丁允賀 李書環(huán) 王冉

摘 要：臺(tái)式鉆床工作，需要的是互不干涉的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，就目前而言，臺(tái)式鉆床移動(dòng)部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件相互獨(dú)立且可以配合完成鉆孔工作，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；本文通過設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)，保證臺(tái)式鉆床能正常工作且結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：臺(tái)式鉆床；復(fù)合運(yùn)動(dòng)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.004

1 機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的條件

轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)應(yīng)該能夠快速高效精準(zhǔn)地滿足轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行的要求，并且移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)獨(dú)立進(jìn)行不能存在約束[1]，相比于現(xiàn)有鉆床，該機(jī)構(gòu)還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。

2 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)復(fù)合裝置包括立軸1、導(dǎo)向平鍵3、齒輪4、齒輪6、齒輪7、軸承2以及軸承5等。工作時(shí)，齒輪7通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)并與立軸上的齒條嚙合，用于帶動(dòng)主軸做軸向移動(dòng)。齒輪4由主動(dòng)齒輪6驅(qū)動(dòng)并通過導(dǎo)向平鍵3與立軸1連接，從而帶動(dòng)主軸做周向轉(zhuǎn)動(dòng)；軸承2和軸承5用于支承立軸且與立軸之間能夠相對(duì)滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 零部件設(shè)計(jì)與選型

零部件的設(shè)計(jì)及選型主要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵性問題。

3.1 立軸設(shè)計(jì)

立軸1的端部安裝夾爪，夾爪用來安裝鉆頭，鉆頭打孔過程需要轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此立軸1應(yīng)能夠做相互獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，是鉆床中轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的核心構(gòu)件。在立軸1上加工鍵槽以安裝導(dǎo)向平鍵3，齒輪4通過導(dǎo)向平鍵3與立軸1聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)立軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)。立軸1上還加工有齒條，通過齒輪7與齒條的嚙合可以實(shí)現(xiàn)立軸1的移動(dòng)。立軸上的齒條設(shè)計(jì)為圓周形齒條，圓周形齒條可以認(rèn)為是由傳統(tǒng)齒條繞軸線旋轉(zhuǎn)而成。圓周形齒條看似與蝸桿形狀相似，但其實(shí)完全不同；蝸桿結(jié)構(gòu)為一個(gè)或幾個(gè)齒繞軸呈螺旋狀，圓周形齒條卻是每個(gè)齒都繞軸一周且沿軸等間距排列；之所以如此設(shè)計(jì)，第一是使立軸1在齒輪7帶動(dòng)下能夠軸向移動(dòng)，第二是不對(duì)立軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生干涉。立軸上導(dǎo)向平鍵的作用則是，在帶動(dòng)立軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，對(duì)立軸的移動(dòng)不產(chǎn)生干涉。為保證工作的可靠性，安裝的導(dǎo)向平鍵長度與圓柱形齒條長度一致。

3.2 軸承選型

立軸1既要轉(zhuǎn)動(dòng)又要移動(dòng)，因此，支承立軸1的部件應(yīng)該能夠同時(shí)滿足立軸轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)精準(zhǔn)無摩擦。常見的徑向軸承以及角接觸軸承如滾針軸承、圓柱滾子軸承、深溝球軸承、圓錐滾子軸承等，只能允許軸做轉(zhuǎn)動(dòng)，不允許軸做移動(dòng)或者僅允許做微量移動(dòng)，因此不能作為此處軸的支承[2-3]。通過查閱材料，最終選擇滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯套作為立軸1的支承?；瑒?dòng)旋轉(zhuǎn)襯套的結(jié)構(gòu)基本有兩種，一種是在其兩端，鋼球沿周向排列，在中部，鋼球以U字形排列；另一種則是將鋼球以Z字形排列。它們均是通過保持器將鋼球插入精密研磨加工的外輪內(nèi)部。鋼球進(jìn)入的是各個(gè)獨(dú)立分離的孔，因此，不僅可以使被支承立軸暢通無阻地做直線運(yùn)動(dòng)，也允許立軸精準(zhǔn)無摩擦地做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且精度高、剛性好。

3.3 輪選型

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，壽命長，傳動(dòng)比精確，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率及速度適用范圍廣。而人字形齒輪使用于此，完全因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，人字形齒輪是一種輪齒沿兩條對(duì)稱的螺旋旋向相反的螺旋線排列在圓柱體表面上的齒輪[4]，亦可視為由螺旋角相同但旋向相反的兩個(gè)斜齒輪所組成[5]。人字齒輪的結(jié)構(gòu)，使得主從動(dòng)齒輪不可能做軸向的相對(duì)移動(dòng)。立軸1在工作過程中有相對(duì)于齒輪4的移動(dòng)，為避免齒輪4受立軸1影響而產(chǎn)生相對(duì)于齒輪6的軸向移動(dòng)，齒輪4和齒輪6均選用人字齒輪。由于立軸1采用滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯套游動(dòng)支承，人字齒輪傳動(dòng)不會(huì)發(fā)生干涉。

立軸1工作過程中還有繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，為避免干涉，齒條與齒輪7均選用直齒，直齒結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。齒輪7及其軸系則由角接觸軸承支承，以保證齒輪7不因?yàn)榱⑤S1的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生移動(dòng)。

4 結(jié)束語

根據(jù)臺(tái)式鉆床的工作要求，對(duì)臺(tái)式鉆床的主體進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。確定選用圓周形齒條和直齒齒輪嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)立軸沿軸方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；選用人字形齒輪嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)立軸的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)；并采用滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯套對(duì)立軸進(jìn)行支承。此種組合大大簡化了鉆床主體結(jié)構(gòu)，對(duì)鉆床的改進(jìn)設(shè)計(jì)有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳宗澤，劉瑩.機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]范順成.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5]孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：丁允賀（1994-），男，安徽泗縣人，學(xué)士在讀，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的學(xué)習(xí)與研究。