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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 題目 自動(dòng)制釘機(jī)設(shè)計(jì)方案與分析 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 12級(jí)卓越班 學(xué)號(hào)姓名 2012211201 倪非 指導(dǎo)教師 賀良國(guó) 全自動(dòng)制釘機(jī)的設(shè)計(jì)書(課程設(shè)計(jì)) 一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的說明 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(dòng)作來完成的。 1、送絲校直同時(shí)完成，并按要求用間歇的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)送絲和夾緊在時(shí)間上的配合。

2、 2、夾緊機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)送絲時(shí)放松，其余時(shí)間夾緊。 3、冷鐓釘帽、冷擠釘尖，兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)完成。 4、擠壓完成后剪斷鋼絲。 5、夾緊機(jī)構(gòu)松開，成品鋼釘落下，進(jìn)入下一個(gè)工藝循環(huán) 二、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 原始數(shù)據(jù)： 1、鐵釘直徑Φ1.6～Φ3.4 mm。 2、鐵釘長(zhǎng)度25～80 mm。 3、生產(chǎn)率360枚/min。 4、最大冷墩力3000N，最大剪斷力2500N。 5、冷墩滑塊質(zhì)量8kg，其它構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)。 6、要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)性能優(yōu)良、噪聲盡量減小。 設(shè)計(jì)要求及尺寸計(jì)算 1、假設(shè)鋼釘

3、的直徑為2mm，鋼釘?shù)拈L(zhǎng)度為60mm。 2、生產(chǎn)率為360枚/min，即生產(chǎn)周期T為1/6秒。要求原動(dòng)件所固連軸的轉(zhuǎn)速為 12 prad/s。 3、剩余部分尺寸計(jì)算在下面各部件設(shè)計(jì)中都有提到。 三、各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1、校直鋼絲和間歇輸送 校直鋼絲時(shí)，只需要多個(gè)成對(duì)稱位置排列的摩擦輪即可實(shí)現(xiàn)（如右圖）。 對(duì)于間歇送絲機(jī)構(gòu)，有兩種方案： 校直鋼絲結(jié)構(gòu)圖 方案一：可采用基圓半徑相同的兩齒輪，一齒輪為不完全齒輪，不完全齒輪的有齒部分占1/3，嚙合時(shí)，帶動(dòng)與其同軸滾子轉(zhuǎn)動(dòng)送絲，不嚙合時(shí)，停止送絲，達(dá)到間歇性送

4、絲的目的。 方案二：摩擦輪機(jī)構(gòu)（如圖）：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為了可靠的輸送需要加軸向的壓緊力。摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩輪擠壓鋼絲摩擦鋼絲產(chǎn)生摩擦力帶動(dòng)鋼絲前進(jìn)，兩摩擦輪不接觸時(shí)則停止傳送，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。 由于我們處理的釘子長(zhǎng)度為60mm，0-60為送料階段，r=60，r=57.32，由于摩擦輪間要夾著鋼絲，去除長(zhǎng)絲的厚度，取半徑為57mm，與摩擦輪固連齒輪齒數(shù)z=30。 送絲夾緊裝置圖 2、 夾緊裝置 使用凸輪來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 夾緊裝置圖 3、 冷鐓裝置 可以采用移動(dòng)或擺動(dòng)式?jīng)_壓機(jī)構(gòu)，一般可用平面六桿

5、機(jī)構(gòu)或四桿機(jī)構(gòu)，其移動(dòng)、擺動(dòng)的行程可在25mm左右為宜。為了減小電動(dòng)機(jī)容量和機(jī)械速度波動(dòng)可加飛輪。 方案一： 下圖為簡(jiǎn)單的沖壓機(jī)構(gòu)，用輪系傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的來回?cái)[動(dòng)，由于考慮到冷鐓時(shí)受力較大而且有很大的沖擊力，下列裝置過于簡(jiǎn)單會(huì)造成對(duì)構(gòu)件有較大的沖擊力。故查閱資料后得出方案二。 方案二（網(wǎng)上查找的處理方法）：在普通的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)上裝上一個(gè)類似杠桿的裝置，達(dá)到增加沖擊力的目地，又有急回特性。 圖8 對(duì)于冷鐓機(jī)構(gòu)（見圖8）我們?cè)O(shè)定正行程為1/3個(gè)周期也就是1/18 s，而冷鐓機(jī)構(gòu)僅將鋼絲末端大約1.5mm長(zhǎng)的鋼絲冷鐓為釘帽，而行程總長(zhǎng)為25mm，經(jīng)計(jì)算

