1、1广东工业大学华立学院课 程 设 计（论文）课程名称 机械原理题目名称 自动制钉机学生学部（系）机械电气工程学部专业班级 09 机械设计 4 班学 号 12010904024学生姓名 谭枝通指导教师 肖金2011 年 5 月 30 日2目录设计题目3一设计任务3二功能分解3-4三运动转换4四形态学矩阵4-5五方案简述5-6六运动循环图6七槽轮的设计6-8八凸轮设计8-12九冷镦机构的设计12-14十冷挤机构的设计15十一.剪断机构的设计15十二.电动机的选择15十三.参考资料163设计题目：自动制钉机工作原理及工艺动作过程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
2、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）冷墩钉帽，在此前需夹紧钢丝。3）冷挤钉尖。4）剪断钢丝。一 明确设计任务设计一台自动制钉机，设计要求为：1）铁钉直径 d=1.63.4mm.2）铁钉长度 2580mm3）生产率 360 枚/分4）最大冷镦力 3000N，最大剪切力 2500N5）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，噪声尽量减小二 自动制钉机的功能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 所示为自动制钉机的树状功能图自动制钉机的功能分解送丝校直 槽轮的间隙运动夹紧 凸轮直杆机构的循环运动剪
3、断 曲柄滑块机构的往复运动冷挤 曲柄滑块机构的往复运动冷镦 曲柄滑块机构的往复运动4图 1 自动制钉机的树状功能图三螺钉头冷镦机的运动转换功能图图 2 自动制钉机的运动转换功能图四.自动制钉机的形态学矩阵表 1 螺钉头冷镦机的形态学矩阵功 能 元 功能元解(匹配机构或载体) 1 2 3 4减速 A 带传动 链传动 齿轮传动 减速 B 带传动 链传动 齿轮传动 夹紧 C 齿轮齿条机构 曲柄滑块机构 移动推杆盘形凸轮 冷镦 D 齿轮齿条机构 曲柄滑块机构 移动推杆盘形凸轮 间歇送料 E 槽轮机构 棘轮摩擦轮机构 移动推杆圆柱凸轮 轴线变向 F 蜗杆传动 锥轮传动 单万向连轴节传动 冷挤 G 齿轮齿
4、条机构 曲柄滑块机构 移动推杆盘形凸轮 剪断 H 齿轮齿条机构 曲柄滑块机构 移动推杆盘形凸轮 移动推杆盘形凸轮移动推杆圆柱凸轮轮移动推杆圆柱凸轮圆柱凸轮螺旋齿轮传动移动推杆圆柱凸轮轮摆线针轮传动摆线针轮传动移动推杆圆柱凸轮轮5根据树状功能图及运动转换功能框图，已获得各功能元及执行构件所要实现的运动形式，然后，根据这些运动形式，匹配相应的执行机构。把功能元作为列，功能元解( 即匹配的执行机构)作为行，可获得表 1 所示的自动制钉机的形态学矩阵。对该形态学矩阵求解， 即把实现每一功能的任一解法进行组合，可得到多种运动方案。理论上求得的组合方案数为N=4*4*4*4*4*4*4*4=65536 个
5、方案。在这些运动方案中，必须剔除那些有明显缺点和不能实现的方案。有的方案，就单个执行机构来说能实现执行动作，但把这些机构组合成系统后，就会发现在结构安排上是不可行的，整个机器太庞杂，制造成本太高。这些方案可以先加以否定，然后列出一批可行的方案，从中优选出好的运动方案。以下方案是经过综合考虑后得出的相对最佳方案。五该方案完全由机械执行机构组成，其工作原理及特点如下：送料校直机构（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
6、摩擦轮的转速可调，使送丝长度可以变化，因此可调整钉子的长度，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。剪断机构（5）：
7、采用曲柄滑块机构，运动规律与冷镦和冷挤相似，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。图 3 所示为该方案的运动示意图。6六. 方案的运动循环图七方案中间隙送丝机构槽轮的设计由于槽轮运动的角速度和角加速度的最大值随槽数 Z 的增大而减小，因此7槽轮的槽数越多，柔性冲击越小，同时为了满足 360 枚/分的生产率，在该方案中我们采用了四槽两销的槽轮机构。而且槽轮的运动平稳性非常好，尤其是启动平稳性很好，这样有利于减小噪音。槽轮机构的几何尺寸计算：R=L*sin=Lsin（/Z）s=L*cos=Lcos（/Z）h=s-(L-R-r)d1=26.7
8、,取 h=27d1A1 vi=0; ai=0; bi= (atan (vi/ W+e)/(so+si) /(t); /* b 表示压力角*/xi=X0+(so+si)*sin(p*t)+e*cos(p*t); /*理论廓线坐标*/yi=Y0+(so+si)*cos(p*t)-e*sin(p*t);dx=(vi-e)*sin(p*t)+(so+si)*cos(p*t); /*x 微分*/dy=(vi-e)*cos(p*t)-(so+si)*sin(p*t); /*y 微分*/st=dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); /*sin 值*/ct=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); /*
