丁允賀 李書環(huán) 王冉

摘 要：臺式鉆床工作，需要的是互不干涉的轉(zhuǎn)動和移動，就目前而言，臺式鉆床移動部件和轉(zhuǎn)動部件相互獨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)計一種轉(zhuǎn)動移動復(fù)合機(jī)構(gòu)，保證臺式鉆床能正常工作且結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：臺式鉆床；復(fù)合運動；機(jī)構(gòu)設(shè)計

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)動移動復(fù)合機(jī)構(gòu)應(yīng)該能夠快速高效精準(zhǔn)地滿足轉(zhuǎn)動和移動同時進(jìn)行的要求，并且移動和轉(zhuǎn)動獨立進(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、易于實現(xiàn)。

2 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)移動復(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，齒輪7通過電機(jī)驅(qū)動并與立軸上的齒條嚙合，用于帶動主軸做軸向移動。齒輪4由主動齒輪6驅(qū)動并通過導(dǎo)向平鍵3與立軸1連接，從而帶動主軸做周向轉(zhuǎn)動；軸承2和軸承5用于支承立軸且與立軸之間能夠相對滑動與轉(zhuǎn)動。

3 零部件設(shè)計與選型

零部件的設(shè)計及選型主要解決以下幾個關(guān)鍵性問題。

3.1 立軸設(shè)計

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)動和進(jìn)給運動，因此立軸1應(yīng)能夠做相互獨立的轉(zhuǎn)動和移動，是鉆床中轉(zhuǎn)動移動復(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)，實現(xiàn)立軸1的轉(zhuǎn)動。立軸1上還加工有齒條，通過齒輪7與齒條的嚙合可以實現(xiàn)立軸1的移動。立軸上的齒條設(shè)計為圓周形齒條，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，但其實完全不同；蝸桿結(jié)構(gòu)為一個或幾個齒繞軸呈螺旋狀，圓周形齒條卻是每個齒都繞軸一周且沿軸等間距排列；之所以如此設(shè)計，第一是使立軸1在齒輪7帶動下能夠軸向移動，第二是不對立軸1的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生干涉。立軸上導(dǎo)向平鍵的作用則是，在帶動立軸轉(zhuǎn)動的同時，對立軸的移動不產(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)動又要移動，因此，支承立軸1的部件應(yīng)該能夠同時滿足立軸轉(zhuǎn)動和移動精準(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，不允許軸做移動或者僅允許做微量移動，因此不能作為此處軸的支承[2-3]。通過查閱材料，最終選擇滑動旋轉(zhuǎn)襯套作為立軸1的支承。滑動旋轉(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)入的是各個獨立分離的孔，因此，不僅可以使被支承立軸暢通無阻地做直線運動，也允許立軸精準(zhǔn)無摩擦地做旋轉(zhuǎn)運動且精度高、剛性好。

3.3 輪選型

齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點是：工作可靠，壽命長，傳動比精確，傳動效率高，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，完全因為其結(jié)構(gòu)特點，人字形齒輪是一種輪齒沿兩條對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斜齒輪所組成[5]。人字齒輪的結(jié)構(gòu)，使得主從動齒輪不可能做軸向的相對移動。立軸1在工作過程中有相對于齒輪4的移動，為避免齒輪4受立軸1影響而產(chǎn)生相對于齒輪6的軸向移動，齒輪4和齒輪6均選用人字齒輪。由于立軸1采用滑動旋轉(zhuǎn)襯套游動支承，人字齒輪傳動不會發(fā)生干涉。

立軸1工作過程中還有繞軸的轉(zhuǎn)動，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不因為立軸1的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生移動。

4 結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

2007.

[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]吳宗澤，劉瑩.機(jī)械設(shè)計教程[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。