计要求:
1.1、工作原理:
专用机床外形及其尺寸如图4所示。
工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置,工位I是装卸工件,工位Ⅱ是钻孔,工位Ⅲ是扩孔,工位Ⅳ是铰孔。
主轴箱上装有三把刀具,对应于工位Ⅱ、位置装钻头,Ⅲ位置装扩孔钻,Ⅳ位置装铰刀。
刀具由专用电动机带动绕其自身的轴线转动。
主轴箱每向左栘动送进一次,分别在四个工位上完成对应的装卸
图1专用机床
工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。
当主轴箱右移快速退回到刀具离开工件后,工作台回转90度,然后主轴箱再次左移。
这时对其中每一个工件来说,它进入了下一个工位的加工。
依次循环4次,一个工件完成装、钻、扩、铰、卸等工序。
由于主轴往复一次,在四个工位上同时进行工作,所以每次就有一个工件完成上述全部工序。
1.2、原始数据和设计要求:
1)刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm后,再匀速送进60mm(包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量,如右图所示),然后快速返回。
回程和进程的平均速度之比K=2。
2)刀具匀速进给速度为2mm/s,工件装卸时间不超过10s。
3)机床生产率每小时约75件。
4)执行机构及传动机构能装入机体内。
5)传动系统电机为交流异步电动机,功率1.5Kw,转速960r/min。
2、机械运动循环图
机器的各个工艺动作是相互独立的,它们各自实现自己的子功能。
但为了实现机器的总功能,这些各自独立的动作又必须相互配合、相互协调以确保时间和空间上的同步。
用来表述各执行机构之间运动协调配合关系的图就是机械的运动循环图。
它是机器各执行机构的运动循环图(即执行机构的执行构件在一个循环中的运动状态图)按同一时间(或分配轴的转角)比例绘制的总图,它以某一主要执行机构的起点为基准,表示各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构的动作顺序。
因此它是机器各执行机构之间的协调图,也是机器设计、安装、调试的依据。
2.1、机械运动循环图表示方法
机械运动循环图常用的表示方法有如表1中三种。
表1机械运动循环图的分类、表示方法和优缺点
类别
表示方法
优缺点
直线式
图2
将运动循环的各个运动区段的时间和顺序按比例绘在直线坐标轴上
能清楚地表示整个运动循环内各执行机构的执行构件行程之间的相互顺序和时间(或转角)的关系,绘制比较简单。
执行机构的运动规律无法显示,直观性差
同心圆式
图3
将运动循环的各运动区段的时间和顺序按比例绘在圆形坐标上
直观性强,可以直接看出各执行构件原动件在分配轴上所处的相位。
便于各机构的设计、安装、调试。
执行机构比较多时,由于同心圆太多看起来不清楚
直角坐标式
图4
将运动循环的各运动区段的时间和顺序按比例绘制在直角坐标轴上,实际上它是执行构件的位移图,只不过为了简明起见,各区段之间都用直线相连
直观性最强,能清楚地看出各执行机构的运动状态及起讫时间。
有利于指导执行机构的几何尺寸设计
图2平压印刷机直线式运动循环图
图3平压印刷机同心圆式运动循环图
图4平压印刷机直角坐标式运动循环图
2.2、机械运动循环图的设计
机械的运动循环是指完成其运动功能所需的总时间,通常以T表示。
机械的运动循环往往与各执行机构的运动循环相一致,因为执行机构的生产节奏就是整台机器的运动节奏。
执行机构中执行构件的运动循环至少包括一个工作行程和一个空行程。
有时有的执行构件还有一个或若干个停歇阶段。
因此,执行机构的运动循环T执=T工作+T空程+T停歇
式中:
T工作——执行机构工作行程时间;
T空程——执行机构空回程时间;
T停歇——执行机构停歇时间。
在设计机械的运动循环图(又称工作循环图)时,通常机械应实现的功能是已知的,它的理论生产率也已经确定,机器的传动方式以及执行机构的结构均已初步拟定,然后可以按以下步骤进行设计。
1)确定执行机构的运动循环时间T执;
2)确定组成运动循环的各个区段;
3)确定执构件各区段的运动时间及相应的分配轴转角;
4)初步绘制执行机构的运动循环图;
5)在完成执行机构的设计后,对初步绘制的运动循环图进行修改;
6)分别画出各执行机构的运动循环图;
进行各执行机构的协调设计,又称同步设计,最后画出整个机器的运动循环图。
2.3、机械运动循环图的应用
运动循环图可以用来核算机器的生产率,并通过分析研究循环图,从中寻找提高机器生产率的途径。
运动循环图可以用来指导各个执行机构的设计、安装和调试。
应用运动循环图可以检验各执行机构中执行构件的运动是否紧密配合、相互协调。
3、方案设计与选择
1)回转台的间歇转动,可采用槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。
2)主轴箱的往复移动,可采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮-连杆机构、平面连杆机构等。
