机械传动系统方案设计定稿

机械原理课程设计 机械运动方案设计
1.设计题目 2.设计内容 3.设计进程 4.设计步骤 5.设计文档 6.设计时间安排 7.设计实例
1.设计题目
1）糕点切片机运动方案设计 2）医用棉签卷棉机运动方案设计 3）洗瓶机运动方案设计 4）剥豆机运动方案设计 5）半自动平压模切机运动方案设计 6）平压印刷机运动方案设计 7）蜂窝煤成型机运动方案设计 8）冷霜自动灌装机运动方案设计 9）自动打印机运动方案设计 10）螺钉头冷镦机运动方案设计 11）单轴六角自动车床刀架进给装置运动方案设计 12）机械马运动方案设计 13）电动机转子嵌绝缘纸机运动方案设计 14）自动制钉机运动方案设计
(3)刀架机械传动系统的工作循环图
拔出
定位销 定位
静止 转塔 活动 支架 后退 0 90˚ 180˚ 转位
复位
270˚ 360˚
圆柱凸轮转角
(4)刀架机械传动系统各机构的组合方式
进刀凸 轮机构 I 圆柱 齿轮 机构 圆锥 齿轮 II 机构 齿轮齿 条机构 曲柄滑 块机构 活动支架进退
圆柱凸 轮机构 槽轮机构
9
其中： t1: 单孔钻削时间。设单孔钻削每转进给量为： s1 =0.2 mm/r ,单孔钻削深度为10mm，并考虑3mm的提前 工作量。求得： t1 =(10+3)/(s1 nc)=0.13 min = 7.8s t2: 三孔同时钻削时间，设进给量为： s1 =0.16 mm/r ,单孔钻削深度为10mm，并考虑3mm的越程量。 求得： t2 =(10+3)/(s2 nc)=0.163 min =9.8s t3 : 快速接近时间，取 t3 =1.5s t4 : 快速退回时间，取 t4 =2.5s t5 : 工作台停歇等待更换工件时间，取 t5 =3s；
2.多头专用钻床机械运动方案设计
设计任务：设计一台自动钻床，用来同时加工图示零 30 20 件上的三个孔，并能自动送料。
20
(1)确定工作原理
钻削工艺：钻头一边旋转， 同时相对于工件作移动。
50 20
3-φ8
三种运动方案： 钻头旋转，同时轴向进给，工作台静止；
钻头旋转，工作台带动工件进给； 工作台旋转，钻头作轴向进给；
根据功能和工艺动作，确定各执行构件的数目、 运动形式、运动参数以及运动协调配合关系，生产阻 力等，绘制机械的运动循环图。
(3)确定原动机的类型和功率
(4)机构选型
根据机械动力与功能的要求 ,合理选择机构类型 , 拟定机构的组合方案 , 形成能满足运动和动力要求的 机械传动系统方案。绘制机械运动方案的示意图。
刀具
转塔刀架9
进刀凸 轮机构
2)功能分解 转位:转塔刀架每次转过60˚ ；
让刀:转位前刀架先右退，以免刀具与工件干涉；
定位:将保证加工精度的定位销，转位之前拔出；
进、退刀:不转时，精确实现预定的进退刀运动。
六槽轮机构11 圆锥齿轮传动3 活动支架8 14 压簧12 转塔刀架9 齿条7 6 13 宽齿轮2 齿轮1
(5)机构的尺寸确定
根据执行构件和原动件的运动参数，以及各执 行构件运动的协调配合的要求，确定各构件的运动 尺寸，绘制机械运动方案简图。
(6)方案分析与评价
根据机械的生产阻力或原动机的额定转矩，进行 机械中力的计算，作为下一步零件强度计算的依据。 评价设计特点。
5.设计文档
(1)机械传动系统示意图一张（A2图纸）
4.设计步骤
(1)拟定机械的工作原理 (2)执行机构的运动设计
(3)原动机的选择 (4)机构选型 (5)机构的尺寸确定 (6)绘制机械运动方案简图 (7)方案分析与评价
(1)拟定机械的工作原理
根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的 工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作。
(2)执行机构的运动设计
圆柱凸轮 机构4
定位销10 工件
主轴
曲柄5
进刀凸 轮机构
刀具
(2)刀架机械运动的工作过程
退刀：压簧12 摆杆13回程齿轮6 齿条7 活动 支架8向右实现退刀。 让刀：退刀的同时，齿轮1 的离合器结合并开始转动 宽齿轮2 锥齿轮传动3 圆柱凸轮机构4 拔出销10 ； 同时，曲柄5旋转活动支架8快速向右让刀。
活动支架进退
I
圆柱 齿轮 机构 连杆机构 定位销进退
转塔刀架转位
后续再串接一个曲柄滑快机构，以增大让刀距离。
另外一条传动路线中
圆柱齿轮后串接圆锥齿轮机构使为了改变运动方向。 后并接槽轮机构使为了实现转位。 并接曲柄滑块机构使为了实现让位。 并接圆柱凸轮机构再串接连杆机构是为了实现定
位，且容易满足时序要求。
圆柱凸轮机 构4
宽齿轮2 齿轮1 齿条7 6
活动支架8 14
定位销10 工件 主轴 转塔刀架9
曲柄5
压簧12
13
进刀凸轮 机构
刀具
六槽轮机构11
1)功能要求 自动换刀， 轴向进给。
定位销10 工件
主轴
圆锥齿轮传动3
圆柱凸轮机 构4
宽齿轮2 齿轮1 齿条7 6
活动支架8 14 压簧12
曲柄5Baidu Nhomakorabea
13
三个钻头应同向旋转，此处选择一个中心齿轮带动 周围三个从动齿轮的定轴轮系。 选用万向联轴节或钢丝软轴将 运动传递给钻头。
由于结构尺寸的限制，三个从动齿轮轴线之间的距离远大于三个钻头之间的距离。
将以上所选机构经适当组合，就得到钻削运动链。 2）进给运动链的设计 工作台作往复直线运动，且运动规律较复杂，但 行程不大。此处选用凸轮机构。 进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力不 需要太大。选用带传动与蜗杆传动实现二级减速。 进给运动的方向和位置与电动机不一致，选用蜗 杆传动实现回转轴线方向的变化。
