机械原理课程设计-自动制钉机

机械原理课程设计－自动制钉机设计者：机械0404林祖伟史伟会机械0405沈立恒指导老师高志民CourseDesignforTheoryofMachinesandMechanisms——automaticnailmakingmachine自动制钉机基本概况钢钉是用途极为广泛的建筑五金制品尤其在当今的建筑行业中需要大量的钢钉作为劳动的工具，所以要高效、合理、廉价地生产出钢钉需要一套整体结构紧凑，科学合理，性能稳定，操作简单简便利的自动制钉机.自动制钉机主要采用废旧钢筋来作为原料，通过拉直，镦尖等工序来生产我们日常生活中的所用圆钉子，具有原材料易取、广泛，投资较少等优点.自动制钉机的工作原理及工艺过程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。自动制钉机的原始数据和设计要求铁钉直径Φ1.6—Φ3.4mm。铁钉长度25—80mm。生产率360枚/min。最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N。冷镦滑块质量8kg，其他构件质量和转动惯量不计。设计思路方案确定因为钉子的原材料是一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝或钢条，为了使我们设计的机构能够满足产品的设计要求，我们的设计思路是：1）送丝校直：将钢丝传送的同时利用摩擦轮将弯曲的钢丝校直，并且送丝与校直动作要协调，但考虑到为配合接下来的操作过程，不能使钢丝不停的传送，所以要考虑用间歇机构，使送丝有间隙性地传递。同时附加夹紧机构，能够在送丝时放松，其余操作时间夹紧。2）冷镦钉帽：我们所看到的钉子都有钉帽，由夹紧机构夹持钢丝时，露出一段钢丝进行冷镦钉帽，可采用移动或者摆动式的冲压机构。3）冷挤钉尖：通过模具挤压出钉尖形状。4）切断钢丝：挤压完成后，剪断机构剪断钢丝，可采用急回运动机构。5）夹紧机构松开，铁钉落下。6）送丝机构重新送丝，工序重复，实现自动制钉的目的。机构相对较多，相互动作也比较复杂，协调就变得尤为重要，所以我们考虑用齿轮及皮带连接各主动件，使其有联动的效果。方案一运动简图方案一在这个方案中，我们采用槽轮机构，产生间歇运动，带动摩擦轮传送钢丝。然后通过夹紧机构夹紧，挤钉尖机构，切断机构，和挤钉帽机构在同一平面内协调工作。夹紧机构和挤钉尖机构我们确定用内槽凸轮，避免用弹簧或依靠重力使推杆回复，而且比较平稳，等加速运动是柔性冲击，冲击相对较小。挤钉帽机构我们采用有偏心距的曲柄滑块机构，能够产生急回运动特性，从而提高生产效率。方案二运动简图方案二这个方案中我们考虑将挤钉尖和切断的动作同时进行，可以提高效率，同时又能避免复杂的协调工作。其次，我们将方案一中的曲柄滑块机构替换为增力机构，因为我们考虑到可能对于需要较大力的挤钉帽机构，普通的曲柄滑块机构无法产生足够大的力。方案三运动简图方案三在这个方案中，我们仍旧采纳了槽轮机构作为送丝机构的主动件，但在槽轮机构并为直接接到摩擦轮，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。镦钉帽机构用增力机构，因为镦钉帽需要较大的力，采用这个机构能够增大压力角。切断机构采用曲柄滑块机构，能产生急回特性，但和方案一中不同，我们将切断机构放在了垂直平面，虽然这样协调较为复杂，但考虑到准确性将大大提高。