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1、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 XXXXXXXXXXX指导教师 诸葛亮机械与车辆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41根据工艺动作要求拟定运动示意图41.1机械执行机构组成工作原理41.2运动循环图42各机构的设计62.1设计62.2系统运动转换功能图83. 方案的比较和选择103.1方案的比较10 3.2运动方案选择134.执行机构设计过程144.1.连杆机构 144.2夹紧凸轮144.3冷挤（切断）凸轮144.4齿轮的选择 144.5槽轮半径的选择154.6电动机的选择 155. 执行机构的整合16
2、设计总结17参考文献18一、机械原理课程设计任务书设计题目：自动制钉机的设计一、设计题目木工用大大小小的铁钉是将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。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，在此前夹紧钢丝。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1.63.4mm。2）铁钉长度2580mm。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，其他构件质量和转动惯量不计。6）要求结构紧凑，传动性能优良，噪声尽量减小。三、设计任务1) 按工艺动作要求拟定机构运动循环图。2) 进行送丝校直
3、机构、冷镦钉帽机构、冷挤钉尖机构、剪断钢丝机构选型设计。3) 对机构运动方案进行评定和选择。4) 按执行机构运动参数选定的电动机和拟定机械传动方案；5) 画出机械运动方案简图。6) 画出运动循环图。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根据工艺动作要求拟定运动示意图1.1机械执行机构组成工作原理送丝校直机构（1）：首先送丝与校直动作要协调，又要使送丝有间隙性，因此我们选用了槽轮机构带动滚轮完成间歇送丝运动，并通过摩擦轮初步校直。另外我们的槽轮没有直接接到摩擦轮，而是接到齿轮，可以通过齿轮的一套替换可以实现不同的传动比，从而使摩擦轮的转速可调，使送丝长度可以变化，因此可调整
4、钉子的长度，更好的满足设计要求。夹紧机构（2）：因为要在送丝后夹紧一段时间来实现其他工序，因此采用凸轮，利用其远休段夹紧铁丝一段时间来保障其他工序。虽然机构的尺寸设计比较复杂，但是传动平稳性较高，运行可靠。冷镦钉帽机构（3）：采用曲柄滑块机构实现直线往复功能，制造和结构相对简单，具有急回特性，能提高生产效率。冷挤钉尖机构（4）：为提高生产率，将冷镦和冷挤同时进行，因此该机构与冷镦机构具有相同的运动规律，同时为简化设计工作量和减少加工生产该机构所须的生产设备，时间准备，可设计将冷镦和冷挤使用同种曲柄滑块机构，只是装配的位置不同而已。剪断钢丝机构（5）：采用曲柄滑块机构，运动规律与冷镦和冷挤相似，
5、只不过是在冷挤过后实现剪切，也可使用与冷镦和冷挤相同的曲柄滑块机构，只是起始状态和装配位置不同。1.2运动循环图 根据上述，绘制机构的运动循环图，如图1.1所示图1.1 运动循环图2各机构的设计2.1设计各机构的工作原理图制造木工用大大小小的铁钉是将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。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：在此前夹紧钢丝。3）冷挤钉尖。4）剪断钢丝。 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2.2所示为自动制钉机的树状功能送丝校直 槽轮的间隙运动夹紧 凸轮直杆机构的循环运动自动制钉机的功能分解剪断 曲柄滑
6、块机构的往复运动冷挤 凸轮机构的往复运动冷镦 曲柄滑块机构的往复运动图2.2自动制钉机的树状功能图（1）金属卷料校直，送料功能 采用槽轮机构进行送料。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）；槽轮送料时钢丝通过图2.4左边的滚子进行自动校直。 图2.3送丝校直（2）工件夹紧功能 采用凸轮机构进行夹紧。其机构简图如图1.5所示，通过推杆的往复运动实现钢丝的夹紧和放松，夹紧杆的来回运动则由凸轮的连续转动来实现。 图2.4 工件夹紧机构简图(3)工件冷镦功能 采用曲柄滑块机构对钢丝进行冷镦。其机构简图如图1.6所示,连杆与齿轮相连，齿轮转动时带动滑块来回往复运动，从而对钢
