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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
設(shè)計(論文)題目： 手電鉆省力裝置設(shè)計
學(xué)生姓名：
二級學(xué)院：
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提交日期：
目錄
目 錄
目 錄 II
摘要 Ⅳ
Abstract V
第一章 緒 論 1
1.1電鉆的原理及分類 1
1.2現(xiàn)在電鉆的市場與使用情況 3
1.3研究的目的及意義 5
1.4國內(nèi)同類產(chǎn)品研究概況 6
1.5國外同類產(chǎn)品研究概況 7
1.6論文主要研究內(nèi)容 8
第二章省力裝置的設(shè)計與實現(xiàn) 9
2.1研究的思路 9
2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
2.2.1方案一 12
2.2.2方案二 16
第三章 裝置的受力分析與校核 24
3.1裝置一 24
3.1.1裝置的受力分析 24
3.1.2裝置的剛度的校核 26
3.2裝置二 28
3.2.1裝置的受力分析 28
3.2.2裝置的剛度的校核 29
第四章總結(jié)與展望 30
4.1研究內(nèi)容特色與創(chuàng)新 30
4.2研究前景 32
第五章參考文獻(xiàn) 34
第六章 致謝 35
附錄 36
III
摘要
手電鉆省力裝置設(shè)計
摘要
電鉆進(jìn)給力主要靠人提供。為達(dá)到省力目的，目前的解決方案都是將電鉆固定在電鉆夾具上，形成一種小型鉆床，但也使電鉆失去了原有方便靈活的特性。
本文設(shè)計了一類可安裝在手電鉆上并能靈活使用的裝置，該裝置使電鉆夾具成為電鉆的輔件。本裝置由電鉆固定模塊，省力機(jī)構(gòu)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)，裝置固定模塊組成。根據(jù)裝置與工件之間不同的固定方式，通過對比分析得出對應(yīng)的最優(yōu)方案。
方案一，只適用于鉆邊緣孔。電鉆固定模塊，采用環(huán)形件套住電鉆并緊固；省力機(jī)構(gòu)，采用杠桿原理；進(jìn)給運動，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；裝置的固定，采用卡爪直接扣住工件底面。省力機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)復(fù)合，在曲柄與連桿連接處，延伸曲柄形成杠桿。
方案二，只適用于平面鉆孔且工件粗糙度不能過大的場合。電鉆固定模塊，采用環(huán)形件套住電鉆并緊固；省力機(jī)構(gòu)，采用杠桿原理實現(xiàn)；進(jìn)給運動，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)；裝置的固定，采用負(fù)壓吸盤吸附于工件表面。省力機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)復(fù)合，在曲柄與連桿連接處，延伸曲柄形成杠桿。
以方案二思路的延伸,可以設(shè)計一種吸附于工件表面具有可移動平臺的機(jī)床，這將是進(jìn)一步研究的方向。
本論文提出的是一種可以裝在電鉆上的省力裝置，目的是減輕工人的操作負(fù)擔(dān)。具體的創(chuàng)新點如下：
1、改變傳統(tǒng)方式下依靠人提供進(jìn)給力。
2、在簡易的結(jié)構(gòu)下，達(dá)到設(shè)計要求，本身還能靈活使用。
3、舍棄工作臺，將操作范圍擴(kuò)大。
關(guān)鍵詞：電鉆，省力，簡易
Hand electric drill labor-saving device design
Abstract
Electric drill to force were raised, mainly by people. To achieve energy saving purpose, the current solution is to drill on the drill jig, forming a small drilling machine, but also make the electric drill lost the original characteristics of the convenient and flexible.
This paper design a class can be installed in hand electric drill and flexible use of the device, the device makes a drill jig drill accessaries. This device by electric drill fixed module, save Labour institutions, feed mechanism, unit of fixed modules. According to the different fixed way of between device and artifacts, through the analysis of the corresponding optimal solution are obtained.
Plan a, only applies to the edge of the hole. Electric drill fixed module, using the circular woolly live electric drill and fastening; Institutions, adopts lever principle; Feed movement, the use of slider-crank mechanism; Device is fixed, use the jaw buckle workpiece bottom directly. Energy institutions and compound feed mechanism, the crank and connecting rod joint, extension of crank lever.
Plan b, ionly applicable to the surface of the drill and the workpiece roughness cannot too big occasions. Electric drill fixed module, using the circular woolly live electric drill and fastening; Institutions, adopts lever principle; Feed movement, using slider-crank mechanism; Device fixed, adsorbed on the surface using negative pressure suction cups. Energy institutions and compound feed mechanism, the crank and connecting rod joint, extension of crank lever.
The extension based on the plan b, adsorbed on the surface can design a machine tool with mobile platforms, this will be the direction of further research.
This paper presents a kind of labor-saving devices can be installed on the electric drill, the purpose is to reduce the burden of workers. Specific innovation points are as follows:
1、Change the traditional way to rely on people in under force.
2、Under the simple structure, meet the design requirements, itself can be used.
3、Abandon the workbench, expanded the scope of operation.
