自动制钉机机械原理专业课程设计.doc

机械原理课程设计

题目名称
自动制钉机
专业班级
15机制（专升本）
学生姓名
刘备
学 号

指导老师
诸葛亮

机械和电子工程系

二○一六年 六月 十六日

目录

一、机械原理课程设计任务书 3
二、设计内容 4
1.依据工艺动作要求确定运动示意图 4
2．各机构选型设计 5
2.1选型设计 5
2.2自动制钉机功效分解 6
2.3系统运动转换功效图 9
3.方案比较 9
4.实施机构设计过程 12
4.1.连杆机构 13
4.2夹紧凸轮 13
4.3冷挤（切断）凸轮 13
4.4齿轮选择 14
4.5槽轮半径选择 14
4.6电动机选择 14
5.运动方案选择 15
6.运动循环图 16
总结 17
参考文件 18

一、机械原理课程设计任务书
专业　 15机制（升本） 学号 XXXXXXXXXX　姓名 刘备

设计题目：自动制钉机设计
一、设计题目
制造木工用大大小小铁钉是将一卷直径和铁钉直径相等低碳钢丝经过下列工艺动作来完成。
1）校直钢丝。并按节拍要求间歇地输送到装夹工位。
2）冷镦钉帽，在以前夹紧钢丝。
3）冷挤钉尖。
4）剪断钢丝。
二、原始数据及设计要求：
1）铁钉直径Φ1.6—Φ3.4mm。
2）铁钉长度25—80mm。
3）生产率360枚/min。
4）最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N。
5）冷镦滑块质量8kg，其它构件质量和转动惯量不计。
6）要求结构紧凑，传动性能优良，噪声尽可能减小
三、设计任务
1）按工艺动作要求确定运动循环图。
2）进行送丝校直机构、冷镦钉帽机构、冷挤钉尖机构、剪断钢丝机构选型。
3）机械运动方案评价和选择。
4）按选定电动机和实施机构运动参数确定机械传动方案。
5）设计飞轮和确定电动机型号。
6）画出机械运动方案简图。
7）按蚌埠学院相关格式要求编写设计说明书
二、设计内容
1.依据工艺动作要求确定运动示意图
送丝校直机构（1）：首先送丝和校直动作要协调，又要使送丝有间隙性，所以我们选择了槽轮机构带动滚轮完成间歇送丝运动，并经过摩擦轮初步校直。另外我们槽轮没有直接接到摩擦轮，而是接到齿轮，能够经过齿轮一套替换能够实现不一样传动比，从而使摩擦轮转速可调，使送丝长度能够改变，所以可调整钉子长度，愈加好满足设计要求。
夹紧机构（2）：因为要在送丝后夹紧一段时间来实现其它工序，所以采取凸轮，利用其远休段夹紧铁丝一段时间来保障其它工序。即使机构尺寸设计比较复杂，不过传动平稳性较高，运行可靠。
冷镦钉帽机构（3）：采取曲柄滑块机构实现直线往复功效，制造和结构相对简单，含有急回特征，能提升生产效率。
冷挤钉尖机构（4）：为提升生产率，将冷镦和冷挤同时进行，所以该机构和冷镦机构含有相同运动规律，同时为简化设计工作量和降低加工生产该机构所须生产设备，时间准备，可设计将冷镦和冷挤使用同种曲柄滑块机构，只是装配位置不一样而已。
剪断钢丝机构（5）：采取曲柄滑块机构，运动规律和冷镦和冷挤相同，只不过是在冷挤过后实现剪切，也可使用和冷镦和冷挤相同曲柄滑块机构，只是起始状态和装配位置不一样。
图3所表示为该方案运动示意图。

2．各机构选型设计
2.1选型设计
制造木工用大大小小铁钉是将一卷直径和铁钉直径相等低碳钢丝经过下列工艺动作来完成。
1）送丝校直机构：并按节拍要求间歇地输送到装夹工位。
2）冷镦钉帽：在以前夹紧钢丝。
3）冷挤钉尖
4）剪断钢丝
图1.2（a）和1.2（b）分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖工作原理图：
图1.2（a）

