范文一:行星轮转轴方孔钻头的设计_邱林宾
行 星 轮 转轴 方 孔钻 头 的设计
邱林宾 , 汪 晖 , 白佳宾 , 范 云
(北京科技大学 机械工程学院, 北京 100083)
来稿日期:2015-02-17
基金项目:国家高技术研究发展计划 (2011AA060404) 作者简介:邱林宾, (1989-) , 男, 福建人, 硕士研究生, 工程师, 主要研究方向:地下金属矿开发机械设备设计等
1引言
在机械结构中有大量需要加工方孔的零件,方孔在各种实 际机械工程应用中有无可替代的作用, 它有传递扭矩大 、 导向性 好等特点 [1]。 但在工程材料上加工方孔, 相对于圆孔来说是一个比 较复杂的过程, 尤其是加工一个不通的方孔, 更是费时费工 。
目前在国内外加工方孔普遍使用的方法主要有以下几种:(一 ) 直接加工法:首先要加工出圆孔再锉成方孔或其他方式, 孔 的位置与规定要求易产生偏移或歪斜 。 (二 ) 线切割加工法:采用 电火花切割机床加工方孔, 尽管生产效率比直接加工高, 但是加 工表面粗糙度达不到要求, 也不便于大批量生产 。 (三 ) 冲方加工:利用安装在压力机上的冲方磨具进行加工,但是由于材料限制, 并不是所有材料都能采用此方法 [2-5]。
行星轮转轴方孔钻头基于莱洛三角形在等宽正三角形中的 运动原理, 结合行星轮运动轨迹设计, 使其能够方便 、
经济地加工 所需方孔 。 同时, 设计的方孔钻头是基于普通钻床尺寸, 能够安装 在普通钻床平台上, 使用者不用另外购买动力设备 。
2数学模型建立
2.1莱洛三角形在等宽正方形中转动的运动特点
莱洛三角形又叫圆弧三角形,宽度为 a 的莱罗三角形是指 一正三角形的边长 a 所做的圆弧三角形,
他与直径是 a 的圆有相 同的宽度 。 将它放在一个边长为 a 的正方形内旋转时, 与正方形的 每条边都有且只有一个公共点, 且两对边的公共点的连线是相互 垂直的 [6]。
当莱洛三角形在等宽正方形中转动时其上始终有四点与等宽 正方形相接 (切 ) 并构成一对相互垂直的直线; 同时, 等宽正方形边 长是圆弧半径的跟号 3倍, 即 a =姨 r 。 公转角速度 w 2等于三倍 自转角速度 w 1[7-9]。 莱洛三角形在其等宽正方形中的运动过程, 如 图 1所示 。
摘 要:机 械结 构 中 有 大 量 需 要 加 工 方 孔 结 构 的 零 件 , 方 孔 在 机 械 应 用 中 具 有 无 可 替代 的作用 。 方 孔 相对 于 圆孔来说加
工工 艺复杂 得 多 , 现 有 方 孔 工 艺 方法 难以 高 效 简单地加 工 。 根 据 莱洛三角 形 在一边 长 为其 宽 度的 正方 形内转 动 时 , 任何 时 候都 有四 个 点与 正方 形的四 条 边 接触 且 接触 点的 位 置不 断 改 变 原理, 通过 分析计 算 莱洛三角 形 在等 宽 正方 形 中 转 动 时中 心 点的 运 动 轨迹 , 利用理 想圆 合 理 替换 中 心轨迹圆 , 设计 出 可 行 的 钻杆传 动 机 构 , 并 应 用 ADMAS 软件进行模 型分析 钻 头 运 动 轨迹 , 证 实 机 械结 构 可 行 , 并 应 用 实验验 证 。 结 果表明 :依据 莱洛三角 形特 性 原理设计的 行 星 轮 方 孔钻 头能 够 有 效 的 钻 出方 孔 , 设计 方法 对 方 孔钻 头 之 后 的设计 改 进 具 有 指 导 意 义 。 关键词:钻头; 莱洛三角形; 行星轮; 轨迹运动 中图分类号:TH16; P634.4
文献标识码:A
文章编号:1001-3997(2015) 09-0111-03
Design on Square Hole Drill Based on Planetary Gear
QIU Lin-bin , WANG Hui , BAI Jia-bin , FAN Yun
(School of Mechanical Engineering , University of Science and Technology Beijing , Beijing 100083, China )