Keywords: electric drill ，energy, simple and easy
VI
第一章 緒論
第一章 緒 論
本章節(jié)主要介紹現(xiàn)今電鉆的主要類型，展望電鉆附屬產(chǎn)品的應(yīng)用前景。明確電鉆省力裝置設(shè)計的現(xiàn)實意義，同時對比分析了同類型產(chǎn)品的國內(nèi)外研究狀況。
1.1電鉆的原理及分類
現(xiàn)今電鉆的工作原理大同小異，電磁旋轉(zhuǎn)式或電磁往復(fù)式小容量電動機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子做磁場切割做功運轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動驅(qū)動作業(yè)裝置，帶動齒輪加大鉆頭旋轉(zhuǎn)的動力，從而使得鉆頭刮削物體表面，使鉆頭更好的洞穿物體。
現(xiàn)有的電鉆可以分成三類：手電鉆、沖擊鉆、錘鉆。
圖1.1手電鉆
手電鉆：其功率最小，它的使用范圍僅限于鉆木或當(dāng)個電動改錐用，但部分手電鉆可以根據(jù)其用途改成專門工具，因此其用途及型號較多。
圖1.2沖擊鉆
沖擊鉆：現(xiàn)今的沖擊電鉆其沖擊機(jī)構(gòu)有犬牙式與滾珠式這兩種滾珠式的沖擊電鉆其主要由動盤、定盤、鋼球等其他零件構(gòu)成。它的動盤帶有十二個鋼球，是用螺紋使之與主軸相連；其定盤帶有四個鋼球，是用銷釘使之固定在機(jī)殼上，其在推力的作用下，十二個鋼球沿著四個鋼球滾動，從而使鉆頭產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)沖擊運動，那樣就能在磚塊，石頭或混凝土等性能較脆的材料上鉆孔。若脫開銷釘?shù)脑?，定盤將與動盤一起轉(zhuǎn)動，從而不會產(chǎn)生沖擊，這樣講可以作為普通電鉆使用。
圖1.3錘鉆
錘鉆：可以在多種性能較硬的材料上鉆孔，從而它的使用范圍也就更加廣泛。
以上三種電鉆的價格是由低到高進(jìn)行排列的，與之相應(yīng)，他們的功能也是隨之增加的，所以在選用上具體得要結(jié)合自身的適用范圍和使用上的要求。
1.2現(xiàn)在電鉆的市場與使用情況
圖1：手電鉆近年百度搜索指數(shù)走勢圖
圖2：電鉆行業(yè)市場增長速度分析（單位：千元）
圖3：市場規(guī)?，F(xiàn)狀與預(yù)測（單位：億元）
結(jié)合圖1與圖2不難看出，過去幾年電鉆行業(yè)的市場在持續(xù)的增長，未來的需求也將變大。圖3是基于14年-18年電鉆市場調(diào)研報告得出的數(shù)據(jù)，充分顯示了電鉆行業(yè)未來市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。既然市場的需求仍是巨大的，那么在此行業(yè)上繼續(xù)的拓展也仍是可行的。
在上面介紹三種電鉆類型時，附上三種電鉆的插圖中不難發(fā)現(xiàn)，三種類型的電鉆使用時，鉆孔所需要的進(jìn)給力是靠人提供的。在沖擊鉆與錘鉆的圖中更是突出，直接加了一個把手，讓操作者可以雙手握持，更方便提供切削進(jìn)給力。這樣的結(jié)構(gòu)增加了操作者的使用負(fù)擔(dān)，有待改進(jìn)?；谑袌鰯?shù)據(jù)，此方面的研究是有前景的。
1.3研究的目的及意義
電鉆的主要分類有三種，它的適用范圍更是寬廣，涉及許多行業(yè)[8]。但是現(xiàn)今電鉆使用上，鉆削作業(yè)時進(jìn)給力依舊全部靠操作者提供。在大量的重復(fù)性的操作中其缺點是顯而易見的，其工作量對操作者而言十分繁重，所以輔助進(jìn)給裝置的出現(xiàn)是必然的。對于使用者而言省力機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)將減少工作負(fù)擔(dān)，并且能極大地提高工作效率。
省力裝置或者其他輔助夾具的設(shè)計，必須要具備兩個重要因素。一：實現(xiàn)裝置與手電鉆的固定。裝置與手電鉆固定才能推動電鉆，提供切削工件所需進(jìn)給力進(jìn)行切削。二：實現(xiàn)裝置與工件之間的固定。只有當(dāng)輔助裝置相對于工件位置固定時，在進(jìn)給力的反作用力下，輔助裝置與工件不產(chǎn)生相對運動。
實現(xiàn)上述需求中裝置與手電鉆固定，所采用的方式是比較通用與簡單的。其原理雖簡單，但很實用。用簡單的環(huán)形套件套住電鉆，再使用螺釘緊固。