镦钉尖机构和夹紧机构仍采用内槽凸轮。进行比较确定方案方案一最为简单紧凑，但镦钉帽的曲柄滑块机构所产生的力可能不够大，无法完成镦钉帽的功能。方案二中将切断机构分离出来，和镦钉尖不同完成，这样可以提高切断时的稳定性和准确性。采用加力机构又能够使方案一中镦力不够的情况得以解决。方案三中吸取了前两个方案的优点，同时避免了相应的缺陷。并且增加的齿轮能够通过调配齿轮，调整传动比，进而调整钉子的长度，能更好的符合设计要求。因此方案三成为我们的最终方案。最终方案设计分析送丝机构：槽轮机构、齿轮传动、摩擦轮校值。夹紧机构：内槽凸轮机构、固定板挤钉尖机构：内槽凸轮机构、固定板镦钉帽机构：加力机构切断机构：曲柄滑块机构动态视频1.夹紧机构盘型几何封闭内凸轮，运动较为平稳。压紧机构是本次设计中的关键所在，因为能否压紧钢丝就决定着下面工序能否正常进行。利用凸轮远休的一段时间来压紧钢丝，进行冷镦、冷挤和剪断。在回程时，松开钢丝，使送丝机构向前送丝。夹紧机构参数说明在0~60°夹紧机构处于近休状态，保证送丝顺利进行。60°~120°推动摆抓等速移动夹紧钢丝。120°~300°凸轮远休，摆抓始终夹紧钢丝，进行冷镦、挤压和剪断工序。300°~360°凸轮等加速回程，回到近休状态。夹紧机构运动分析由于凸轮机构是几何封闭的，各构件间的相互冲击比较大，所以速度、加速度曲线波动较大。但是位移曲线却比较平稳，可见凸轮机构在比较好运动的平稳性。2.送料机构槽轮机构能产生间歇运动，使送丝动作有停顿。送丝后停顿，进行夹紧，挤钉，切断等动作。等一些列动作完成后，再进行送丝。槽轮机构带动齿轮，调配齿轮传动比可调整摩擦轮转速，并带动摩擦轮转动。摩擦轮校直钢丝，并传送出去。参数计算公式或依据结果槽数z由工作要求确定4槽圆销数n中心距L由安装空间确定52.5回转半径RR=Lsinφ=Lsin(π/z)37圆销半径r由受力大小确定r≈R/68槽顶半径ss=Lcosφ=Lcos(π/z)37槽深hh≥s-(L-R-r)27拨盘轴径d1d1≤2(L-s)10槽轮轴径d2d2≤2(L-R-r)10槽顶侧壁厚bb=3~5mm经验确定3锁止弧半径r0r0=R-r-b30摩擦轮运动分析运动位移比较平稳3.冷镦机构冷镦机构是采用增力机构，实现增力目的，且此机构有急回特性，提高了生产效率。挤钉帽机构运动分析可见采用连杆机构，位移和速度曲线都很光滑，充分说明了该连杆机构平稳性。有急回运动特性。4.冷挤机构冷挤机构也采用和夹紧机构一样的内凸轮加固定块。凸轮转动，带动推杆使其到达最高点时挤压钢丝，在杆尖安装特殊形状的模具挤压出钉尖的形状。冷挤和冷镦可以通过调节初始位置使其同步进行，提高生产效率。5.切断机构切断机构采用曲柄滑块机构，曲柄周转，使滑块向下移动，产生较大冲力，剪断钢丝。由于剪断和冷挤位于钢丝的同一部位，为避免两机构在运动时产生碰撞，故分别将它们安装在空间中相垂直的两个平面上。切断机构运动分析参考书籍1.孙桓，陈作模主编机械原理（第六版）北京：高等教育出版社，20012.裘建新主编机械原理课程设计指导书北京：高等教育出版社，20053.楼鸿棣，邹慧君主编高等机械原理北京：高等教育出版社，20004.王大康，卢颂峰主编，机械设计课程设计，北京，北京工业大学出版社，20005.刘政昆主编间歇运动机构大连：大连理工大学出版社，19916.邹慧君主编机械运动方案设计手册上海：上海通大学出版社，19947.石永刚，徐振华主编凸轮机构设计上海：上海科学技术出版社，1995谢谢观赏！