6、，開始冷鐓時(shí)=126，冷鐓釘帽的時(shí)間只占了大約1/5的時(shí)間，由于保證壓力角最小設(shè)計(jì)，壓力角近似于零，故冷鐓時(shí)的速度近似（滑塊速度與運(yùn)動(dòng)副速度近似相等）為，將θ=126帶入，得冷鐓時(shí)滑塊的速度為0.57m/s。由于冷鐓力為3000N，冷鐓時(shí)速度為0.57m/s，可得冷鐓時(shí)所需最小功率大約為1.71KW。以30mm作為曲柄長(zhǎng)度，并把冷鐓結(jié)構(gòu)的尺寸作為其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)。 4、 冷擠釘尖--同時(shí)切斷裝置 采用凸輪機(jī)構(gòu)。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。其工件原理和夾緊裝置相似。兩個(gè)凸輪同步運(yùn)動(dòng)推桿頂端為方向向左傾斜的擠刀，將鐵釘尖擠出來同時(shí)釘子也斷了，鐵釘則落下。 四、各機(jī)構(gòu)

7、的組合 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)完成后，接下來就是各機(jī)構(gòu)之間的整合，由于機(jī)構(gòu)較多，相互動(dòng)作協(xié)調(diào)十分重要，所以我們盡量考慮將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件固連在一個(gè)主軸上，這樣不僅能使動(dòng)作協(xié)調(diào)，而且能保證運(yùn)行的穩(wěn)定。 圖為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 電動(dòng)機(jī)的選擇及飛輪 為滿足360枚/分的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求,根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，凸輪轉(zhuǎn)速360轉(zhuǎn)/分. 由于機(jī)構(gòu)完全相同，冷鐓,冷擠和剪斷機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，考慮到各執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速都較高,同時(shí)考慮到傳動(dòng)過程中的安裝方便和協(xié)調(diào)傳動(dòng)比的問題,因此我們選用同步轉(zhuǎn)速為n0=750 r/min，50Hz，3

8、80V的電動(dòng)機(jī)。 為了減小機(jī)器的速度波動(dòng)和減小原動(dòng)機(jī)的功率，為了轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，需在摩擦輪，凸輪和與曲柄固連的齒輪上安裝飛輪。 凸輪設(shè)計(jì) 冷擠裝置和夾緊裝置均用到了凸輪結(jié)構(gòu)，故對(duì)凸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較與適用場(chǎng)合如下表 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律表 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 沖擊特性 適用場(chǎng)合 等速（直線） 剛性 1.00 無窮 無窮 低速輕載 等加等減速（拋物線） 柔性 2.00 4.00 無窮 中速輕載 簡(jiǎn)諧（余弦加速度） 柔性 1.57 4.93 無窮 中速中載 擺線（正弦加速度）

9、無 2.00 6.28 39.5 高速輕載 3-4-5次多項(xiàng)式（五次多項(xiàng)式） 無 1.88 5.77 60.0 高速中載 本機(jī)構(gòu)的凸輪是主要部件，要求中速轉(zhuǎn)動(dòng)，并能承受一定載荷，因此我們選擇簡(jiǎn)諧（余弦加速度）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；诔叽缁鶞?zhǔn)——冷鐓機(jī)構(gòu)的尺寸，并且考慮盡可能減小電機(jī)負(fù)載，取槽凸輪基圓半徑為50mm，滾子半徑為5mm。 夾緊機(jī)構(gòu)： 0-60 60-300 300-360 推程 遠(yuǎn)休止 回程 在推程和回程的角度時(shí)，要控制送絲裝置在此放松階段（0-60 和300-360）進(jìn)行送絲。 冷擠剪斷機(jī)構(gòu)： 0-150 150-200 200-300 300-360 近休止 推程 遠(yuǎn)休止 回程 冷擠和剪斷同時(shí)進(jìn)行，需要在夾緊機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)休止程內(nèi)進(jìn)行，故可選擇冷擠和剪斷機(jī)構(gòu)在200-300內(nèi)為遠(yuǎn)休止。 感想與收獲 做課程設(shè)計(jì)的過程對(duì)我來說是一個(gè)全新的體驗(yàn)，從完全不知道從何著手到學(xué)會(huì)查閱資料，再到加入自己的設(shè)計(jì)思想，接著再發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，仔細(xì)琢磨反復(fù)推敲，不斷發(fā)現(xiàn)新的不足之處，不斷改良，終于完成了這個(gè)全自動(dòng)制釘機(jī)的設(shè)計(jì)說明書。