現(xiàn)在所采用實現(xiàn)工件與輔助裝置與工件之間固定的方式是有局限的?，F(xiàn)有的輔助裝置都是仿照大型機(jī)床設(shè)置底座作為工作臺，將需要加工的工件放置于工作臺上。這樣設(shè)計確實簡單方便，但同時也被限制。這樣的裝置加工范圍受上部電鉆可移動范圍的影響，與小型鉆床已經(jīng)沒有區(qū)別。所以設(shè)計一類可安裝在手電鉆上并能靈活使用的裝置是有必要的。
本次研究主要解決省力裝置的實現(xiàn)與輔助裝置與工件的固定這兩個問題。本裝置將減小操作者的工作量，提高工作效率。在工件固定的情況下，移動電鉆到適當(dāng)位置鉆孔，電鉆本身靈活移動的特性得以保持，將極大地拓展這種裝置的適用性。
1.4國內(nèi)同類產(chǎn)品研究概況
裝置1
裝置2
手電鉆在很多行業(yè)中使用，從而衍生出許多輔助裝置[7]。現(xiàn)在用來鉆垂直孔的裝置，如上圖改裝后當(dāng)立式鉆床使用。省力方面，現(xiàn)在的手電鉆支架都能做到，它們也可以解決重復(fù)勞作中極大工作負(fù)擔(dān)的問題。但它們都存在一個缺陷，不能像手電鉆本身那樣能靈活的運用。
裝置一、裝置二上部與電鉆相連的設(shè)計是采用了相同的原理，使用環(huán)形裝置加螺釘擰緊。他們的底座設(shè)計也是相同的，都是將工件放置在工作臺上。其余部位支撐桿高度調(diào)節(jié)都是相似的。唯一的不同就是省力機(jī)構(gòu)的選用。裝置一中采用的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的變形。裝置二中采用了齒輪與齒條嚙合，增長驅(qū)動力臂來達(dá)到省力效果。但是它們的加工范圍還是受到電鉆鉆頭與支撐桿距離的限制。
1.5國外同類產(chǎn)品研究概況
裝置3
國外的產(chǎn)品裝置三也是一種輔助電鉆鉆孔的裝置[16]。此裝置中66為底座，64為支撐桿，46為電鉆，19為把手。圖中把手20與把手30是調(diào)節(jié)支撐桿高度的，使此裝置能加工不同厚度的工件。46處的緊固機(jī)構(gòu)也是如國內(nèi)產(chǎn)品環(huán)狀套件加螺釘緊固。此項裝置它的省力原理完全就是杠桿結(jié)構(gòu)，這同時也帶來了相應(yīng)的缺點。電鉆相對于支點中心是做圓弧運動[9]，雖然調(diào)節(jié)支點兩端力臂的長度和計算出最佳的旋轉(zhuǎn)角度，能最大限度的使所鉆孔成垂直狀態(tài)，但是仍是存在一定誤差的。
圖1.4
裝置三相比于裝置一與二的優(yōu)化在它的底座不是固定的，底座與支撐桿之間類似于銷鏈接，這樣的情況下底座是可以旋轉(zhuǎn)的[17]。在此種情況下裝置三的適用范圍立馬提高了一大截，它的適用范圍將不受支撐桿的限制，在工件表面無論多大表面，無論任何位置都可以鉆孔,只要在底座處施加力。它的使用范圍將是所有的面上鉆孔，只要能將底座固定，甚至斜面也是可以的。
當(dāng)然在適用性增加的同時，它的缺點也暴露出來，而且是致命的。它的底座是不穩(wěn)定的，只能靠施加外力來固定。在鉆直徑為10以上的孔時，所需的進(jìn)給力是很大的，這樣也就要求底座處的力也將很大。而且在切削過程中，工件產(chǎn)生的反作用力與震動將會使底座發(fā)生偏移，在這種情況下，鉆孔的位置也會發(fā)生偏移，影響鉆孔的精度。所以此裝置是優(yōu)點與缺點并存的
35
1.6論文主要研究內(nèi)容
本論文研究的裝置是用于手電鉆上的省力機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的本身要達(dá)到省力這最基本的要求，應(yīng)該是一種簡易裝置。在滿足基本要求的條件下，盡可能實現(xiàn)其余的需求如取代工作臺，盡可能適用于大部分的情況。
本論文主要研究的是，裝置與工件之間的固定?，F(xiàn)今做此類設(shè)計，裝置與工件的固定多是靠工作臺來實現(xiàn)，但觀察后能發(fā)現(xiàn)工作臺的存在限制了鉆頭的水平面內(nèi)的運動，最好能舍棄工作臺的存在。該裝置最后成型時，結(jié)構(gòu)必須精簡，鉆孔時最好能是垂直孔。
第二章 省力裝置的設(shè)計與實現(xiàn)
第二章省力裝置的設(shè)計與實現(xiàn)
本章節(jié)首先提出設(shè)計研究思路和幾種可行方案，其次通過比較確立了符合設(shè)計要求的最優(yōu)方案。最后根據(jù)裝置各模塊的功能要求，設(shè)計了具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
