自動制釘機課程設計書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　設計題目………………………………………………１</p><p>　　一．設計任務…………………………………………１</p><p>　　二．功能分解…………………………………………１</p><p>　　三．運動轉換…………………………………………1-2&l

2、t;/p><p>　　四．形態(tài)學矩陣……………………………………２-3</p><p>　　五．方案簡述…………………………………………3</p><p>　　六．運動循環(huán)圖………………………………………4</p><p>　　七．槽輪的設計………………………………………4-5</p><p>　　八．凸輪設計………………

3、…………………………5-16</p><p>　　九．冷鐓機構的設計…………………………………16-21</p><p>　　十．冷擠機構的設計……………………………………21</p><p>　　十一.剪斷機構的設計……………………………………21</p><p>　　十二.電動機的選擇……………………………………22</p>

4、<p>　　十三.參考資料…………………………………………23</p><p>　　設計題目：自動制釘機</p><p>　　工作原理及工藝動作過程</p><p>　　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。</p><p>　　1）校直鋼絲。并按節(jié)拍要求間歇地輸送到裝夾工位。<

5、;/p><p>　　2）冷墩釘帽，在此前需夾緊鋼絲。</p><p><b>　　3）冷擠釘尖。</b></p><p><b>　　4）剪斷鋼絲。</b></p><p><b>　　明確設計任務</b></p><p>　　設計一臺自動制釘機，設計要求為

6、：</p><p>　　鐵釘直徑d=1.6~3.4mm.</p><p>　　鐵釘長度25~80mm</p><p><b>　　生產率360枚/分</b></p><p>　　最大冷鐓力3000N，最大剪切力2500N</p><p>　　冷鐓滑塊質量8Kg，其他構件質量和轉動慣量不計</

7、p><p>　　要求結構緊湊，傳動性能優(yōu)良，噪聲盡量減小</p><p>　　自動制釘機的功能分解</p><p>　　自動制釘機要依次完成送絲校直，夾緊，剪斷，冷擠，冷鐓五個動作。圖1所示為自動制釘機的樹狀功能圖</p><p>　　圖1自動制釘機的樹狀功能圖</p><p>　　三．螺釘頭冷鐓機的運動轉換功能圖<

8、/p><p>　　圖2自動制釘機的運動轉換功能圖</p><p>　　四.自動制釘機的形態(tài)學矩陣</p><p>　　表 1 螺釘頭冷鐓機的形態(tài)學矩陣</p><p>　　功 能 元 功能元解(匹配機構或載體) </p><p>　　1

9、 2 3 4</p><p>　　減速 A 帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動 </p><p>　　減速 B 帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動 </p>

10、<p>　　夾緊 C 齒輪齒條機構 曲柄滑塊機構 移動推桿盤形凸輪 </p><p>　　冷鐓 D 齒輪齒條機構 曲柄滑塊機構 移動推桿盤形凸輪 </p><p>　　間歇送料 E 槽輪機構 棘輪摩擦輪機構 移動推桿圓柱凸輪 </p><p&g

11、t;　　軸線變向 F 蝸桿傳動 錐輪傳動 單萬向連軸節(jié)傳動 </p><p>　　冷擠 G 齒輪齒條機構 曲柄滑塊機構 移動推桿盤形凸輪 </p><p>　　剪斷 H 齒輪齒條機構 曲柄滑塊機構 移動推桿盤形凸輪 </p><p>

12、;　　根據樹狀功能圖及運動轉換功能框圖，已獲得各功能元及執(zhí)行構件所要實現的運動形式，然后，根據這些運動形式，匹配相應的執(zhí)行機構。把功能元作為列，功能元解(即匹配的執(zhí)行機構)作為行，可獲得表1所示的自動制釘機的形態(tài)學矩陣。</p><p>　　對該形態(tài)學矩陣求解， 即把實現每一功能的任一解法進行組合，可得到多種運動方案。理論上求得的組合方案數為</p><p>　　N=4*4*4*4*4*4