Abstract :A lot of square hole is applied on mechanical structure and square hole is an indispensable role in mechanical field. Machining process of square hole relative to the hole is much more complex and difficult to process efficiently. At any time there are four points contacting with the four sides of the square and the location of the contacting points are continuously changing when a Lelo triangle is revolving inside a square. Analyzing the motion trajectory of Lelo triangle in the square center , the motion trajectory is replaced by the ideal circular reasonably and the transmission mechanism is designed. The motion trajectory of transmission mechanism proved by ADMAS software and experiment is feasible. The results show that the square hole based on planetary gear is not only effective ,
but the design method is also significance for design improvements. Key Words :Square Hole Drill ; Lelo Triangle ; Planetary Gear ; Motion Trajectory
Machinery Design &Manufacture
机 械 设计与 制造
第 9期
2015年 9月
111
A
d
o
a
B
b
c C
d
A
o
a
b
B
12
C C
d
d
c
c
c
C o
o
a
A
B b
3
4
A a
b
B 图 1莱洛三角形在等宽正方形中的运动过程
Fig.1Motion Trajectory of Lelo Triangle in the Square
2.2莱洛三角形在等宽正方形中转动的中心轨迹计算
根据在等宽正方形中建立数学模型计算莱洛三角形中心点 运动轨迹曲线 [8-9]
为:
第一象限轨迹:x +1姨 姨 姨 r
2
+2y -姨 x +姨 -a
姨 姨 姨 姨
2
=r 2
(1)
第二象限轨迹:
-x +1姨 姨 姨 r 2
+2y +姨 x +姨 -a
姨 姨 姨
姨 2
=r 2
(2)
第三象限轨迹:
x +1姨 姨 姨 r 2
+-2y -姨 x +姨 -a 姨
姨 姨
姨
2
=r 2
(3)
第四象限轨迹:
-x +1姨 姨
姨 r
2+-2y +姨 x +姨 -a
姨 姨 姨
姨
2=r 2
(4)
对于形如:a (x-d ) 2
+b (x-d ) (y-e ) +c(y-e ) 2
=f 2
的二次曲线的 方程:(1) 当 f ≠ 0, b 2-4ac >0时, 双曲线 。 (2) 当 f ≠ 0, b 2-4ac =0时, 两条平行直线 。 (3) 当 f ≠ 0, b 2-4ac <0, a="">0时, 椭圆 。 (4) 当 f ≠ 0, b 2-4ac >0, a >0时, 虚椭圆 (实平面上无图像 ) 。 选取方程 (1) 其 b 2=4ac<0, 所以,="" 当="" r="" ≠="" 0时,="" 它是一个椭圆;="" 当="" r="0时," 则退缩为一点="">0,>
椭圆图形, 如图 2所示 。 这个椭圆当 r =0(绿色 ) , r =姨 蓝 色 ) , r =2(红色 ) 时的图像 。
y o
x
图 2椭圆图形 Fig.2Diagram of Ellipse
当 r =2时, 轨迹所在的四个椭圆方程的曲线, 如图 3所示 。 按照轨迹所在的区间范围可裁截得完整轨迹, 即上图四个椭圆的 包络部分 。 在指定区间内作图, 如图 4所示 。 对第一象限轨迹曲线 特点分析, 在所选取的曲线上均匀取 13个点, 横 、 纵坐标分别为
x 、 y 各点到原点距离为 d i , 各点到原点的平均距离 d H (r 为 2个单 位长度 ) 。 各点的原点距离与距离平均的差 d i -d H 。 将计算所得平 均值 d h 设为第 14点,
最大值 d m 设为第 15点, 最小值 d min 设为第 16点 。 分别以所选点的序数为横坐标 、 各点到原点的距离为纵坐
标作 d-i 图,