2.1研究的思路
省力機(jī)構(gòu)的設(shè)計，必須要具備兩個重要因素。其一：實現(xiàn)裝置與手電鉆固定。只有與手電鉆固定才能推動電鉆，才能提供切削工件所需的進(jìn)給力。二：實現(xiàn)裝置與工件的固定。只有輔助裝置相對于工件位置固定，并在進(jìn)給力的反作用力，輔助裝置緊固工件的部位才能與工件不產(chǎn)生相對運動。
對于因素一，本文不再在原來的基礎(chǔ)上做改變。因為夾持裝置本身就很實用[11]，結(jié)構(gòu)上也很緊湊，在此方面做文章完全沒有必要的。本文重研究的的重點在因素二上。
本文摒棄了傳統(tǒng)的設(shè)置工作臺的方法，而是想辦法將裝置固定或者是吸附到工件上，這樣能解決進(jìn)給力的反作用力，同時工作范圍也將不受到工作臺的限制。提出如下幾種解決方案:
一、利用機(jī)械結(jié)構(gòu)緊扣工件。工件的形狀是不確定的，純機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用，是不可能適用于所有的狀況，此種方法不行。但是在否定方案之前注意到，在比較特別的工作情況下，鉆孔有時只限于工件的邊緣，提出使用鉤子勾住工件底面。
圖2.1卡爪原理圖
二、利用磁鐵吸附力扣緊工件。在機(jī)床上磁性表座是很常見的，采用磁鐵本身產(chǎn)生的磁場來吸附于金屬工件。磁性表座的原理通過控制磁鐵的磁場，來控制表座對金屬的吸附力大小。在本設(shè)計中到反作用力將很大，若采用本種方案，最終裝置的體積將比較大，而且自身重量會較重。因此舍棄本種方案。
圖2.2磁性表坐原理圖
圖2.3磁性表坐
三、利用電磁鐵扣緊工件。通電螺線管會將管內(nèi)鐵芯磁化產(chǎn)生磁場，從而吸附于工件表面。按此種方案設(shè)計，裝置將與電源連接形成一個完整的電路，與設(shè)計的初衷簡易相違背，所以放棄。
圖2.4電磁鐵原理圖
圖2.5簡易電磁鐵
四、利用吸盤吸附工件。由于吸盤內(nèi)的空氣被擠壓，吸盤表面與外界產(chǎn)生氣壓差，從而產(chǎn)生吸附力使吸盤吸附于工件表面。此種方案相比于二與三易于實現(xiàn)，并且吸附的工件材料將不限于金屬，相比之下適用性更加廣泛。
圖2.6真空吸盤
2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1方案一
圖2.7方案一裝配圖
本設(shè)計采用的思路是將機(jī)構(gòu)夾緊在工件上，但是工件的外形尺寸是不盡相同的，想要在不同外形的工件上都能適用，所以此機(jī)構(gòu)的設(shè)計必定是比較偏門的。采用卡爪扣住工件底面，是所能作到的比較通用的形式了。
本裝置功用較為單一，只有在需要鉆邊緣孔時有使用價值。但本裝置的優(yōu)勢在于其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，功能實現(xiàn)較全面[10]。
在機(jī)構(gòu)的設(shè)計方面,要達(dá)到省力的要求,那么施力處的力臂就要大于受力處的力臂。在實際應(yīng)用中使用較多的還是杠桿，齒輪，滑輪這些機(jī)構(gòu)，但在設(shè)計的過程中還是選取了杠桿機(jī)構(gòu)。因為杠桿制造簡單成本相對較低。若使用齒輪，它的加工工藝復(fù)雜，齒輪的配合所需精度也較高，成本上相應(yīng)也會大為提高。而滑輪機(jī)構(gòu)比較占空間，在工件的邊緣處，空間上有時是會有限制的，所以沒有加以考慮。本設(shè)計原定位為簡易機(jī)構(gòu)，在考慮制造的方便，與成本的情況下還是選用了杠桿機(jī)構(gòu)。
圖2.8杠桿
而在進(jìn)給運動的實現(xiàn)上，單純的杠桿運動運動軌跡是弧線的，在鉆孔過程中若想忽略弧度的存在，那么它的旋轉(zhuǎn)角度與鉆孔的深度將深受限制。所以此處的設(shè)計必須要再做修改。而簡單曲柄滑塊機(jī)構(gòu)卻是可以實現(xiàn)滑塊部位的直線運動。因此在設(shè)計的過程中，將杠桿與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)[3]復(fù)合，形成下面圖2.9的結(jié)構(gòu)。圖示機(jī)構(gòu)的原理是變異的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在鉆孔的過程中裝置能達(dá)到省力的效果，且做到鉆垂直孔。
