適用于臺式鉆床的轉動移動復合機構設計

丁允賀 李書環 王冉

摘 要：臺式鉆床工作，需要的是互不干涉的轉動和移動，就目前而言，臺式鉆床移動部件和轉動部件相互獨立且可以配合完成鉆孔工作，但結構復雜；本文通過設計一種轉動移動復合機構，保證臺式鉆床能正常工作且結構簡單，易于實現。

關鍵詞：臺式鉆床；復合運動；機構設計

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

1 機構應滿足的條件

轉動移動復合機構應該能夠快速高效精準地滿足轉動和移動同時進行的要求，并且移動和轉動獨立進行不能存在約束[1]，相比于現有鉆床，該機構還應結構簡單、易于實現。

2 機構方案設計

如圖1所示，旋轉移動復合裝置包括立軸1、導向平鍵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通過電機驅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驅動并通過導向平鍵3與立軸1連接，從而帶動主軸做周向轉動；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動。

3 零部件設計與選型

零部件的設計及選型主要解決以下幾個關鍵性問題。

3.1 立軸設計

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動和進給運動，因此立軸1應能夠做相互獨立的轉動和移動，是鉆床中轉動移動復合機構的核心構件。在立軸1上加工鍵槽以安裝導向平鍵3，齒輪4通過導向平鍵3與立軸1聯結，實現立軸1的轉動。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立軸1的移動。立軸上的齒條設計為圓周形齒條，圓周形齒條可以認為是由傳統齒條繞軸線旋轉而成。圓周形齒條看似與蝸桿形狀相似，但其實完全不同；蝸桿結構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的轉動產生干涉。立軸上導向平鍵的作用則是，在帶動立軸轉動的同時，對立軸的移動不產生干涉。為保證工作的可靠性，安裝的導向平鍵長度與圓柱形齒條長度一致。

3.2 軸承選型

立軸1既要轉動又要移動，因此，支承立軸1的部件應該能夠同時滿足立軸轉動和移動精準無摩擦。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，最終選擇滑動旋轉襯套作為立軸1的支承?；瑒有D襯套的結構基本有兩種，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部。鋼球進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，也允許立軸精準無摩擦地做旋轉運動且精度高、剛性好。

3.3 輪選型

齒輪傳動是機械傳動中最重要、應用最廣泛的一種傳動。其主要優點是：工作可靠，壽命長，傳動比精確，傳動效率高，結構緊湊，功率及速度適用范圍廣。而人字形齒輪使用于此，完全因為其結構特點，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]。人字齒輪的結構，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采用滑動旋轉襯套游動支承，人字齒輪傳動不會發生干涉。

立軸1工作過程中還有繞軸的轉動，為避免干涉，齒條與齒輪7均選用直齒，直齒結構簡單，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的轉動而產生移動。

4 結束語

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

參考文獻：

[1]盧秉恒.機械制造技術基礎[M].3版.北京：機械工業出版社，

2007.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]吳宗澤，劉瑩.機械設計教程[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]范順成.機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2007.

[5]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[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，學士在讀，主要從事農業機械方面的學習與研究。