如图 5所示 。 容易看出:在曲线上所选取的 13个点 到原点的距离全部在区间 [0.268, 0.283]之内,且在平均值 0.27594±0.0065之内 。 这一相差范围很小, 所以半径 R H =dH 的理 想圆代替实际轨迹符合工程上对钻孔的精度要求 。
4(-x +433/250) 2+4(-y +433/250) 2
-4=0
6
420
-2-4-6
y
x
-6-4-2
0246
图 3四个象限椭圆轨迹
Fig.3Elliptical Oribit in Four Equadrant
转轴中心轨迹
y 5
432
10-1
-2-3-4-5
x
-5-4-3-2-10
123
4
5
图 4转轴中心运动轨迹
Fig.4Center Trajectory of Lelo Triangle
d
d max
d H
d min 距 离 d 0.2840.2820.2800.2780.2760.2740.2720.2700.268
点数
2
4
68
10
12
14图 5中心点到各轨迹点距离图
Fig.5Distance Between Center and Trajectory
3钻头机械结构设计
由上节推倒可知可以采用一个理想圆形代替钻杆中心的实际 轨迹 。 考虑到钻杆转动时既有自转又同时存在绕对应等宽正方形中 心的公转, 试采用行星齿轮机构实现这一运动 。 钻杆运动过程中其
第 9期
邱林宾 等:行 星 轮 转轴 方 孔钻 头 的设计
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中心轨迹存在钻杆公转角速度 w 2等于三倍自转角速度 w 1的运动 关系 。 若用圆代替钻杆中心运动轨迹时, 这一运动关系可采用一对 分度圆直径比为 4:
3的内啮合圆柱直齿轮实现, 传动简图, 如图 6所示 。 以美国 MSC 公司的机械系统仿真软件 ADAMS 为平台, 建 立行星轮转轴方孔钻头模型, 对其运动进行分析 [10]。 根据实际的 运动学关系建立行星轮转轴及转子的二维几何模型, 并进行虚拟 装配从而分析其钻头模型的运动学特点, 如图 7所示 。 令行星架 (转轴 ) 匀速转动, 行星齿轮相对地角速度 w =10°/s, 与行星架的角速 度 w =-30°/s成 1:3的关系 。 即转子中心自转 、 公转角速度的 1:3关 系 。 当行星架 (转轴 ) 匀速旋转时, 莱洛三角形截面钻杆会占据一个 正方形面域 。 四边会有一定圆角,
利用 ADAMS 数据导出功能, 导 出圆角各点坐标并绘出圆角曲线, 如图 8所示 。
图 6钻杆传动设计简图
Fig.6
Actuating
Mechanism of Drill
Rod
图 7钻头设计结构图
Fig.7Structural Design of Drill Bit
钻孔边缘线
3020100-10-20-30
-30
-20
-10
10
20
30
图 8钻孔边缘曲线图 Fig.8Edge Curve of Drill Hole
4实验验证
将行星轮转轴方孔钻头直接安装在车床上车物料,钻头装 配, 如图 9所示 。 实验过程中, 能够钻成合适的方孔, 满足一般工 件的初加工过程 。 使用时为提高效率, 可先在工件需要加工方孔
的部位用普通麻花钻钻直径小于方孔边长的圆孔, 再用方孔钻头 钻出方孔 。
钻孔边缘在倒圆范围之内不用在加工 。 若超出倒圆范 围则可用拉刀拉削, 以达到工艺要求 。
图 9钻头装配图
Fig.9Motion Trajectory of Lelo Triangle in the Square
5结论
(1) 通过分析莱洛三角形在等宽正方形中的运动过程, 可以得 出可用理想圆代替莱洛三角形中点在等宽正方形中的运动轨迹 。 (2) 分析所得理想圆设计了钻杆传动机构, 运用实际的运动学关系 建立行星轮转轴及转子的二维几何模型, 在 ADMAS 中装配分析钻 头运动特点, 得到符合条件的钻孔边缘曲线 。 (3) 实验过程中能够加 工出合适的方孔, 满足一般工件加工要求, 且钻头能够直接安装在
钻床上 。 要求精确加工的工件需要进一步加工, 节省了整体加工时 间 。 实验结果对方孔钻头的进一步设计具有指导意义和参考价值 。
参考文献
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机 械 设计与 制造 No.9
Sept.2015
113
范文二:空心钻头原理
上海唐闵机电设备有限公司
上海唐闵机电设备有限公司主要代理日本优尼卡空心钻头,钢轨钻头,和各种进口磁力钻吸铁钻!