上支架2是通過環(huán)形件套住電鉆1并通過兩個螺栓就可以夾住電鉆，在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中相當(dāng)于固定的支座。這種機(jī)構(gòu)比較常見，但是非常的適用。并且可以在環(huán)形機(jī)構(gòu)內(nèi)加上橡膠墊圈，因為大部分手電鉆外殼是塑料的，可以在夾緊的過程中一定上保護(hù)電鉆的外殼。
杠桿3一端是通過銷鏈接在固定在上支架上，并且通過連桿4連接到滑塊6上?；瑝K6是通過其上的四個定位孔與上支架相連，上支架延伸出的四根較長的桿是滑塊的移動導(dǎo)桿。其中杠桿2是此裝置中的曲柄。在杠桿2上施加向上的力，杠桿受力向上轉(zhuǎn)動。滑塊通過連桿4與杠桿2相連，所以當(dāng)杠桿向上運動時拉動滑塊6，滑塊6受力沿著上支架的移動導(dǎo)桿向上移動。因為上支架2的移動導(dǎo)桿是豎直的，所以上支架6相對滑塊4是做豎直向下的直線運動。
圖2.9變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
并且此裝置鉆孔的深度，在一定程度上也是可以控制的。在上支架2其中兩個外露的移動導(dǎo)桿上是有螺紋的。在圖中可以看見在一根移動導(dǎo)桿上分別裝了兩個螺母，它們的作用是相似的。下部螺母的存在是為了防止滑塊6在移動導(dǎo)桿上脫落，它的位置是定死的。然而上部的螺母是可以在整個移動導(dǎo)桿上旋轉(zhuǎn)移動的，這樣就會限制滑塊的移動距離，從而達(dá)到控制鉆孔的深度。
將下端螺母的位置定死，滑塊同時也移動到最下端。此時以滑塊的上表面為原點，沿著移動導(dǎo)桿標(biāo)上尺寸。在實際操作的過程中，滑塊6會因為重力自動滑落到下端的螺母處，根據(jù)所鉆孔的深度調(diào)節(jié)上部螺母的位置。在此裝置的操作過程中，將可以在一定程度上控制鉆孔的深度。
圖2.10卡爪部位
在此機(jī)構(gòu)中，裝置的固定是靠卡爪直接扣住工件下表面來實現(xiàn)的?？ㄗκ峭ㄟ^緊固螺母與滑塊連接的，滑塊受力向上運動，所以在鉆孔的過程中，卡爪相對于上支架是做向上的直線運動。然而在鉆孔的過程中，反作用力、震動和不對稱轉(zhuǎn)矩會讓卡爪在一定程度上偏移原來的位置，但考慮到鉆此類孔大都過程是及其快速的，所以采取折中的方法，在卡爪的上表面可以加上橡膠墊。
在不同的使用環(huán)境中，工件的厚度或鉆頭的長度是不確定的。那么卡爪的伸出長度也要是可調(diào)節(jié)的。所以滑塊與卡爪是分成了兩個不同的部位，它們是通過空心套管實現(xiàn)伸縮，在調(diào)節(jié)好距離后通過緊固螺母來固定位置[13]。在這樣操作下，就可以調(diào)節(jié)鉆頭到工件的距離，以適應(yīng)不同的操作環(huán)境。
圖2.11裝置一爆炸圖
此裝置在鉆邊緣孔的特殊場合下使用的。它能大量的重復(fù)性工作中，減少操作者的工作負(fù)擔(dān)，且提高工作效率[12]。杠桿的長度也是可以在不同的適用場合做出延伸，省力效果更佳。
2.2.2方案二
圖2.12裝置二裝配圖
本設(shè)計采用的思路是將裝置吸附在工件的表面。許多工件的光滑度是達(dá)到吸盤吸附要求的，而且采用吸盤就可以忽略工件的材質(zhì)，這樣裝置在大部分的平面中都是適用的[14]。
此裝置適用于大多數(shù)的平面工件鉆孔。使用較大的力在工件表面鉆孔時，鉆頭的位置會因為反作用力和震動發(fā)生偏移[4]，而本裝置不會發(fā)生此類狀況。此裝置集省力機(jī)構(gòu)與定位機(jī)構(gòu)集于一體，在使用的過程中，減小操作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，保證一定的位置精度。
在機(jī)構(gòu)的設(shè)計方面,要達(dá)到省力的要求,那么施力處的力臂就要大于受力處的力臂。在實際應(yīng)用中使用較多的還是杠桿，齒輪，滑輪這些機(jī)構(gòu)，但在設(shè)計的過程中還是選取了杠桿機(jī)構(gòu)。因為杠桿制造簡單成本相對較低。若使用齒輪，它的加工工藝復(fù)雜，齒輪的配合所需精度也較高，成本上相應(yīng)也會大為提高。而滑輪機(jī)構(gòu)比較占空間，在工件的邊緣處，空間上有時是會有限制的，所以沒有加以考慮。本設(shè)計原定位為簡易機(jī)構(gòu)，在考慮制造的方便，與成本的情況下還是選用了杠桿機(jī)構(gòu)。
圖2.13杠桿
