搖臂鉆床升降裝置的改進(jìn)
2016-8-18 來源：河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(jìn)問題。在分析搖臂鉆床原有變速傳動系統(tǒng)和手動升降機(jī)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(shí)現(xiàn)搖臂機(jī)自動升降的方案。通過傳動分析與計(jì)算，確定了所增加齒輪的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，繪制了改進(jìn)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(jìn)
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?fù)u臂徑向移動，故其適應(yīng)性強(qiáng)，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(jī)械傳動系統(tǒng)或電氣控制系統(tǒng)存在一些問題，導(dǎo)致操作不便，有時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)，盡管傳動比較小，但因機(jī)床機(jī)架較重，升降相當(dāng)費(fèi)勁。為了省力，采用加長手柄。當(dāng)拖板接近變速箱時(shí)，進(jìn)給手柄與升降手柄容易相撞，易導(dǎo)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(jìn)行改進(jìn)。有人建議在絲桿的端部裝上一部小型電動機(jī)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(shí)現(xiàn)自動升降。這種自動升降系統(tǒng)固然不錯(cuò)，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(jī)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(jī)床原有傳動件的原則，直接利用機(jī)床原有電動機(jī)作為動力源。在變速箱主運(yùn)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(shí)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(jī)一絲杠螺母。
傳動路線表達(dá)式為：電動機(jī)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(yùn)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(yuǎn)，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(gè)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(jì)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(jī)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(yùn)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(shí)際升降速度為：
136．11 x6=816．66 mm／min
進(jìn)一步可以計(jì)算各傳動軸的扭矩，進(jìn)而去校核原有傳動軸和確定新增傳動軸的直徑(計(jì)算過程略)。
4、改造后的變速箱升降傳動結(jié)構(gòu)圖
圖3所示為改進(jìn)后的變速箱升降傳動結(jié)構(gòu)展開圖。其中花鍵軸6上的齒輪5和四聯(lián)滑移齒輪7都是原機(jī)床變速箱中的傳動件，而過渡軸9、錐齒輪軸3及其軸上的齒輪是新增添的。但并未影響原機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)和外觀。
圖3改進(jìn)后的搖臂鉆床升降傳動裝置
5、結(jié)束語
探討了如何把某搖臂鉆床的手動升降裝置改進(jìn)成機(jī)動升降裝置的問題。遵循節(jié)約、實(shí)用的原則，在不影響原機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)和外觀的前提下，利用變速箱原有的電動機(jī)和部分傳動件，并在變速箱的有限空間內(nèi)增添了一些傳動件，增添的零部件結(jié)構(gòu)簡單、易于制造。
參考文獻(xiàn)：
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[4]韋宗源．Z30125x40大型搖臂鉆床的設(shè)計(jì)[J]．廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，16(3)：110-112．
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