搖臂鉆床升降裝置的改進
2016-8-18 來源：河南科技大學機電工程學院 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問題。在分析搖臂鉆床原有變速傳動系統和手動升降機構的基礎上，提出一種利用原有變速箱的動力源和部分傳動件、僅在變速箱內增加若干齒輪實現搖臂機自動升降的方案。通過傳動分析與計算，確定了所增加齒輪的結構和參數，繪制了改進后的升降裝置裝配圖。
關鍵詞：搖臂鉆床；升降裝置；傳動系統；改進
搖臂鉆床因其搖臂既可繞立柱回轉．還可沿立柱上下移動，主軸箱可沿搖臂徑向移動，故其適應性強，廣泛應用于單件和中小批生產中，加工體積和質量較大的工件的孑L。調查發現：一些企業中有一些老型號的搖臂鉆床。因其機械傳動系統或電氣控制系統存在一些問題，導致操作不便，有時還會發生傷人事故，從而被擱置不用。為了挖掘現有設備潛力，有必要對這些設備進行改造，使它們能夠繼續為企業效力。
例如，有一臺搖臂鉆床，其變速箱與手動升降傳動系統如圖1所示，其中搖臂升降是靠手動實現的，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，盡管傳動比較小，但因機床機架較重，升降相當費勁。為了省力，采用加長手柄。當拖板接近變速箱時，進給手柄與升降手柄容易相撞，易導致操作工人受傷。
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行改進。有人建議在絲桿的端部裝上一部小型電動機和減速箱直接帶動絲桿轉動，通過固定在變速箱體上的螺母實現自動升降。這種自動升降系統固然不錯，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構，本著盡量利用機床原有傳動件的原則，直接利用機床原有電動機作為動力源。在變速箱主運動傳動系統中增加若干齒輪，把動力傳到升降螺母上，使螺母轉動，從而實現自動升降。
2、改造后的搖臂鉆床變速箱升降傳動系統
改造后的升降傳動系統圖如圖2所示。其首末兩端件為：電動機一絲杠螺母。
傳動路線表達式為：電動機一軸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圖
為便于制造。錐齒輪軸Ⅳ的大部分結構參數仍與原來升降系統中的錐齒輪軸相同。只是將其末端的方頭結構改為圓柱狀帶平鍵槽的結構，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動的錐齒輪Z．．位置的限制。其箱體孔較接近箱體孔內壁。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，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上裝上一個雙聯齒輪(齒數z，、忍待定)，以便把花鍵軸Ⅱ的動力傳到錐齒輪軸Ⅳ上。這種結構配置有利于減少傳動齒輪的數量和分度圓直徑，使結構緊湊。
3、傳動比、各軸轉速、功率及轉矩的計算
為提高工作效率，要求變速箱升降速度為800mm／min。已知：電動機的轉速／'t由=1 400 r／rain，功率P=1．5 kW，軸I上的齒輪齒數Z。=18，花鍵軸Ⅱ上固定齒輪的齒數厶=55，四聯滑移齒輪的齒數依次分別為z，=59、z。=66、zs=48和Z。=28，原有絲桿的螺距P=6 mm．帶動螺母及絲桿運動的錐齒輪齒數Z¨=36，軸Ⅳ的錐齒輪Z，。=20。設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的轉速應為：
nⅣ=nv xiv。Ⅳ=(800／6)x36／20=240 r／min
為便于制造和裝配，取雙聯齒輪z，、z8和齒輪互的模數均為2 toni，和原有變速箱中圓柱齒輪的模數相同。其齒數初步定為：雙聯齒輪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，可知變速箱的實際升降速度為：
136．11 x6=816．66 mm／min
進一步可以計算各傳動軸的扭矩，進而去校核原有傳動軸和確定新增傳動軸的直徑(計算過程略)。
4、改造后的變速箱升降傳動結構圖
圖3所示為改進后的變速箱升降傳動結構展開圖。其中花鍵軸6上的齒輪5和四聯滑移齒輪7都是原機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。但并未影響原機床各部分結構和外觀。
圖3改進后的搖臂鉆床升降傳動裝置
5、結束語
探討了如何把某搖臂鉆床的手動升降裝置改進成機動升降裝置的問題。遵循節約、實用的原則，在不影響原機床各部分結構和外觀的前提下，利用變速箱原有的電動機和部分傳動件，并在變速箱的有限空間內增添了一些傳動件，增添的零部件結構簡單、易于制造。
參考文獻：
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