自動制釘機設(shè)計

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1、 機械原理課程設(shè)計說明書 自動制釘機運動方案設(shè)計 目錄 一. 課程設(shè)計任務(wù)書及工作要求……………………………………3 二. 機構(gòu)工作原理……………………………………………………3 三. 功能分解圖，執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖……………………………4 四. 工作循環(huán)圖………………………………………………………9 五. 運動方案的選擇與比較…………………………………………10 六. 機構(gòu)運動簡圖……………………………………………………13 七. 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程………………………………………………13 八. 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖

2、………………………16 九. 程序清單…………………………………………………………17 十. 運動線圖…………………………………………………………21 十一. 凸輪設(shè)計分段圖,輪廓圖,設(shè)計結(jié)果……………………………21 十二. 設(shè)計總結(jié)與心得……………………………………………… 28 十三. 主要參考資料及其編號………………………………………30 一． 課程設(shè)計任務(wù)書及工作要求 圖1.1所示為一鐵釘?shù)耐庥^圖。自動制釘機的功能是將鋼筋等金屬材料自動加工成鐵釘。設(shè)計要求和參數(shù)為： 圖1.1 （1） 鐵釘直徑為1.6～3.4mm； （2） 鐵釘

3、帽直徑是鐵釘直徑的2 倍； （3） 鐵釘長度為 25～80mm； （4） 生產(chǎn)率為 360枚／min； （5） 要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動性能優(yōu)良，噪聲盡量??； （6） 連續(xù)自動生產(chǎn)； （7） 加工質(zhì)量要達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求； （8） 成品鐵釘?shù)男螤钊鐖D1.1。 二．機構(gòu)工作原理 n 制造木工用大大小小的鐵釘是將一卷直徑與鐵釘直徑相等的低碳鋼絲通過下列工藝動作來完成的。 1）校直鋼絲。并按節(jié)拍要求間歇地輸 送到裝夾工位。 2）冷鐓釘帽，在此前夾緊鋼絲。 3）冷擠釘尖。 4）剪斷鋼絲。 圖1.2（a）和1.2（b）分別為

4、冷鐓釘帽和冷擠釘尖的工作原理圖： 圖1.2（a） 圖1.2（b） 三.功能分解圖 執(zhí)行機構(gòu)分解圖 為了實現(xiàn)將金屬卷料加工成鐵釘?shù)目偣δ?，可將總功能分解為如下分功能? （1） 金屬卷料校直功能； （2） 金屬卷料送料功能； （3） 工件夾緊功能； （4） 工件鐓帽功能； （5） 工件冷擠釘尖和切斷功能 功能原理的工藝過程分解 （1）金屬卷料校直，送料功能 采用槽輪機構(gòu)進(jìn)行送料。當(dāng)銷輪連續(xù)轉(zhuǎn)動一周時，槽輪轉(zhuǎn)動1/4周（其送料長度為1/4槽輪周長）；

5、槽輪送料時鋼絲通過視圖左邊的滾子進(jìn)行自動校直。 圖1.4 （2）工件夾緊功能 采用凸輪機構(gòu)進(jìn)行夾緊。其機構(gòu)簡圖如圖1.5所示，通過推桿的往復(fù)運動實現(xiàn)鋼絲的夾緊和放松，夾緊桿的來回運動則由凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。 圖1.5 (3)工件冷鐓功能 采用曲柄滑塊機構(gòu)對鋼絲進(jìn)行冷鐓。其機構(gòu)簡圖如圖1.6所示,連桿與齒輪相連，齒輪轉(zhuǎn)動時帶動滑塊來回往復(fù)運動，從而對鋼絲進(jìn)行冷鐓。

6、 圖1.6 （4）工件冷擠——切斷功能 采用凸輪機構(gòu)。其機構(gòu)簡圖如圖1.7所示。其工件原理和夾緊裝置相似。 圖1.7 系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖如下圖所示 矩陣法創(chuàng)建機械系統(tǒng)運動方案 根據(jù)機械系統(tǒng)運動功能轉(zhuǎn)換功能圖可構(gòu)成下表所示形態(tài)學(xué)矩陣。由表所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出自動制釘機系統(tǒng)運動方案為 N=3 x 3 x 3 x 3 x 3=243 可由給定的條件，各機構(gòu)的相容性，各機構(gòu)的空間布置，

7、類似產(chǎn)品的借鑒和設(shè)計者的經(jīng)驗等，從中選出若干個較為實際可行的方案，然后從選出的若干個方案中用評價方法選出最優(yōu)方案。 功能元 功能元解（匹配機構(gòu)） 1 2 3 減速1 帶傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 送料機構(gòu)的間歇回轉(zhuǎn)運動 棘輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu) 擒縱論機構(gòu) 夾緊桿的往復(fù)移動 曲柄滑塊機構(gòu) 平面凸輪機構(gòu) 空間凸輪機構(gòu) 冷鐓滑塊的往復(fù)直線運動 曲柄滑塊機構(gòu) 平面凸輪機構(gòu) 空間凸輪機構(gòu) 冷擠——切斷桿的往復(fù)移動 曲柄滑塊機構(gòu) 平面凸輪機構(gòu) 空間凸輪機構(gòu) 四．工作循環(huán)圖 如圖1.11所示 圖1.11 五.方案的選擇與比