13、*4*4=65536 個方案。</p><p>　　在這些運動方案中，必須剔除那些有明顯缺點和不能實現的方案。有的方案，就單個執(zhí)行機構來說能實現執(zhí)行動作，但把這些機構組合成系統(tǒng)后，就會發(fā)現在結構安排上是不可行的，整個機器太龐雜，制造成本太高。這些方案可以先加以否定，然后列出一批可行的方案，從中優(yōu)選出好的運動方案。以下方案是經過綜合考慮后得出的相對最佳方案。</p><p>　　五．該方

14、案完全由機械執(zhí)行機構組成，其工作原理及特點如下：</p><p>　　送料校直機構（1）：首先送絲與校直動作要協調，又要使送絲有間隙性，因此我們選用了槽輪機構帶動滾輪完成間歇送絲運動，并通過摩擦輪初步校直。另外我們的槽輪沒有直接接到摩擦輪，而是接到齒輪，可以通過齒輪的一套替換可以實現不同的傳動比，從而使摩擦輪的轉速可調，使送絲長度可以變化，因此可調整釘子的長度，更好的滿足設計要求。</p><

15、p>　　夾緊機構（2）：因為要在送絲后夾緊一段時間來實現其他工序，因此采用凸輪，利用其遠休段夾緊鐵絲一段時間來保障其他工序。雖然機構的尺寸設計比較復雜，但是傳動平穩(wěn)性較高，運行可靠。</p><p>　　冷鐓釘帽機構（3）：采用曲柄滑塊機構實現直線往復功能，制造和結構相對簡單，具有急回特性，能提高生產效率。</p><p>　　冷擠釘尖機構（4）：為提高生產率，將冷鐓和冷擠同時進行，

16、因此該機構與冷鐓機構具有相同的運動規(guī)律，同時為簡化設計工作量和減少加工生產該機構所須的生產設備，時間準備，可設計將冷鐓和冷擠使用同種曲柄滑塊機構，只是裝配的位置不同而已。</p><p>　　剪斷機構（5）：采用曲柄滑塊機構，運動規(guī)律與冷鐓和冷擠相似，只不過是在冷擠過后實現剪切，也可使用與冷鐓和冷擠相同的曲柄滑塊機構，只是起始狀態(tài)和裝配位置不同。</p><p>　　圖3所示為該方案的運動

17、示意圖。</p><p>　　六. 方案的運動循環(huán)圖</p><p>　　七．方案中間隙送絲機構槽輪的設計</p><p>　　由于槽輪運動的角速度和角加速度的最大值隨槽數Z的增大而減小，因此槽輪的槽數越多，柔性沖擊越小，同時為了滿足360枚/分的生產率，在該方案中我們采用了四槽兩銷的槽輪機構。而且槽輪的運動平穩(wěn)性非常好，尤其是啟動平穩(wěn)性很好，這樣有利于減小噪音。&

18、lt;/p><p>　　槽輪機構的幾何尺寸計算：</p><p>　　R=L*sinφ=Lsin（π/Z）</p><p>　　s=L*cosφ=Lcos（π/Z）</p><p>　　h>=s-(L-R-r)</p><p>　　d1<=2(L-s)</p><p>　　d2<2

19、(L-R-r)</p><p>　　其中L由安裝的空間位置決定,取L=50, 則有 </p><p><b>　　R=35.35</b></p><p><b>　　s=35.35</b></p><p>　　r約為R/6=5.89,取r=6</p><p>

20、　　h>=26.7,取h=27</p><p>　　d1<=29.3,取d1=10</p><p>　　d2<17.3,取d2=10</p><p>　　槽頂側壁厚b=3~5mm,取b=3</p><p>　　鎖止弧半徑r0=R-r-b=26.35</p><p>　　八.方案中夾緊機構凸輪廓線的設計