而在進(jìn)給運動的實現(xiàn)上，單純的杠桿運動運動軌跡是弧線的，在鉆孔過程中若想忽略弧度的存在，那么它的旋轉(zhuǎn)角度與鉆孔的深度將深受限制。所以此處的設(shè)計必須要再做修改。而簡單曲柄滑塊機(jī)構(gòu)卻是可以實現(xiàn)滑塊部位的直線運動。因此在設(shè)計的過程中，將杠桿與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)復(fù)合，形成下面圖2.9的結(jié)構(gòu)。圖示機(jī)構(gòu)的原理是變異的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在鉆孔的過程中裝置能達(dá)到省力的效果，且做到鉆垂直孔。
上支架2是通過環(huán)形件套住電鉆1并通過兩個螺栓就可以夾住電鉆，在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中相當(dāng)于固定的支座。這種機(jī)構(gòu)比較常見，但是非常的適用。并且可以在環(huán)形機(jī)構(gòu)內(nèi)加上橡膠墊圈，因為大部分手電鉆外殼是塑料的，可以在夾緊的過程中一定上保護(hù)電鉆的外殼。
杠桿3一端是通過銷鏈接在固定在上支架上，并且通過連桿4連接到滑塊6上?；瑝K6是通過其上的四個定位孔與上支架相連，上支架延伸出的四根較長的桿是滑塊的移動導(dǎo)桿。其中杠桿2是此裝置中的曲柄。在杠桿2上施加向上的力，杠桿受力向上轉(zhuǎn)動?；瑝K通過連桿4與杠桿2相連，所以當(dāng)杠桿向上運動時拉動滑塊6，滑塊6受力沿著上支架的移動導(dǎo)桿向上移動。因為上支架2的移動導(dǎo)桿是豎直的，所以上支架6相對滑塊4是做豎直向下的直線運動。
圖2.14變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
并且此裝置鉆孔的深度，在一定程度上也是可以控制的。在上支架2其中兩個外露的移動導(dǎo)桿上是有螺紋的。在圖中可以看見在一根移動導(dǎo)桿上分別裝了兩個螺母，它們的作用是相似的。下部螺母的存在是為了防止滑塊6在移動導(dǎo)桿上脫落，它的位置是定死的。然而上部的螺母是可以在整個移動導(dǎo)桿上旋轉(zhuǎn)移動的，這樣就會限制滑塊的移動距離，從而達(dá)到控制鉆孔的深度。
將下端螺母的位置定死，滑塊同時也移動到最下端。此時以滑塊的上表面為原點，沿著移動導(dǎo)桿標(biāo)上尺寸。在實際操作的過程中，滑塊6會因為重力自動滑落到下端的螺母處，根據(jù)所鉆孔的深度調(diào)節(jié)上部螺母的位置。在此裝置的操作過程中，將可以在一定程度上控制鉆孔的深度。
圖2.15深度控制
圖2.16裝置下部結(jié)構(gòu)
此裝置設(shè)計的重點就在下部吸附固定機(jī)構(gòu)。此處采用的原理是吸盤表面產(chǎn)生的氣壓差來固定位置的。然而普通吸盤的吸附力有限，因此采用負(fù)壓吸盤，負(fù)壓的產(chǎn)生則靠繩拉動活塞。同時要需要設(shè)計一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，使拉力能夠?qū)崿F(xiàn)，并能保持住一段時間，因此采用了定向自鎖棘輪的結(jié)構(gòu)。同時滑塊與工件上表面的距離也要是可以調(diào)節(jié)的[13]。
圖2.17高度調(diào)節(jié)原理圖
此部位的實現(xiàn)最復(fù)雜的細(xì)節(jié)如上圖所示，為底架與滑塊之間的連接。在功能上,底座要與滑塊連接同時能在一定程度上調(diào)整距離,且底座的氣缸里要加滑輪裝置。
圖2.18滑輪安裝部位
在底架的設(shè)計上,在滿足設(shè)計原理的同時，考慮到了制造的問題，上下連接的細(xì)節(jié)如上圖2.18所示?；啺惭b模塊與底架事先是分離的，在底架的氣缸頂部原為豎直圓柱，在圓柱處去除部分材料，用來安裝滑輪固定模塊，氣缸上部切螺紋用以實現(xiàn)與滑塊的鏈接。
汽缸壁的粗糙度是要達(dá)到一定的精度才能形成密閉的空間，所以在加工汽缸壁時氣缸內(nèi)應(yīng)該為中空的。倘若滑輪安裝模塊與氣缸為一體，那么氣缸內(nèi)壁是不好加工的，而且后期還要加入活塞與彈簧。因此滑輪安裝模塊是在氣缸內(nèi)壁加工完成，且放入活塞與彈簧后沿著去除部分的縫隙插在氣缸壁上并固定。
圖2.19裝置下部原理圖