图1.2（b）
2.2自动制钉机功效分解
自动制钉机要依次完成送丝校直，夹紧，剪断，冷挤，冷镦五个动作。图1所表示为自动制钉机树状功效
图

送丝校直 槽轮间隙运动

夹紧 凸轮直杆机构循环运动
自动制钉机功效分解

剪断 曲柄滑块机构往复运动

冷挤 曲柄滑块机构往复运动

冷镦 曲柄滑块机构往复运动

图1自动制钉机树状功效图

（1）金属卷料校直，送料功效 采取槽轮机构进行送料。当销轮连续转动一周时，槽轮转动1/4周（其送料长度为1/4槽轮周长）；槽轮送料时钢丝经过视图左边滚子进行自动校直。
图1.4
（2）工件夹紧功效 采取凸轮机构进行夹紧。其机构简图图1.5所表示，经过推杆往复运动实现钢丝夹紧和放松，夹紧杆往返运动则由凸轮连续转动来实现。
图1.5
(3)工件冷镦功效 采取曲柄滑块机构对钢丝进行冷镦。其机构简图图1.6所表示,连杆和齿轮相连，齿轮转动时带动滑块往返往复运动，从而对钢丝进行冷镦。
图1.6
（4）工件冷挤——切断功效 采取凸轮机构。其机构简图图1.7所表示。其工件原理和夹紧装置相同。
图1.7
2.3系统运动转换功效图
依据实施构件运动形式，绘制机械系统运动转换功效图以下图所表示

图1.11
3.方案比较
方案一、图1.8所表示
送料机构——槽轮机构
夹紧机构——凸轮连杆机构
冷镦机构——曲柄滑块机构
冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构

图１.８
点评：本方案能够实现自动制钉机４个关键动作，但冷镦机构力要比较大，而对心曲柄滑块没有急回运动，故而会影响机器效率。另一个较大缺点是传输运动较为困难。

方案二、图１.9所表示
送料机构——槽轮机构
夹紧机构——凸轮连杆机构
冷镦机构——曲柄滑块机构
冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构
图1.9
点评：此方案和方案一相同，关键运动机构和方案一致。和方案一相比，此方案优点在于夹紧，冷镦，冷挤三大运动连接在一起，槽轮经过一个齿轮就可传输运动，即传输运动方便。不过冷挤上下全部要进行，上面运动不好传输。

方案三 、图１.10所表示
送料机构——槽轮机构
夹紧机构——凸轮连杆机构
冷镦机构——曲柄滑块机构
冷挤机构——凸轮连杆机构
图1.10(a)主视图
图1.10(b)俯视图
点评:本方案较前二个方案有较大不一样。四大运动中，夹紧，冷镦，冷挤全部在水平面内进行。经过锥齿轮，将电机转动传输给夹紧，冷镦，冷挤做运动。另一个槽轮送料机构只需经过齿轮就可将运动传达。

4.实施机构设计过程
4.1.连杆机构
冷镦过程中，采取了曲柄滑块机构。依据要求, 其移动、摆动行程为25mm。因为冷镦过程时间要依据送料，夹紧等过程来分配，故应采取偏置曲柄滑块。依据图1.11所表示，可推算出曲柄滑块往返运动时间，从而能够算出行程速比系数K。K=t1:t2， K=1.4。，所以θ=30度。取e=5mm，确定A点。此机构最大压力角为33度,满足实际要求。故A点可取量取AC1=31.87,AC2=8.34，AB+BC=AC1，BC-AB=AC2。

由AC1和AC2距离可求出曲柄AB和连杆BC长度。AB=11.765, BC=20.105
4.2夹紧凸轮
夹紧机构采取了对心滚子凸轮。夹紧凸轮运动行程应依据钢丝直径来设计。钢丝直径为1.6～3.4mm。因为此机构在水平面内工作，回程时需要靠弹簧力使其回程。为使凸轮运动平稳，可使凸轮推程较小，能够实现夹紧功效即可。故取基圆半径为R=80mm，升程为8mm。
4.3冷挤（切断）凸轮
为了确保凸轮运动平稳，冷挤力较大，可取基圆半径为R=60mm,升程为4mm。