3)由生产率可求出一个运动循环所需时间T=48s,刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s,刀具其余移动(包括快速送进60mm,快速返回120mm)共需18s。
回转工作台静止时间为36s,因此足够工件装卸所需时间。
回转工作台作单向间歇运动,每次转过90度。
主轴箱作复移动,在工作行程有快进和慢进两段,回程具有急回特性。
图2、图3、图4所示为其中的三个参考方案。
选择运动方案时应注意以下几点:
工作台回转以后是否有可靠的定位功能,主轴箱往复运动的行程在115mm以上,所选机构是否能在给定空间内完成运动要求。
机构的运动和动力性能、精度在满足要求的前提下,传动链是否能尽可能短,且制造和安装方便。
加工工件的尺寸变化后,是否能够方便的进行调整和改装。
图5圆柱凸轮运动方案
圆柱凸轮机构──属空间凸轮机构:
其特点是凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动,适用于从动件的运动平面与凸轮回转轴线平行的场合缺点是不宜用于从动件摆角较大且结构和凸轮轮廓曲线的设计较平面凸轮机构复杂。
图6齿轮——凸轮运动方案
齿轮机构的特点是结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比,而且其传递的功率和适用的速度范围大。
齿轮机构两齿轮啮合,轮齿是逐渐进入接触,逐渐脱离接触。
由于同时啮合的齿数比直齿多,每个齿的单位面积受到的压力小,传动比直齿平稳传力较大,适用于高速大功率。
故齿轮机构广泛用于机械传动中。
但是齿轮机构的低精度齿轮传动的噪声大。
图7凸轮——连杆运动方案
连杆机构的特点是构件运动形式多样,如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动,从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。
此外,低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点,运动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小,制造方便,易获得较高的精度,两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的,它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。
因此,平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。
平面连杆机构的缺点是:
一般情况下,只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹,且设计较为复杂,当给定的运动要求较多或较复杂时,需要的构件数和运动副数往往较多,这样就使机构结构复杂,工作效率降低,不仅发生自锁的可能性增加,而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加;机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡,在高速时将引起较大的振动和动载荷,故连杆机构常用于速度较低的场合。
综上述三个方案:
凸轮——连杆运动方案、齿轮—凸轮运动方案和和圆柱凸轮运动方案的综合比较,齿轮--凸轮运动方案能通过控制盘轮表面的凹槽从而精确的实现所需的运动形式:
快速给进、匀速给进、快速退刀阶段。
4、机械传动分析
1)电机的选择:
传动系统电机为交流异步电动机,功率1.5Kw,转速960r/min
2)电机通过电动传动齿条等转速传动
3)通过行星轮系进行一次减速传动比
4)通过大小齿轮进行二次减速传动比为
5)通过圆柱凸轮传动实现刀具的,快速给进、匀速给进和快速退刀的运动形式
6)通过槽轮机构实现工作平台的间隙工作
5、减速器的传动计算
5.1、定轴轮系减速器:
采用如图采用渐开线直齿盘型齿轮啮合传动,实现:
图9定轴轮系减速机构
5.2、定轴轮系减速器计算
图示z1=30,z2=90,z3=18,z4=90,z5=18,z6=36,z7=24,z8=48,z9=18,z10=72,z11=18,z12=36,z13=72,m=5
传动比计算:
i111=
=960
图8定轴轮系减速机构
6、回转工作台回转机构
采用不完全齿轮机构,其结构如下图所示:
图9不完全齿轮机构
不完全齿轮的设计也是为了满足间歇运动,不完全齿轮上有1/4上有齿,因此在啮合过程中,有齿的1/4带动完全齿轮旋转90°,之后的270°由于没有齿啮合,完全齿轮不转动,该机构结构简单,在低速(1r/min)的转动中可与忽略齿轮啮合时的冲击影响。
故也能实现运动规律。
7、参考文献:
【1】郑文纬,吴克坚主编.《机械原理》(第七版).东南大学机械学学科组:
高等教育出版社
【2】邹慧君,张青主编.《机械原理课程设计手册》.高等教育出版社
【3】张彬卢帆兴主编.《计算机辅助设计》.人民邮电出版社
【4】申永胜主编.《机械原理辅导与习题》清华大学出版社
【5】王三民主编.《机械原理与设计课程设计》机械工业出版社
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