硬质合金 空心钻头
空心钻头种类
高速钢空心钻头
通用柄(日东柄)
空心钻头柄型 直角柄
泛音柄
上海唐闵机电设备有限公司
空心钻头有叫钢轨钻头,取芯钻头,钢板钻头,铁板钻头,磁力钻钻头,开孔器
削切深度: 35MM、50MM或100mm;
规格: 12MM至100MM;钻头
主要材质有高速钢类;粉末冶金类;硬质合金类。
适合电动机:磁力钻/磁座钻/钻床/车床/铣床,种类、规格齐全,适用于各种品牌的进口磁座钻(磁力钻)及通用钻床、铣床、镗床等。
上海唐闵机电设备有限公司
该产品与进口磁座钻配套使用,钻孔效率是普通钻头的 8~10倍。
取孔深度:35mm 直径范围:φ12-35mm
取孔深度:50mm 直径范围:φ18-59mm
取孔深度:50mm 直径范围:φ60-130mm
取孔深度:75mm 直径范围:φ18-59mm
取孔深度:75mm 直径范围:φ60-130mm
上海唐闵机电设备有限公司
上海唐闵机电设备有限公司
FE100R/L磁力钻详细介绍:
取芯钻孔:∮12-100mm
麻花钻孔:∮3-32
过渡套:莫氏3号
切削深度:100mm
攻牙:M6—M36mm
行程:255mm
功率:1800W
空载转速:1档40--140转/分
2档120--480转/分
电压:220V
磁座吸力:35000N
重量:27kg
随机配件:
工具箱1个
冷却液喷筒1个
安全索1个
中心针头1根
扳手1个
上海唐闵机电设备有限公司
范文三:pcb钻头原理
pcb 钻头原理
pcb 钻头属于切削行为的一种,因此原理与一般切削大致相同;一般而言,有二个运算公式在钻孔 上广泛地被运用到:
1. R . P . M=(S.F.M*12) /π*D钻头转速 =表面切削速度 *12/π*D
2. I . P . M=R.P.M*Chipload 进刀速度 =钻头转速 *进刀量
首先介绍上述二个公式的各个单位 :
⑴ R.P.M=钻针旋转速度,转 /分,即每分钟有几转(Revolution Per Minute) 。
⑵ S.F.M=表面切削速度,尺 /分,即每分钟钻针上的刀口在板子表面上切削距离或长度(Surface Feet Per Minute) 。 Feet 脚 ( foot的名词复数 )
⑶ D :钻头直径(Diameter ) 。
⑷ I.P.M :进刀速度, 寸 /分, 每分钟进刀深度有多少寸 (Inch Per Minute) 。 Inch :英寸 (相当于 2.54 厘米,一英尺有 12英寸) ;缓慢移动,使缓慢地移动,渐进的
⑸ Chipload :进刀量, ㏕ /转, 每转一周进刀深度有多少㏕, 与此简单介绍 R.P.M=(S.F.M*12) /π*D 公式之来源。小片 /芯片加载
在钻孔作业中, 转速与进刀速的搭配对孔壁质量有决定的因素, 至影响到钻头的使用寿命与钻轴 spindle (纺缍)的使用寿命,因此如何找出转速与进刀速的最佳搭配条件,实为钻孔室一大责任。
一般而言,从孔壁的切片情况,可约略看出转速与进刀速搭配的好与坏,尚若二者搭配不好,则 孔壁就会产生孔壁粗糙(roughness ) , 胶渣(smear ) 、毛头(burr )钉头(nailhead )但有些工厂没有 孔壁切片的设备,对钻孔条件之设定是否适当?在此提供一些简易断别方式:
⑴可从钻头转速及进刀量之条件概略判断钻孔时温度的升降情况, 一般言之, 当钻头转速 (转速) 增加时,所增加的动能会使钻头中与孔壁所摩擦产生的热也随之增加,又当进刀量(进刀速度)减低 使也因钻头停留在孔壁中的时间增多(积热是胶渣形成的主要因素)
⑵可从钻头的磨耗情况来判断所使用的钻头转速及进刀量是否恰当:
(a )若磨尖 WEB 之实体部份有过份磨耗时,就表示所采用的进刀量太高了。
(b )若由钻头检验器发现钻头刃唇(cutting lip )过份磨耗,则表示所采用的钻头转速太高通常 一般建议所采用的条件如下:
对双面板,表面切削速度约在 500至 600之间。
对多层板,表面切削速度约控制 550至 600之间。
而进刀量则设定在 2㏕ /rev至 4㏕ /rev之间。
当然从量产观点视之, 较高的 Chipolad 是可以增加量产的, 但对钻头使用寿命欲需冒险试之, 一 但断了钻头反而使钻头成本增加;另外,对大钻头而言,太高的 Chipolad 对钻孔机的钻轴 spindle 之 Trust End plate也会造成磨耗导致 spinle 常需送修。
