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机械原理课程设计
《机械原理》
课程设计报告
工作原理:
四工位加工系统的工作原理及工艺动作分解如图13.1所示。
该系统由安装工件的回转工作台和装有刀具的主轴箱及传动部分组成。
工作台有四个工位,能绕自身回转轴线作间歇转动。
主轴箱上装有三把刀具,对应工作台Ⅱ位置装钻头,Ⅲ位置装扩孔钻头,Ⅳ位置装铰刀。
刀具的旋转运动由主轴箱系统提供,主轴箱能实现静止、快进、进给、快退的工艺动作。
主轴箱完成一次静止、快进、进给、快退的循环运动,在四个工位上分别完成相应的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作,在刀具退出工件期间,工作台完成一次回转90度的转动。
依次循环四次,一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。
图13.1
一、设计任务
1、根据功能要求,确定工作原理和绘制系统功能图。
2、按工艺动作过程拟定运动循环图。
3、构思系统运动方案(至少二个以上),进行方案评价,选出较优方案。
4、 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。
5、 绘制系统机械运动方案简图。
6、 编写设计说明书。
二、设计数据与设计要求
1、刀具顶端离开工件表面65mm开始动作(图13.2),快速移动60mm距工件5mm时匀速送进60mm,然后快速返回,回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)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、 生产率为每小时约74件。
三、运动分析:
选定传动系统电机型号为Y160M2-8,功率5.5Kw,转速720r/min。
则四工位专用机床的一个周期内的详细运动情况为:
1、工作台的间歇转动的运动分析如下
1)电动机作为驱动,通过减速器与其他轮系传动将符合要求的转速传递给工作回转台上的间歇机构,使其间歇转动。
2)在间歇机构开始一次循环时,安装并夹紧工件,间歇机构从00转至900
3)间歇机构从900转至1800,主轴箱完成一次工作循环(快进、刀具匀速送进和快退)
4)间歇机构从1800转至2700 ,主轴箱完成一次工作循环(快进、刀具匀速送进和快退)
5)间歇机构从2700转至3600,主轴箱完成一次工作循环(快进、刀具匀速和快退),并将加工好的工件取下。
2、主轴箱的移动运动分析:
根据原始数据和设计要求可知:
机床生产率每小时约74件,得出:
一个运动循环所需要的时间:
t=60/(74/60)=48s;
刀具匀速进给60㎜所需要的时间:
60/2=30s;
回程和进程的平均速度之比为k=2,可知:
快速进给时间:
(48-30)*(2/3)=12s
快速退刀时间:
(48-30)*(1/3)=6s
3、运动循环功能图
根据上面对工作台间歇机构和主轴箱移动的运动分析可以得出下图
时间(s)
0-12
12-42
36-48
主轴箱运动情况
快进12s
匀速送进60mm(12s-24s)
快退6s
工作台间歇机构运动情况
匀速旋转900(12s)
(0s-10s)进行装卸
静止(12s-48s)
(运动循环功能图)
四、设计方案的选定
工作台的间歇转动方案选定
根据设计的需要可以选择以下几种机
1、不完全齿轮机构(如右图)
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。
2、槽轮机构(如下图)
槽轮机构中,当圆销没有进入槽轮的径向槽时,由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住,故槽轮固定不动;当圆销进入径向槽时,锁止弧的自锁段被松开,槽轮在圆销作用下旋转,实现了间歇运动。
因为卡盘每次旋转90°,所以选择四槽均布槽轮,刚好实现旋转90°的要求。
主轴箱移动机构选用
1、移动推杆圆柱凸轮机构
2、移动推杆盘形凸轮机构
传动部分的二级减速机构(减速器)的选定:
生产率每小时约为74小时/件,因此主轴箱转动一周所用时间为T=60/74=0.8min;所以n主轴=1/0.8=1.25(r/min)又因为电机的转速n电机=720r/min,因此必须要用减速机构;
传动比为:
n电机/n主轴=
=576
有一下几种减速机构
1、渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动