8、較 方案一　　如圖1.8所示 送料機構(gòu)——槽輪機構(gòu) 夾緊機構(gòu)——凸輪連桿機構(gòu) 冷鐓機構(gòu)——曲柄滑塊機構(gòu) 冷擠（切斷）機構(gòu)——曲柄滑塊機構(gòu) 圖１.８ 點評：本方案能夠?qū)崿F(xiàn)自動制釘機的４個主要動作，但冷鐓機構(gòu)的力要比較大，而對心曲柄滑塊沒有急回運動，故而會影響機器效率。另一個較大的缺陷是傳遞運動較為困難。 方案二　　　如圖１.9所示 送料機構(gòu)——槽輪機構(gòu) 夾緊機構(gòu)——凸輪連桿機構(gòu) 冷鐓機構(gòu)——曲柄滑塊機構(gòu) 冷擠（切斷）機構(gòu)——曲柄滑塊機構(gòu) 圖1.9

9、 點評：此方案與方案一相似，主要運動機構(gòu)與方案一致。與方案一相比，此方案優(yōu)點在于夾緊，冷鐓，冷擠三大運動連接在一起，槽輪通過一個齒輪就可傳遞運動，即傳遞運動方便。但是冷擠上下都要進(jìn)行，上面的運動不好傳遞。 方案三 如圖１.10所示 送料機構(gòu)——槽輪機構(gòu) 夾緊機構(gòu)——凸輪連桿機構(gòu) 冷鐓機構(gòu)——曲柄滑塊機構(gòu) 冷擠機構(gòu)——凸輪連桿機構(gòu) 圖1.10(a)主視圖 圖1.10(b)俯視圖 點評:本方案較前二個方案有較大不同。四大運動中，夾緊，冷鐓，冷擠都在水平

10、面內(nèi)進(jìn)行。通過錐齒輪，將電機的轉(zhuǎn)動傳遞給夾緊，冷鐓，冷擠做運動。另一個槽輪送料機構(gòu)只需通過齒輪就可將運動傳達(dá)。 通過三種方案的優(yōu)缺點的比 對，運動的可靠性，傳遞的穩(wěn)寫性與可行性，設(shè)計的新穎性，我們最終確定了“方案三”為設(shè)計方案。 六．機構(gòu)運動簡圖 如上圖１.１０（a）（b）所示 七．執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程 1.連桿機構(gòu) 冷鐓過程中，采用了曲柄滑塊機構(gòu)。根據(jù)要求, 其移動、擺動的行程為25mm。因為冷鐓過程的時間要根據(jù)送料，夾緊等過程來分配，故應(yīng)采取偏置的曲柄滑塊。根據(jù)圖1.11所示，可推算出曲柄滑塊來回運動時間，從而可以算出行程速比系數(shù)K。K=t1:t2， K=1.4。，所以θ

11、=30度。取e=5mm，確定A點。此機構(gòu)的最大壓力角為33度,滿足實際要求。故A點可取 量取AC1=31.87,AC2=8.34，AB+BC=AC1，BC-AB=AC2。 1. 由AC1與AC2的距離可求出曲柄AB與連桿BC的長度。AB=11.765, BC=20.105 2．夾緊凸輪 夾緊機構(gòu)采用了對心滾子凸輪。夾緊凸輪的運動行程應(yīng)根據(jù)鋼絲的直徑來設(shè)計。鋼絲的直徑為1.6～3.4mm。由于此機構(gòu)在水平面內(nèi)工作，回程時需要靠彈簧力使其回程。為使凸輪運動平穩(wěn)，可使凸輪推程較小，能夠?qū)崿F(xiàn)夾緊功能即可。故取基圓半徑為R=80mm，升程為8mm。 3.冷擠（切斷）凸輪 為了

12、確保凸輪運動平穩(wěn)，冷擠力較大，可取基圓半徑為R=60mm,升程為4mm。 4.電動機的選擇 本機構(gòu)要求生產(chǎn)率為360枚/MIN，即與曲柄焊接的齒輪轉(zhuǎn)速為360R/MIN。所以選擇電機的轉(zhuǎn)速為1440R/MIN。由于電機轉(zhuǎn)速較大，需要先減速，一般采用帶傳動來減速。飛輪1與飛輪2的半徑比為R1:R2 =1:4. 如表1.12所示 型號 功率/kw 電流/A 轉(zhuǎn)速 /（r/min） 效率 /% 功率因數(shù) cosφ 額定轉(zhuǎn)矩 額定電力 最大額定轉(zhuǎn)矩 Y90L-4 4 8.8 1440 84.5 0.82 2.2 7.0 2.2 表1.12

13、 5.齒輪的選擇 由于冷鐓，送料的周期相等，故齒輪4與齒輪6必須選擇相同。從電機傳遞到飛輪2的轉(zhuǎn)速為360R/MIN，要求生產(chǎn)率為360R/MIN，故 齒輪3與齒輪4，6規(guī)格也一樣。齒輪5是連接4與6的，考慮到實際工程，齒輪5應(yīng)取大些.故幾個齒輪參數(shù)如表1.13所示 模數(shù)（mm） 壓力角（。） 齒數(shù) 直徑（mm） 齒輪3 4 20 24 96 齒輪4 4 20 24 96 齒輪5 4 20 40 160 齒輪6 4 20 24 96 表1.13 6.槽輪半徑的選擇 本機構(gòu)中，槽輪是用來間歇傳送鋼絲的，槽輪每轉(zhuǎn)動90次度，送料一次。本機構(gòu)制造鐵釘長為70mm，冷鐓時會擠壓一些鋼絲，故每次送料為75mm。即槽輪1/4弧長為75mm。利用弧長與圓心角的關(guān)系，可求得R7=48mm。 16