自动制钉机设计说明书docx.docx
- 文档编号:27413939
- 上传时间:2023-06-30
- 格式:DOCX
- 页数:93
- 大小:801.25KB
自动制钉机设计说明书docx.docx
《自动制钉机设计说明书docx.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动制钉机设计说明书docx.docx(93页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
自动制钉机设计说明书docx
自动制钉机说明书
1
设计题目要求....................................................................................................
4
1.1
工作原理及工艺动作过程.................................................................................
4
1.2
原始数据和设计要求.........................................................................................
4
2
机械系统运动方案的拟定与选择.......................................................................
4
2.1
方案的拟定.........................................................................................................
4
2.1.1方案一..................................................................................................................
4
2.1.1.1机构运动简介......................................................................................
4
2.1.1.2优缺点分析...........................................................................................
5
2.1.2方案二..................................................................................................................
6
2.1.2.1机构运动简介......................................................................................
6
2.1.2.2优缺点分析...........................................................................................
6
2.1.3方案三..................................................................................................................
7
2.1.3.1机构运动简介......................................................................................
7
2.1.3.2优缺点分析...........................................................................................
8
2.2
方案的选择.......................................................................................................
10
3
运动循环图......................................................................................................
10
4
原动机的选择...................................................................................................
11
5
各执行机构的设计...........................................................................................
12
5.1
基础机构设计...................................................................................................
12
5.1.1送丝矫直机构的设计.....................................................................................
12
1
5.1.1.1送丝矫直机构的基本尺寸设计12
5.1.1.2送丝矫直机构的运动分析14
5.1.2剪断机构的设计14
5.1.2.1剪断机构的基本尺寸设计14
5.1.2.2剪断机构的运动分析15
5.1.3压紧机构的设计17
