机械原理机械设计制钉机设计汇总机械制造机械_机械制造-机械理论及资料.pdf

机械原理课程设计说明书 自动制钉机运动方案设计 目录 一.课程设计任务书及工作要求 3 二.机构工作原理 3 三.功能分解图，执行机构动作分解图 4 四.工作循环图 9 五.运动方案的选择与比较 10 六.机构运动简图 13 七.执行机构设计过程 13 八.机构运动分析计算机辅助设计流程框图 16 九.程序清单 17 十.运动线图 21 十一.凸轮设计分段图,轮廓图,设计结果 21 十二.设计总结与心得 28 十三.主要参考资料及其编号 30课程设计任务书及工作要求 图 1.1 所示为一铁钉的外观图。自动制钉机的功能是将钢 筋等金属材料自动加工成铁钉。设计要求和参数为：（1）铁钉直径为 1.63.4mm；（2）铁钉帽直径是铁钉直径的 2 倍；（3）铁钉长度为 2580mm；4）生产率为 360枚min；图 1.1 5）要求结构紧凑，传动性能优良，噪声尽量小；6）连续自动生产；7）加工质量要达到规定的技术要求；8）成品铁钉的形状如图 1.1 机构工作原理 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）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。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷4）剪断钢丝。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷 图 1.2（a）和 1.2（b）分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作 原理图：图 1.2（a）图 1.2（b）图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷三.功能分解图 执行机构分解图 为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能，可将总功能分 解为如下分功能：1)金属卷料校直功能；2)金属卷料送料功能；3)工件夹紧功能；4)工件镦帽功能；5)工件冷挤钉尖和切断功能 其功能逻辑图如图 1.3 所示：图 1.3 功能原理的工艺过程分解(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视图左边的滚子进行 自动校直。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷 图 1.4（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。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷(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，从而对钢丝进行冷镦。图 1.6 (4)工件冷挤切断功能 采用凸轮机构。其机构简图如 图 1.7 所示。其工件原理和夹紧装置相似。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷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如下图 所示 冷镦镦头的往复移动 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，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。送料槽轮的间歇转动 冷挤杆的往复移动 压紧杆的往复移动 图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷功能元 功能元解（匹配机构）1 2 3 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 机 平面凸构 空间凸轮机 构 四工作循环图 如图 1.11 所示 图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷 五.方案的选择与比较 方案一 如图 1.8 所示 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.点评：本方案能够实现自动制钉机的个主要动作，镦机构的力要比较大，而对心曲柄 滑块没有急回运动，故而会 影响机器效率。另一个较大的缺陷是传递运动较为困难。方案二 如图.9 所示 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 1.11 但冷 图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷图 1.9 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.10 所示 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 图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷 图 1.10(a)主视图图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷 图 1.10（b）俯视图 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达。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。六机构运动简图 如上图.（a）（b）所示 七执行机构设计过程图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷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 1.11 所示，可推算出曲 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。180(K 1)此机 K 1，所以=30 度。取 e=5mm，确定 A 点。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=AC，1BC-AB=AC。2 由 AC1 与 AC2 的距离可求出曲柄 AB 与连杆 BC 的 长度。AB=11.765,BC=20.105 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可。故取基圆半径为 R=80mm，升程为 8mm。1.图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷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.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。飞轮 1 与飞轮 2 的半径比为 R1:R2=1:4.如表 1.12 所示 型号 功率 电流/A 转速 效率 功率因 额定转 额定电 最 大 额 /kw /（r/min）/%数 矩 力 定转矩 cos Y90L-4 4 8.8 1440 84.5 0.82 2.2 7.0 2.2 表 1.12 5.齿轮的选择 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.故几个齿轮参数如表 1.13所示 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 1.13 图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷6.槽轮半径的选择 本机构中，槽轮是用来间歇传送钢丝的，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=48mm。图执行机构动作分解图四工作循环图五运动方案的选择与比较六机构运动简图七执行机构设计过程八机构运动分析计算机辅助设计流程框图九程序清单十运动线图十一凸轮设计分段图轮廓图设计结果十二设计总结与心得十三主要参加工成铁钉设计要求和参数为铁钉直径为铁钉帽直径是铁钉直径的倍铁钉长度为生产率为枚图要求结构紧凑传动性能优良噪声尽量小连续自动生产加工质量要达到规定的技术要求成品铁钉的形状如图机构工作原理制造木工用大大小到装夹工位冷镦钉帽在此前夹紧钢丝冷挤钉尖剪断钢丝图和分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图图图三功能分解图执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能可将总功能分解为如下分功能金属卷料校直功能金属卷