7、丝进行冷镦。 图2.5 工件冷镦运动简图（4）工件冷挤切断功能 采用凸轮机构。其机构运动简图如图1.7所示。其工件原理和夹紧装置相似。 图2.6 工件冷挤2.2系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图2如图2.7所示图2.7机械系统运动转换功能3. 方案的比较和选择矩阵法创建机械系统运动方案根据机械系统运动功能转换功能图可构成下表所示形态学矩阵。由表所示的形态学矩阵可求出自动制钉机系统运动方案为：N=3 x 3 x 3 x 3 x 3=243可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出
8、的若干个方案中用评价方法选出最优方案。如表3.1所示是形态学矩阵表表3.1形态学矩阵表功能元功能元解（匹配机构）123减速1带传动齿轮传动蜗杆传动送料机构的间歇回转运动棘轮机构槽轮机构擒纵论机构夹紧杆的往复移动曲柄滑块机构平面凸轮机构空间凸轮机构冷镦滑块的往复直线运动曲柄滑块机构平面凸轮机构空间凸轮机构冷挤切断杆的往复移动曲柄滑块机构平面凸轮机构空间凸轮机构 3.1方案的比较方案一、如图3.1所示送料机构1采用槽轮机构夹紧机构2采用凸轮连杆机构冷镦机构3采用曲柄滑块机构冷挤（切断）机构4采用曲柄滑块机构图3.1 机构运动方案简图1点评：本方案能够实现自动制钉机的个主要动作，但冷镦机构的力要比较
9、大，而对心曲柄滑块没有急回运动，故而会影响机器效率。另一个较大的缺陷是传递运动较为困难。方案二、如图3.2所示送料机构1采用槽轮机构夹紧机构2采用凸轮连杆机构冷镦机构3采用曲柄滑块机构冷挤（切断）机构4采用曲柄滑块机构 图3.2 机构运动方案简图2点评：此方案与方案一相似，主要运动机构与方案一致。与方案一相比，此方案优点在于夹紧，冷镦，冷挤三大运动连接在一起，槽轮通过一个齿轮就可传递运动，即传递运动方便。但是冷挤上下都要进行，上面的运动不好传递。方案三 、如图3.3所示送料机构6、7采用槽轮机构夹紧机构8采用凸轮连杆机构冷镦机构4采用曲柄滑块机构冷挤机构5采用凸轮连杆机构 3.3 （a） 3.
10、3（b）图3.3 机构运动方案简图3点评:本方案较前二个方案有较大不同。四大运动中，夹紧，冷镦，冷挤都在水平面内进行。通过锥齿轮，将电机的转动传递给夹紧，冷镦，冷挤做运动。另一个槽轮送料机构只需通过齿轮就可将运动传递。4 3.2运动方案选择通过三种方案的优缺点的比对，运动的可靠性，传递的稳写性与可行性，设计的新颖性，我们最终确定了“方案三”为设计方案。机构运动方案简图如图3.3所示。4.执行机构设计过程 4.1.连杆机构 冷镦过程中，采用了曲柄滑块机构。根据要求, 其移动、摆动的行程为25mm。因为冷镦过程的时间要根据送料，夹紧等过程来分配，故应采取偏置的曲柄滑块。根据图4.1所示，可推算出曲
11、柄滑块来回运动时间，从而可以算出行程速比系数K。K=t1:t2， K=1.4。，所以=30度。取e=5mm，确定A点。此机构的最大压力角为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。 图4.1曲柄滑块运动示意图由AC1与AC2的距离可求出曲柄AB与连杆BC的长度。AB=11.765, BC=20.10514.2夹紧凸轮 夹紧机构采用了对心滚子凸轮。夹紧凸轮的运动行程应根据钢丝的直径来设计。钢丝的直径为1.63.4mm。由于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，能够实现夹紧功能即
12、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4mm5 4.4齿轮的选择 如图3.3（a）所示，由于冷镦，送料的周期相等，故齿轮4与齿轮6必须选择相同。从电机传递到飞轮2的转速为360r/min，要求生产率为360r/min，故齿轮3与齿轮4，6规格也一样。齿轮5是连接4与6的，考虑到实际工程，齿轮5应取大些.故几个齿轮3参数如表4.1所示表4.1 齿轮参数表模数（mm）压力角（。）齿数直径（mm）齿轮34202496齿轮44202496齿轮542040160齿轮642024964.5槽轮半径的选择 本
13、机构中，槽轮是用来间歇传送钢丝的，槽轮每转动90度，送料一次。本机构制造铁钉长度可调为2080mm，冷镦时会挤压一些钢丝，故每次送料为75mm。即槽轮1/4弧长为75mm。利用弧长与圆心角的关系，可求得R7=48mm6。4.6电动机的选择 本机构要求生产率为360枚/min，即与曲柄焊接的齿轮转速为360r/min。所以选择电机3的转速为1440r/min。由于电机转速较大，需要先减速，一般采用带传动来减速。带轮1与带轮2的半径比为R1:R2 =1:4. 如表4.2所示 表4.2带轮参数型号功率/kw电流/A转 速/（r/min）效 率/%功率因数cos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 2.25. 执行机构的整合执行机构的设计完成后，接下来就是各机构之间的整合，由于机构较多，相互动作协调十分重要，所以我们尽量考虑将各执行机构的原动件固连在一个主
