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搖臂鉆床升降裝置的改進

2016-8-18 來源：河南科技大學機電工程學院作者：徐春華任小中

摘要：探討了搖臂鉆床手動升降裝置的改進問題。在分析搖臂鉆床原有變速傳動系統(tǒng)和手動升降機構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出一種利用原有變速箱的動力源和部分傳動件、僅在變速箱內(nèi)增加若干齒輪實現(xiàn)搖臂機自動升降的方案。通過傳動分析與計算，確定了所增加齒輪的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，繪制了改進后的升降裝置裝配圖。

關(guān)鍵詞：搖臂鉆床；升降裝置；傳動系統(tǒng)；改進

搖臂鉆床因其搖臂既可繞立柱回轉(zhuǎn)．還可沿立柱上下移動，主軸箱可沿搖臂徑向移動，故其適應(yīng)性強，廣泛應(yīng)用于單件和中小批生產(chǎn)中，加工體積和質(zhì)量較大的工件的孑L。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：一些企業(yè)中有一些老型號的搖臂鉆床。因其機械傳動系統(tǒng)或電氣控制系統(tǒng)存在一些問題，導致操作不便，有時還會發(fā)生傷人事故，從而被擱置不用。為了挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，有必要對這些設(shè)備進行改造，使它們能夠繼續(xù)為企業(yè)效力。

例如，有一臺搖臂鉆床，其變速箱與手動升降傳動系統(tǒng)如圖1所示，其中搖臂升降是靠手動實現(xiàn)的，如圖1(b)所示。傳動方案為：手柄5一錐齒輪軸6一錐齒輪10一升降螺母9。

圖l 某搖臂鉆床原變速箱與手動升降傳動系統(tǒng)簡圖

因用于搖臂升降的傳動絲桿8螺距P較大(P=6 mm)，兩圓錐齒輪傳動時，盡管傳動比較小，但因機床機架較重，升降相當費勁。為了省力，采用加長手柄。當拖板接近變速箱時，進給手柄與升降手柄容易相撞，易導致操作工人受傷。

1、確定改造方案

針對上述問題，對該鉆床的升降傳動裝置進行改進。有人建議在絲桿的端部裝上一部小型電動機和減速箱直接帶動絲桿轉(zhuǎn)動，通過固定在變速箱體上的螺母實現(xiàn)自動升降。這種自動升降系統(tǒng)固然不錯，但對于所要改造的搖臂鉆床來說存在以下問題：

(1)該鉆床立柱的頂端面積有限，難以安裝體積較大的電動機和減速器。

(2)增加了傳動裝置以及控制電路，從而提高了制造成本。

為此，作者重新分析了圖1(a)所示的搖臂鉆床傳動結(jié)構(gòu)，本著盡量利用機床原有傳動件的原則，直接利用機床原有電動機作為動力源。在變速箱主運動傳動系統(tǒng)中增加若干齒輪，把動力傳到升降螺母上，使螺母轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)自動升降。

2、改造后的搖臂鉆床變速箱升降傳動系統(tǒng)

改造后的升降傳動系統(tǒng)圖如圖2所示。其首末兩端件為：電動機一絲杠螺母。

傳動路線表達式為：電動機一軸I—z。／z：一軸Ⅱ一z6／z7一軸Ⅲ一Z8／Z9一軸Ⅳ一Z。o／Z11一軸V(絲杠螺母)。

圖2搖臂鉆床變速箱升降傳動系統(tǒng)圖

為便于制造。錐齒輪軸Ⅳ的大部分結(jié)構(gòu)參數(shù)仍與原來升降系統(tǒng)中的錐齒輪軸相同。只是將其末端的方頭結(jié)構(gòu)改為圓柱狀帶平鍵槽的結(jié)構(gòu)，以便采用平鍵與齒輪z。連接。由于固定錐齒輪軸Ⅳ徑向位置的箱體孔中心高度受原有帶動絲桿及螺母運動的錐齒輪Z．．位置的限制。其箱體孔較接近箱體孔內(nèi)壁。使得齒輪zo的分度圓直徑受到限制，而固定花鍵軸Ⅱ徑向位置的箱體孔與固定齒輪zo徑向位置的箱體孔的距離較遠，所以必須在花鍵軸Ⅱ和錐齒輪軸Ⅳ之間增加一根傳動軸Ⅲ，并在傳動軸Ⅲ上裝上一個雙聯(lián)齒輪(齒數(shù)z，、忍待定)，以便把花鍵軸Ⅱ的動力傳到錐齒輪軸Ⅳ上。這種結(jié)構(gòu)配置有利于減少傳動齒輪的數(shù)量和分度圓直徑，使結(jié)構(gòu)緊湊。

3、傳動比、各軸轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算

為提高工作效率，要求變速箱升降速度為800mm／min。已知：電動機的轉(zhuǎn)速／'t由=1 400 r／rain，功率P=1．5 kW，軸I上的齒輪齒數(shù)Z。=18，花鍵軸Ⅱ上固定齒輪的齒數(shù)厶=55，四聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)依次分別為z，=59、z。=66、zs=48和Z。=28，原有絲桿的螺距P=6 mm．帶動螺母及絲桿運動的錐齒輪齒數(shù)Z¨=36，軸Ⅳ的錐齒輪Z，。=20。設(shè)圓錐齒輪的傳遞效率為叼。=0．95，圓柱齒輪傳遞效率為’7：=0．98，聯(lián)軸器的傳遞效率為叼，=0．995。那么：

P軸I=P。叼3=1．5xO．995=1．492 5 kWil—H=18／55

nⅡ軸=凡I軸’i I一Ⅱ=1 400×18／55=458 r／min

P軸Ⅱ=P軸I。叼2=1．492 5xO．98=1．462 65 kW

為保證800 mm／min的升降速度，錐齒輪軸Ⅳ的轉(zhuǎn)速應(yīng)為：

nⅣ=nv xiv。Ⅳ=(800／6)x36／20=240 r／min

為便于制造和裝配，取雙聯(lián)齒輪z，、z8和齒輪互的模數(shù)均為2 toni，和原有變速箱中圓柱齒輪的模數(shù)相同。其齒數(shù)初步定為：雙聯(lián)齒輪Z，=64，Z。=44，Z。=36。那么：

iⅡ一_=28／64=7／16

n軸Ⅲ=n軸Ⅱ·iⅡ．Ⅲ=458x7／16=200．375 r／rain

P軸Ⅲ=P軸Ⅱ·7／2=1．462 65x0．98=1．433 kWi_一Ⅳ=44／36=11／9／7,軸Ⅳ=n,jⅢ·iⅢ一Ⅳ=200．375xlI／9=244．9 r／min

P軸Ⅳ=P軸_·叼2=1．433x0．98=1．405 kW，l軸v=n軸Ⅳ·iⅣ一v=244．9x20／36=136．11 r／rain

P軸v=P軸Ⅳ·，，l=1．405x0．95=1．335 kW

基于上述各參數(shù)，可知變速箱的實際升降速度為：