2、涡轮蜗杆减速器
3、外啮合行星齿轮减速器
机构搭配
考虑运动链机构的安排是否合理,是否满足环境、生产条件,传动的平稳和精度,运动的精度,冲击的大小,制造难度跟成本,可以选择以下两种方案:
方案一:
不完全齿轮机构+移动推杆圆柱凸轮机构+涡轮蜗杆减速器
方案二:
槽轮机构+移动推杆圆柱凸轮机构+外啮合行星齿轮减速器
五、方案评价
减速机构:
1、涡轮蜗杆减速器方案分析:
此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。
优点:
1)传动平稳,振动、冲击和噪声均较小;
2)能以单级传动获得较大的传动比,故结构比较紧凑;
3)机构返行程具有自锁性;
4)实现较大的传动比
不足之处:
由于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大,使得摩擦损耗较大,因此传动效率较低,易出现发热和温升过高的现象。
磨损也较严重。
解决的办法是可以采用耐磨的材料(如锡青铜)来制造涡轮,但成本较高。
2、外啮合行星齿轮减速器
优点:
在各种机构中的运用比较广泛,且制造过程简单,成本较低,并且具有功率范围大,传动效率高,传动比精确,使用寿命长,工作安全可靠,实现了大传动比。
,具有较高的传动效率。
缺点:
齿轮机构结构不够紧凑,占用空间较大。
工作台的间歇转动机构
1、槽轮机构
优点:
该机构构造简单,外形尺寸小,其机械效率高,并能较平稳地,间歇地进行转位。
不足:
在于在槽轮机构的传动过程中往往存在着柔性冲击,故常用于速度不太高的场合。
(此机床中属于低速旋转,因此槽轮机构能够满足要求)
2、不完全齿轮机构
优点:
结构简单,加工安装容易实现,由于其中含标准件,有很好的互换性
缺点:
由于在进入啮合时有冲击,会产生噪声,齿轮在磨损过程中会对精度有一定影响
主轴箱移动机构选用
优点;该方案采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成,采用凸轮机构,是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑
不足:
凸轮廓线与推杆之间为点,线接触,易磨损。
较优方案的选择:
根据对上面几种机构的优缺点进行评价比较,最终确定方案二:
槽轮机构+移动推杆圆柱凸轮机构+外啮合行星齿轮减速器为最优方案
六、对传动机构和执行机构进行尺寸设计
1、槽轮的尺寸设计(如右图)
根据工件的实际情况可以确定:
槽数z=4;中心距a=150mm;圆销半径r=15mm
根据以上三个数据可以算出:
1)槽轮每次转位时主动件的转角:
2α=1800(1-
)=900
2)槽间角2β=
=900
3)主动件到圆销中心的半径
R1=a*sinβ=150*(
)=75
mm
4)R1与a的比值:
λ=
=sinβ=
5)槽轮外圆半径
R2=
=107mm
6)槽轮槽深h≥a(λ+cosβ-1)+1=77.1mm;取h=80mm
7)运动系数k=
=
(n=1,n为圆销数)
2、外啮合行星齿轮减速器尺寸设计
整个传动机构的传动比k=576,因此外啮合行星齿轮减速器要满足传动比为576,根据机械原理课本第11章相关轮系关系设计简图如下图
相关计算:
由
得
因为,齿轮3为固定轮,
=0,所以有
=
1-
=1-
=
根据以上的计算,可以拟定各轮齿数为:
Z1=24,Z2=25,Z2‘=24,Z4=23
考虑到空间大小,模数m=3
移动推杆圆柱凸轮机构尺寸设计
1)对于圆柱凸轮的尺寸设计,其简图如下图
(圆柱齿轮简图)
2)圆柱凸轮的位移线图(转动角度—移动距离),如下
(圆柱凸轮位移线图)
3)圆柱凸轮的轮廓图(如下图)
由于圆柱凸轮的轮廓曲线为一空间曲线,可将圆柱凸轮展开成为平面移动凸轮。
因为主轴箱的行程为120mm,圆柱凸轮转速为1.25r/min,所以拟定圆柱凸轮的长度L=200mm,最大半径Rmax=50mm,周长C=2R
=314mm
275
78.5
(圆柱凸轮的轮廓图)
参考文献
1、孙桓,陈作模等主编《机械原理》第六版北京高等教育出版社
2、邹慧军主编《机械运动方案设计手册》[M] 上海交通大学出版社
3、王三民主编《机械原理与设计课程设计》机械工业出版社
4、王三民主编《机械原理课程设计》西北工业大学讲义
5、申永胜主编《机械原理教程》清华大学出版社
6、阮宝湘主编《工业设计机械基础》机械工业出版社
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