9、cos 值*/xpi=xi+rr*st; /*外实际廓线坐标 */ypi=yi-rr*ct;i+;/*-*/circle(X0,Y0,ro); /*画基圆*/circle(X0,Y0,e); /*画偏距圆*/for(w=0;w=4050，而且传动角比较大，机构传力效果好。九.方案中冷镦机构（曲柄滑块机构）的设计及运动学和动力学分析由于设计要求结构紧凑，而且在镦挤过程中不需要太大的行程，且各执行机构属高速运转，过大的行程将引起额外的噪音。为了满足上述要求，取冷镦机构的行程为 25mm，另外为提高生产效率，该曲柄滑块机构应具有急回特性，取 K=1.2，再根据以上条件设计该机构，以下是利用 Auto
10、CAD 软件进行设计过程图。37.616913序号 曲柄角度 点 x 坐标 点 y 坐标 点 x 速度 点 y 速度 点 x 加速度 点 y 加速度 度 米 米 米/秒 米/ 秒 米/( 秒*秒) 米/(秒*秒) 0 45.0 0.0405 -0.026 -0.545 1.0E-5 -4.467 1.0E-5 1 60.0 0.0366 -0.026 -0.547 1.0E-5 4.0424 1.0E-5 2 75.0 0.0330 -0.026 -0.490 1.0E-5 12.062 1.0E-5 3 90.0 0.0299 -0.026 -0.385 1.0E-5 17.607 1.0E
11、-5 4 105. 0.0277 -0.026 -0.254 1.0E-5 19.588 1.0E-5 145 120. 0.0264 -0.026 -0.120 1.0E-5 18.581 1.0E-5 6 135. 0.0260 -0.026 2.5E-4 1.0E-5 16.093 1.0E-5 7 150. 0.0264 -0.026 0.1024 1.0E-5 13.379 1.0E-5 8 165. 0.0274 -0.026 0.1869 1.0E-5 11.013 1.0E-5 9 180. 0.0289 -0.026 0.2564 1.0E-5 9.0648 1.0E-5 1
12、0 195. 0.0309 -0.026 0.3134 1.0E-5 7.3687 1.0E-5 11 210. 0.0332 -0.026 0.3587 1.0E-5 5.6784 1.0E-5 12 225. 0.0359 -0.026 0.3917 1.0E-5 3.7420 1.0E-5 13 240. 0.0386 -0.026 0.4096 1.0E-5 1.3476 1.0E-5 14 255. 0.0415 -0.026 0.4090 1.0E-5 -1.631 1.0E-5 15 270. 0.0443 -0.026 0.3856 1.0E-5 -5.190 1.0E-5 1
13、6 285. 0.0468 -0.026 0.336 1.0E-5 -9.157 1.0E-5 17 300. 0.0489 -0.026 0.2583 1.0E-5 -13.19 1.0E-5 18 315. 0.0503 -0.026 0.1537 1.0E-5 -16.81 1.0E-5 19 330. 0.0510 -0.026 0.0269 1.0E-5 -19.50 1.0E-5 20 345. 0.0507 -0.026 -0.113 1.0E-5 -20.71 1.0E-5 21 360. 0.0494 -0.026 -0.256 1.0E-5 -20.01 1.0E-5 22
14、 375. 0.0471 -0.026 -0.386 1.0E-5 -17.07 1.0E-5 23 390. 0.0441 -0.026 -0.488 1.0E-5 -11.80 1.0E-5 24 405. 0.0405 -0.026 -0.545 1.0E-5 -4.467 1.0E-5 十.方案中冷挤机构（曲柄滑块机构）的设计及运动学和动力学分析为提高生产率，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将曲柄替换为直杆而已。因此，该机构的设计及运
15、动学和动力学分析可参看冷镦机构。在此不重复叙述。15十一.方案中剪断机构（曲柄滑块机构）的设计及运动学和动力学分析采用曲柄滑块机构，运动规律与冷镦和冷挤相似，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。因此，该机构的设计及运动学和动力学分析可参看冷镦机构。十二.电动机的选择槽轮拨盘转速:为满足 360 枚/分的生产设计要求,根据运动循环图拨盘转速为 180 转/分. 凸轮转速为 360 转/分.由于机构完全相同,冷镦,冷挤和剪断机构的转速为 360 转/分.考虑到各执行构件的转速都较高,同时考虑到传动过程中的安装方便和协调传动比的问题,因此我们选用同步转速为 n0=750 r/min(8 级)，50Hz，380V 的电动机。16十三.参考资料1.邹慧君主编 机械原理课程设计手册 高等教育出版社2.王淑仁主编 计算机辅助机构设计与分析 科学出版社3.唐浩强主编 C 语言程序设计 清华大学出版社