21、及運動學和動力學分析</p><p>　　由方案的運動循環(huán)圖以及機構尺寸的綜合考慮，選取對心直動滾子推桿幾何封閉盤行凸輪機構，基圓半徑r0=35mm， 滾子半徑rr=10mm，偏心距e=0mm。凸輪以等角速度轉過角90?的過程中，推桿按正弦加速度運動規(guī)律下降h=15mm。凸輪繼續(xù)轉過180?時，推桿保持不動。其后，凸輪再轉過90?時，推桿按正弦加速度運動規(guī)律上升至起始位置。運動分配由運動循環(huán)圖而定。</p&

22、gt;<p>　　由設計要求可得凸輪的角速度W=12π/s=37.7rad/s為已知條件，利用WIN-TC如下程序畫凸輪廓線以及計算最大位移s，最大加速度a，最大速度v最大壓力角b,理論輪廓線,實際輪廓線,曲率半徑</p><p>　　根據上表做出位移，速度，加速度曲線圖。</p><p><b>　　平面凸輪位移曲線圖</b></p>&

23、lt;p><b>　　平面凸輪速度曲線圖</b></p><p>　　平面凸輪加速度曲線圖</p><p>　　根據加速度曲線圖可得，正弦加速度運動規(guī)律無剛性沖擊也無柔性沖擊。適用于中高速輕載。由表知壓力角αmax=28.5467?，這樣γmin=90?-28.5467?=61.4533?，滿足了γmin>=40?~50?，而且傳動角比較大，機構傳力效果好

24、。</p><p>　　九.方案中冷鐓機構（曲柄滑塊機構）的設計及運動學和動力學分析</p><p>　　由于設計要求結構緊湊，而且在鐓擠過程中不需要太大的行程，且各執(zhí)行機構屬高速運轉，過大的行程將引起額外的噪音。為了滿足上述要求，取冷鐓機構的行程為25mm，另外為提高生產效率，該曲柄滑塊機構應具有急回特性，取K=1.2，再根據以上條件設計該機構，以下是利用AutoCAD軟件進行設計過程圖

25、。</p><p>　　序號 曲柄角度 點x坐標 點y坐標 點x速度 點y速度 點x加速度 點y加速度 </p><p>　　度 米 米 米/秒 米/秒 米/(秒*秒) 米/(秒*秒) </p><p>　　十.方案中冷擠機構（曲柄滑塊機構）的設計及運動學和動力學分析</p&g

26、t;<p>　　為提高生產率，將冷鐓和冷擠同時進行，因此該機構與冷鐓機構具有相同的運動規(guī)律，同時為簡化設計工作量和減少加工生產該機構所須的生產設備，時間準備，可設計將冷鐓和冷擠使用同種曲柄滑塊機構，只是裝配的位置不同將曲柄替換為直桿而已。因此，該機構的設計及運動學和動力學分析可參看冷鐓機構。在此不重復敘述。</p><p>　　十一.方案中剪斷機構（曲柄滑塊機構）的設計及運動學和動力學分析</

27、p><p>　　采用曲柄滑塊機構，運動規(guī)律與冷鐓和冷擠相似，只不過是在冷擠過后實現剪切，也可使用與冷鐓和冷擠相同的曲柄滑塊機構，只是起始狀態(tài)和裝配位置不同。</p><p>　　因此，該機構的設計及運動學和動力學分析可參看冷鐓機構。</p><p><b>　　十二.電動機的選擇</b></p><p>　　槽輪撥盤轉速:為

28、滿足360枚/分的生產設計要求,根據運動循環(huán)圖</p><p>　　撥盤轉速為180轉/分. 凸輪轉速為360轉/分.</p><p>　　由于機構完全相同,冷鐓,冷擠和剪斷機構的轉速為360轉/分.考慮到各執(zhí)行構件的轉速都較高,同時考慮到傳動過程中的安裝方便和協調傳動比的問題,因此我們選用同步轉速為n0=750 r/min(8級)，50Hz，380V的電動機。</p>