該裝置的吸附部分是靠吸盤完成的，普通吸盤的吸附力難以達(dá)到要求，所以此處加上了抽取負(fù)壓的結(jié)構(gòu)。在抽取負(fù)壓的過程中所需的拉力也是很大的，所以在抽負(fù)壓的過程中也必須使用到省力裝置。并且在吸附力達(dá)到要求后在鉆孔完成前，要保證吸附力的存在，所以該裝置還需用到自鎖機(jī)構(gòu)。將上述兩種要求考慮后設(shè)計出如上圖所示的機(jī)構(gòu)。
該機(jī)構(gòu)通過三芯線分別與三個活塞連接固定，然后通過滑輪轉(zhuǎn)向于一處匯聚，另一端則固定在棘輪上。順時針搖動搖桿，三芯線以相同的長度收縮，并形成相同大小的吸附力吸附在工件上。棘輪處存在單向自鎖的機(jī)構(gòu)，當(dāng)達(dá)到一定負(fù)壓時自鎖。裝置需要脫離時，按動卡爪，活塞會在負(fù)壓與彈簧的作用下自動返回氣缸底部。
圖2.20線的走向圖
該處的省力機(jī)構(gòu)的設(shè)置也是比較精巧的。繩的始端并不連接在活塞上，繩的始端固定在滑輪安裝模塊上，這樣做不僅可以省下一半的拉力，同時考慮到繩在長期使用后會產(chǎn)生拉伸，導(dǎo)致三處繩的長度出現(xiàn)不同，這樣會使三個不同吸盤處的吸附力產(chǎn)生差異。而將繩的始端放置于滑輪安裝模塊上，這樣繩的長度便于調(diào)節(jié)，可以消除這方面的影響。順時針搖動搖桿，三芯線以相同的長度收縮，活塞向上移動，自鎖裝置處棘輪與卡爪的弧線部分?jǐn)D壓，使卡爪向上彈起。在達(dá)到所需吸附力時，卡爪的平面部位與棘輪相合，是棘輪不能反向轉(zhuǎn)動。
當(dāng)卡爪向上彈起時，負(fù)壓使活塞主動向下滑動，棘輪逆時針轉(zhuǎn)動。但考慮到吸盤會有一定程度的漏氣，會使活塞不能完全回到底部，此時氣缸內(nèi)的彈簧起到作用，會將活塞主動頂?shù)降撞?。從而完成整體的循環(huán)。
圖2.21自鎖裝置
圖2.22裝置二爆炸圖
此裝置在操作上并不是特別的復(fù)雜。在使用時，將鉆頭的頂部抵在所需鉆孔的位置，同時將吸盤位置調(diào)整定位，底架上的孔就是留給操作者觀察用的。調(diào)節(jié)緊固螺母調(diào)整鉆頭的高度。若鉆孔有深度要求，那就調(diào)節(jié)移動導(dǎo)桿上螺母的位置。搖動搖桿，使繩收縮，吸盤將緊緊地吸附于工件上，達(dá)到所需吸附力時停止，機(jī)構(gòu)自鎖。此時向上拉動杠桿，上支架受力帶動電鉆豎直向下運動。達(dá)到鉆孔深度后停止拉動杠桿，返回原來位置，按動卡爪，棘輪反向轉(zhuǎn)動，吸盤處吸附力消失，裝置整體處于可移動狀態(tài)。移動裝置，重復(fù)上述的過程，就能實現(xiàn)在不同位置鉆孔。
第三章 裝置的受力分析與校核
第三章 裝置的受力分析與校核
本章節(jié)主要對機(jī)構(gòu)中危險部位進(jìn)行受力分析，并對其進(jìn)行校核。
3.1裝置一
裝置的材料為45調(diào)質(zhì)鋼[1]。
3.1.1裝置的受力分析
裝置的杠桿：該結(jié)構(gòu)是桿件的變形[2]
圖3.1圖中的杠桿
圖3.2受力分析圖
受力分析[6]
設(shè)圖中的AB=3AC
以A 為支點
(1)
以C為支點
(2)
(3)
上支架A處所受的力
滑塊D處所受的力
當(dāng)在杠桿上提供拉力為時所得的總進(jìn)給力為
在實際過程中α與β的值是變化的。
在實際的配合中
的值為2.5-4
在實際的操作中AB的距離可以延伸而AC的距離定死
綜上該結(jié)構(gòu)的達(dá)到省力的效果
3.1.2裝置的剛度的校核
在理想狀態(tài)下的最危險的桿的校核[5]
(1)確定約束力
在上圖所示的杠桿中，可以將其理想化。在理想化過程中，其強(qiáng)度較低的方位不能改變，但上圖零件完全可理想的看為一根直桿，那么
(2)畫彎矩圖，判斷可能的危險截面
圖3.3彎矩圖
設(shè)=150N
=300N
=450N
C截面：
N/m (4)
(3)計算危險截面上的最大正應(yīng)力
計算慣性矩
I=bh3/12=4.2*10-6 m4 (5)
計算危險截面上的最大正應(yīng)力
σ=Mmax yI=(15*0.025)/4.2*10-6=8.9*104Pa (6)
最大正應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力250MPa
3.2裝置二
裝置的材料為45調(diào)制鋼
3.2.1裝置的受力分析
1裝置的杠桿：該結(jié)構(gòu)是桿件的變形
圖3.5杠桿圖
此處計算與上3.1.1相同省略
2吸附力的大小
圖3.6下部吸盤
在此裝置中采用的是三個直徑為2cm的吸盤
當(dāng)抽取為真空時：