4.4齿轮选择
因为冷镦，送料周期相等，故齿轮4和齿轮6必需选择相同。从电机传输到飞轮2转速为360R/MIN，要求生产率为360R/MIN，故 齿轮3和齿轮4，6规格也一样。齿轮5是连接4和6，考虑到实际工程，齿轮5应取大些.故多个齿轮参数如表1.12所表示

模数（mm）
压力角（。）
齿数
直径（mm）
齿轮3
4
20
24
96
齿轮4
4
20
24
96
齿轮5
4
20
40
160
齿轮6
4
20
24
96
表1.12
4.5槽轮半径选择
本机构中，槽轮是用来间歇传送钢丝，槽轮每转动90次度，送料一次。本机构制造铁钉长为70mm，冷镦时会挤压部分钢丝，故每次送料为75mm。即槽轮1/4弧长为75mm。利用弧长和圆心角关系，可求得R7=48mm。
4.6电动机选择
本机构要求生产率为360枚/MIN，即和曲柄焊接齿轮转速为360R/MIN。所以选择电机转速为1440R/MIN。因为电机转速较大，需要先减速，通常采取带传动来减速。飞轮1和飞轮2半径比为R1:R2 =1:4. 如表1.12所表示

型号
功率/kw
电流/A
转速
/（r/min）
效率
/%
功率因数
cosφ
额定转矩
额定电力
最大额定转矩
Y90L-4
4
8.8
1440
84.5
0.82
2.2
7.0
2.2
表1.13
5.运动方案选择
经过三种方案优缺点比对，运动可靠性，传输稳写性和可行性，设计新奇性，我们最终确定了“方案三”为设计方案。以下为运动方案简图：
(a)主视图
(b)俯视图

6.运动循环图
图所表示

总结

这一次做课程设计过程对我来说是一个全新体验，从完全不知道从何着手到学会查阅资料，再到加入自己设计思想，接着再发觉问题，处理问题，仔细琢磨反复推敲，不停发觉新不足之处，不停改良，最终完成了这个全自动制钉机设计说明书。
回头看看这近两星期设计过程，真是感慨万千。
首先，课程设计是对我们所学知识综合考验，在整个设计中，一直使我感到力不从心是知识捉襟见肘，所学知识只是皮毛，真要处理实际问题就会碰到多种多样困难，未知知识太多，感觉肚子里没货，面对问题不知所措。比如冷镦机构，对于冷镦滑块速度计算，因为角度全部不是特殊角，反复使用正弦，余弦定理，对于小角度也不会使用近似，算了很久，也错了好数次，尤其是最终快去打印时，发觉先前计算有一处近似使用错误，结果急忙更正，改了好多处，多花了好多时间。
其次，课程设计考验了我们团结合作能力，和集体处理问题能力。现在我们说实话还不是很会合作办事，不是各抒己见，就是工作全部是由多个人来做。这次课程设计使我们加强了团结协作意识。一开始，我们全部不知道怎么合作，部分人抱着她人做事我拿结果思想，又有部分人恰好相反，不喜爱她人插手，想完全按自己思绪，事事包办。我属于后者，以后，我尝试着组织了几次讨论，分了下工，发觉每个人想法中全部有我想不到地方，每个人全部很好完成了任务。现在，我学会了相信她人，向她人学习，这点也是我最受益一点。
课程设计还给了很多平时无法体会到经验，比如细节关键性，很多细节牵一发而动全身，让我深深感到想好每一步，注意细节关键性。这些经验全部很有用，这两个星期即使过得很累，不过我认为很值得，我很期待下一次课程设计。

参考文件

[1]申永胜,机械原理教程（第2版），清华大学出版社
[2]申永胜，机械原理教程教导和习题（第2版），清华大学出版社
[3]邹慧君，机械原理课程设计手册，高等教育出版社
[4]符炜，机构设计学，湖南大学出版社
[5][德]J.伏尔默凸轮机构，机械工业出版社
[6]殷鸿梁，朱邦贵，间歇运动机构设计，上海科学技术出版社