因此,为求得良好的孔壁质量,降低钻头耗用成本,延长钻孔机寿命,必须投入很大的心力去研 究钻孔条件的设定。
范文四:可以用圆形的钻头钻出方孔吗 莱洛三角形
可以用圆形的钻头钻出方孔吗 莱洛三
角形
话题:莱洛三角形 钻头
我们听说(WwWBb.neT,过给左撇子使用的大扳手,也听说过用兽皮衬边的浴缸或生铁铸出来的香蕉等等。大家都以为这些都是瞎扯,不可置信,谁又会想到接着而来的是可以转方孔的钻头呢,这种钻头当然是存在的,其早在90年前就由在美国的英国工程师瓦特发明了,上面这段就是这种钻头的广告。这个奇妙的发明应用了定宽曲线的1个的基本性质。所谓定宽曲线,指对于1个封闭的闭曲线,如果用任意两条平行线去夹逼,平行线的距离为定值。很明显,圆就是1种最简单的定宽曲线。不过,圆形的钻头一次只能钻出圆洞来,要发挥定宽曲线的奇妙特性就得使用非圆形的曲线。非圆定宽曲线中最简单的1种就是莱洛三角形。以等边三角形的3个顶点为圆心,边长为半径,在顶点的对边画弧,就得到莱洛三角形。莱洛三角形的等宽性质很容易证明,其宽度等于构造等边三角形的边长。当莱洛三角形在边长为其宽
度的正方形内旋转时,每1个角走过的轨迹基本上就是1个正方形,只是四角有点小弧度,不过对于一般应该来说,已经是够好的啦。要注意到莱洛三角形在正方形内旋转时,其中心不是固定不变的,而是近似1个圆形。用它做钻头时要充分注意这一点,固定的旋转半径可只能给出1个圆洞。定宽曲线还可以用作轮子,2个看似不圆的轮子上,其实是相当平稳的。马自达的转子发动机也是这个原理,因为莱洛三角形是定宽曲线中面积最小的。除了机械应用,真实环境下,英镑的硬币也是定宽曲线有趣的例子:这个例子告诉我们什么呢,一、别轻易说不可能,抱着质疑的态度去考证吧~生活中的一些常识与经验,经常是禁锢我们思维的障碍,钢比水沉,万吨巨轮却能在海中航行,飞机能在天上飞翔,如果仅凭经验就断定:这不可能~结果可能就会很囧。当然,对一些灵异的事件,我们一定要去考证,任何1种现象后面必然有相应的物理原理作为支撑,没有某个人会突破基本的物理定律。像道长李一在水下闭气2个小时这样的说法,我看了13年前他在某电视台做的节目(网上有),那是1个相当的假,可是有人却相信,因为他们不去认真考证,同时也忘记了1个简单的道理:是骗子,必然有帮凶。做节目那帮人,个个是骗子的帮凶。二、圆的最后变成方的,黑的变成白的,硬的变成软的,这些都可以实现、改变,没有绝对的、一成不变的东西。矛盾再尖锐,也有化解的办法。再举个小例子:
双截棍,周杰伦耍的那个,就是1种既硬又软的武器,硬,保证了其击打时的力量,软,是指因为它中间有关节,使其击打的方向能够任意变化,达到了让对手防不胜防的目的——只需加1个关节,就能让棍子既硬又软,我们的老祖宗真的很聪明~三、看起来复杂的机械与工程问题,其原理很简单,就是中学水平的物理及数学知识。创造与发明没什么难的,只要你把自己的知识有效的组织起来~
范文五:牙轮钻头的工作原理
牙轮钻头的工作原理
在运用牙轮钻头钻进时,钻头上接受的钻压经牙轮效果在岩石上。除此静载外还有一冲击载荷,这是因为钻头的纵向震动发生的。在牙轮滚动进程中,当单齿着地时,轮轴心在o点,滚动双齿着地时,轮轴心降至Q。然后又滚向单齿着地,如斯替换变换,钻头随牙轮轴心凹凸的位移而发生来去活动。
设牙轮钻头外排齿圈齿数为z,则纵振频率F、纵振周期T辨别为钻头上下来去一次为一周期,由单齿着地和双齿着地之间所消耗的工夫为牙轮与岩石接触的工夫,它必需大于破裂岩石所需求的工夫才干进步破裂效率。
设牙轮轴线与程度面的夹角为a,牙轮半径为R,一单齿着地时为研讨起点,经由工夫,当牙轮经由D角后,轮心挪动到O点,此时钻头的纵向位移。当到达最大值,最大纵向位移即振幅与牙轮半径成正比,与齿数成反比。纵振速则可表达。
可见,牙轮的半径越大,转速越高,齿数越少,则冲击速度越大。牙轮钻头的牙轮破裂岩石时,不只依托静钻压,还依托钻头纵向震动而使牙齿以最大速度冲向岩石所发生的冲击载荷。
本文转载自廊坊百威钻具制造有限公司:http://www.longwaydrill.net
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