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。 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。 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。 机构选型
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，距离较远等因素，此处选用 V带传动。 能变换运动轴线方向的传动有：圆锥齿轮传动、交 错轴斜传动、蜗杆传动。考虑到两轴线垂直相交且 传动比较小，此处选择圆锥齿轮传动。
在一组刀具加工完毕后
六槽轮机构11 圆锥齿轮传动3 活动支架8 14 压簧12 转塔刀架9 齿条7 6 13 宽齿轮2 齿轮1
圆柱凸轮 机构4
定位销10 工件
主轴
曲柄5
进刀凸 轮机构
刀具
(2)刀架机械传动系统的工作过程
转位：让刀快结束时，槽轮开始转位曲柄5的后半圈 支架8向左移动完成复位。 定位：转位结束时，凸轮机构4的摆杆摆动插入定 位销10，齿轮1离合器脱开并停止运转。 进给：摆杆13推程齿轮6 齿条7 活动支架8向 左实现进给。 之后进入下一个循环．
钻头的转速：
nc=1000v/(πd)
其中：d—钻头直径，d=8 mm v—切削速度，查手册45钢，可选v=12.5m/min； 代入得： nc≈ 500 rpm
工作台为往复运动。钻孔工艺要求： 工作台带动工件快速上移接近钻头； 工作台改用工作进给速度先钻凸台上的孔，待钻到 一定深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增 加，故进给速度应减小； 钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。 设工作台完成一个工作循环所需的时间为 T1，则有： T 1 = t 1 + t 2 + t 3 + t4 + t5
连杆机构
定位销进退
转塔刀架转位
组合方式分析：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。
进刀凸轮机构控制整个工件的加工过程，不同的工
件需要更换不同的凸轮。
后续串联的齿轮齿条是为了转换运动形式并放大。
进刀凸 轮机构
齿轮齿 条机构 圆锥 齿轮 II 机构
曲柄滑 块机构 圆柱凸 轮机构 槽轮机构
(2)设计说明书一份（B5纸, 一般不少于3500字,
插图折合成文字，一般要求手写。）
6.设计时间安排：
(1)1.16~1.22 (2)1.22交设计作业 (3)考核:完成设计后,经答辩后,课程设计结束。
机械运动方案设计举例
1.自动车床刀架机械运动分析 (1)功能分析
六槽轮机构11
圆锥齿轮传动3
3）送料运动链的设计 送料运动链减速比与进给运动链相同 ，故直接由蜗 杆轴带动。 4 III 送料运动规律较复杂， 5 故选用凸轮机构。 送料杆行程较大,采用 连杆机构放大。
6 15 7
工作台
3
(6)机构的组合
将以上所选机构 组合就得到图示 自动钻床的机械 传动系统。
14
11
8 2 1
10 13 12
2.设计内容
1）制定机械工作原理的方案 2）绘制机械的运动循环图
3）确定机构的尺寸
4）执行机构的运动设计
5）选原动机
6）方案的分析与评价
3.设计进程：
1）机械工作原理的方案的制定，2天 2）机构的尺寸设计，半天 3）执行机构的运动设计与原动机的选择，半天 4）机械运动方案简图的绘制，半天 5）方案的分析与评价半天 6）设计说明书的写作，1天
工作台一个工作循环总时间： T1 = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 =24.6s
工作台每分钟工作循环数： n1 = 60 /T1 =2.44
送料杆的运动为往复直动。循环时间与工作台相同： Ts = 24.6s 工作台的行程： Hf = h0 + h1 + h2 =41mm
h0 : 工作台快速趋近钻头的运动距离，取h0 =15mm； h1 : 单孔钻削深度，取h1 =13mm； ；
h2 : 三孔同时钻削深度，取h0 =13mm。 送料杆的行程取工件的两倍： Hs = 100 mm 工作循环图： 送料杆
送料 静 止 送料 快 工作台 停止 单孔钻 进 凸轮转角 0 90˚ 180˚
三孔钻 270˚
快退 360˚
(3)原动机的选择
类型—交流异步感应电动机 转数—额定转数: nn = 1440 rpm 为了减少原动机的数量，三个钻头共用一个原动机。
(4)计算运动链的总传动比
切削运动链的总传动比： ic = nn / nc =1440/500=2.88
(5)机构选型
进给运动链的总传动比： if = is = nn / nf =1440/2.44=563
1）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 2.88, 无需运动转换，但需要减速。
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10
送料机构可以采用从料仓推送工件的方式。
(2)执行构件的运动设计
三个执行构件： 钻头、工作台、送料杆送料杆 工艺过程： 送料杆往右推出零件， 并顶出加工好的零件
夹具将工件定位，并夹紧；
料仓
工作台
送料杆返回，工作台带动工件快速上移接近钻头；
工作台慢速工进； 钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个循环。