F=P*S=100000*0.012*π*3=94.2N (7)
取安全裕度F=60N時 人提供的拉力為20N獲得的100N進(jìn)給力
在手電鉆中吸盤尺寸極限可以達(dá)到直徑為4CM
最大進(jìn)給力理論可達(dá)到600N
3搖桿處所需要的力
F=60/2/7=4.3N
3.2.2裝置的剛度的校核
此處的校核與前文3.1.2相同故省略
第四章 總結(jié)與展望
第四章總結(jié)與展望
本章節(jié)是對所設(shè)計的兩個裝置的優(yōu)缺點的總結(jié)，并根據(jù)兩個裝置的研究思路進(jìn)一步設(shè)計，做出了一個大概的裝置，給出后續(xù)研究的方向。
4.1研究內(nèi)容特色與創(chuàng)新
圖4.1裝置一裝配圖
圖4.2裝置二裝配圖
本課題所設(shè)計的兩個裝置各有適用范圍，但是在各自的使用范圍內(nèi)都是可行的。這兩個裝置的設(shè)計理念是相似的，所使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)也比較類似。這兩個裝置完全摒棄了先前其他設(shè)計中所固有的工作臺，因為一旦有了工作臺，工件的擺放位置與鉆頭可運動范圍就會受到限制。當(dāng)擯棄工作臺后，該簡易機(jī)構(gòu)就可以隨著電鉆運動，又不會占有太大的空間。
該裝置不僅適用于手電鉆上，只要將尺寸更改，在其他的電鉆上使用也是還無障礙的。這兩種裝置在使用時,都將減少操作者的工作負(fù)擔(dān),在單一重復(fù)的操作上能提高工作效率。裝置一是盡可能的在保留設(shè)計所需達(dá)到的目標(biāo)情況下，簡化機(jī)構(gòu)。而裝置二在理論上也做到是可行的，但在實際的制造與使用中還是有待改進(jìn)的。
4.2研究前景
圖4.3裝置三裝配圖
本次設(shè)計的主體理念雖然是簡易的省力機(jī)構(gòu)，但在兩個裝置中其實還是有另一個理念的存在，那就是取消工作臺。
現(xiàn)在的機(jī)床因為設(shè)置了工作臺，那么這臺機(jī)床它的加工范圍就是能放在工作臺上的工件。工作臺的存在加大機(jī)床自身的重量，使機(jī)床更加平穩(wěn)，但是工作臺的存在是否可以嘗試取消掉呢。
在裝置二中我們可以看到，裝置是可以吸附在工件上，那么我們是不是可以創(chuàng)造出一種機(jī)床可以吸附在工件上呢。若在裝置二上加上移動平臺，那么是否就可以實現(xiàn)一種可以自由移動的機(jī)床呢。
圖4.3所示的裝置，為在此思想上的一種簡易實現(xiàn)。但他的主體創(chuàng)新理念其實只有兩個，那就是裝置的固定，與鉆孔位置的定位。
在裝置的固定上，使用的仍然是吸盤吸附，吸盤1的個數(shù)是可以增加或減少的。通過氣孔2連接到真空機(jī)上，真空機(jī)抽取真空，機(jī)架的主體自然也就吸附在工件上。
鉆孔位置的定位，裝置的安裝是不能保證位置度，那么定位也不能依靠裝置安裝來實現(xiàn)。所以另在主體電機(jī)8的鉆頭上部，固定不動的位置上裝三個感應(yīng)器，且在工件的表面做定位標(biāo)示來實現(xiàn)定位。
按上圖的設(shè)計，裝置可以在工作空間里任意移動。因此，只要將三軸上運動的精度控制加以提高，還是能解決鉆和銑的工作要求[15]。當(dāng)然在進(jìn)一步程度改造電機(jī)8部位的話，那么實現(xiàn)鏜孔的功能也是可能的。
本設(shè)計在理論上有一定的可行性，但是在實際的情況先仍是有許多的缺點，比如材料上，裝置自身重量上（可嘗試將裝置做成可拆分式），定位的精度上等等仍然考慮不足的，所以只能作為一種理想狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致謝
時間一晃而過，轉(zhuǎn)眼大學(xué)就即將過去了。在這最后的幾個月做畢業(yè)設(shè)計的日子里，感覺自己收獲頗多。本論文是在萬老師的精心指導(dǎo)下完成的。在畢設(shè)的過程中，您用心為我們營造了良好的治學(xué)氛圍，并且嚴(yán)格要求我們，使每個人都能展現(xiàn)自己最優(yōu)秀的一面。
在論文的過程中，大家都遇到了無數(shù)的困難與障礙，在同課題組的同學(xué)與老師的幫助下都一一克服了。在論文寫作過程中，不僅鞏固了所學(xué)，而且在論文搜索，資料查找中也是收獲甚多。
最后再次感謝在論文寫作過程中幫助過，關(guān)心過我的同學(xué)和朋友。
附錄
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