5.1.3.1压紧机构的基本尺寸设计17
5.1.3.2压紧机构的运动分析21
5.1.4冷镦钉帽机构的设计24
5.1.4.1冷镦钉帽机构的基本尺寸设计24
5.1.4.2冷镦钉帽机构的运动分析25
5.1.5出钉机构的设计27
5.1.5.1出钉机构的基本尺寸设计27
5.1.5.2出钉机构的运动分析30
5.2方案综合尺寸30
6传动机构的设计31
7飞轮的设计32
8其他细节机构的设计35
8.1钉尖成型的设计36
8.2压紧机构的设计37
9心得体会38
10参考文献39
2
1设计题目要求
1.1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动作来完成的:
(1)较直钢丝,并按节拍要求间歇地输送到装夹工位;
(2)冷镦钉帽,在此前需夹紧钢丝;
3
(3)冷挤钉尖;
(4)剪断钢丝;
(5)夹丝装置释放,重新输送钢丝。
1.2原始数据和设计要求
(1)铁钉直径Φ1.6~Φ3.4mm;
(2)铁钉长度25~80mm;
(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、噪声尽量小。
2机械系统运动方案的拟定与选择
2.1方案的拟定
2.1.1方案一
2.1.1.1机构运动简介
如图1所示为方案一的传动示意图,表1列出了方案一的各
个机构选择。
本方案中的曲柄滑块机构经过计算按照预定的运动
规律进行运动,即在曲柄滑块机构下方的推块接触钢丝的时候,
推块的运动轨迹为水平线,实现间歇送丝的目的。
剪断机构、压
紧机构和冷镦钉帽机构均选择了凸轮机构。
整个运动过程是:
送料
机构先送丝到位,接着压紧机构压紧钢丝,然后冷镦钉帽机构进行镦
头,最后剪断机构剪断钢丝。
4
图1方案一传动示意图
2.1.1.2优缺点分析
方案一很明显的优点是机构选择简单,凸轮机构很容易实现预定
的运动规律,其中三个功能机构均选择了凸轮机构,这样在设计过程
中可以一起进行设计,大大减少了设计工作量。
该方案的缺点主要有以下方面,用铰链四杆机构作为送丝机构,
这样对于送丝的最大长度有限制性,很难在控制机构所占空间不大的
前提下,实现大距离的送丝,
表1方案一各机构选择
功能机构名称机械机构选择
送丝矫直机构曲柄滑块机构
剪断机构凸轮推杆机构
压紧机构凸轮推杆机构
5
冷镦钉帽机构
凸轮推杆机构
传动机构
齿轮传动
2.1.2
方案二
2.1.2.1
机构运动简介
如图2所示是方案二的传动示意图,表2列出了方案二的各个机构选择。
棘轮的运动是由曲柄摇杆机构带动,由于摇杆的来回摆动使得棘轮间歇运动,从而达到间歇送丝的目的,并且通过棘轮与其他三个小轮的配合,实现矫直的目的。
送丝到位之后,凸轮推杆机构运动使压块压紧钢丝。
钢丝被压紧之后,镦头机构运动实现镦头过程。
镦头完成后,由曲柄滑块机构带动刀具剪切钢丝。
剪断之后,压紧机构松开,完成一个钉子的加工过程,循环运行,实现连续加工。
2.1.2.2优缺点分析
本方案的选择主要有以下优点:
通过棘轮送丝,可以配合使用棘
轮罩,实现送丝长度的调整。
送丝长度和刀具位置同时进行调整,可
以实现不同长度钉子的加工。
缺点主要是:
虽然实现了一定程度上,加工钉子长度的调整,但
是,由于棘轮的调整是齿数的整数倍调整,只能实现离散数据的调节,
不能够实现连续长度的调节。
并且在调节钉子长度的时候要通过调整
棘轮送丝和刀具位置两项才能实现,而且两者的调节有一定的关联
性,要按一定比例进行调节,调节不方便。
表2方案二各机构选择
功能机构名称机械机构选择
6
送丝矫直机构
棘轮机构
剪断机构
曲柄滑块机构
压紧机构
凸轮推杆机构
冷镦钉帽机构
曲柄滑块机构
传动机构
带传动
图2方案二传动示意图
2.1.3方案三
2.1.3.1机构运动简介
如图3所示是方案三的传动示意图,表3列出了方案三的各个机
构的选择。
在方案三中,从定力矩扳手中受到启发,根据定力矩扳手
的原理进行改造设计,并且与槽轮结合,组合成为方案三中的送丝矫
直机构。
槽轮实现了间歇送丝的目的,在本方案中槽轮有6个槽,槽
轮转一圈,送丝6次,槽轮每转过一个槽时,与之相配合的依据定力
矩扳手原理改造的送丝轮转一圈,送丝轮的周长是本制钉机所能够加
7
工的最长钉子长度加8mm(镦头损失),在本设计中,送丝轮的长度为
88mm,即每次可以送丝88mm。
冷镦钉帽机构的镦头在送丝过程中距
离压紧机构右端面8mm,每次送丝到镦头之后,由于镦头的阻挡,丝
不能够继续送,此时送丝轮由于应用了定力矩扳手的原理,送丝轮的
外轮由于受力将不再转动。
送丝轮的内轮,由于弹簧被压缩,圆柱销
进入内轮,内轮可以继续转动,直到转了一整圈为止,从而实现自动
调节实际送丝长度。
并且通过送丝轮与其他三个小轮的配合使用,实
现矫直的目的。
送丝到位之后压紧机构将运动使钢丝被压紧,并且由
于压头上有花纹,钉子靠近钉头的地方也会被压出花纹,也就是目前
市场上钉子的形状。
压紧之后,镦头机构运动,进行镦头,之后剪断
机构将运动,通过刀具剪出四棱锥形的钉尖,同时剪断钢丝。
剪断之
后,出钉机构运动,将加工好的钉子运到制钉机之外,并且被运出去
的钉子都是朝着同一方向,节省了排钉的工序,提高了工作效率。
出
钉机构使用不完全齿轮实现间歇运动。
2.1.3.2优缺点分析
方案三的最大优点是可以轻松的实现不同长度钉子的加工,在调
整加工钉子的长度的时候,只需要改变剪断机构的位置即可,而不需
要调节送料机构。
并且该方案加上了出钉机构,使得加工好的钉子直
接就排列整齐,节省了排钉的工序,节省了加工成本,提高了加工效
率。
该方案的缺点主要是:
所用机构比较多,加工生产该机器的成本
略高。
8
表3
方案三各机构选择
功能机构名称
机械机构选择
送丝矫直机构
槽轮机构
剪断机构
曲柄滑块机构
压紧机构
凸轮推杆机构
冷镦钉帽机构
凸轮推杆机构
传动机构
齿轮传动
出钉机构
不完全齿轮机构
图3方案三传动示意图
2.2方案的选择
经过组内激烈的讨论和与老师交流意见,综合比较三个方案,分析各个方案的优缺点,我们最终确定方案三为我们设计的最终方案。
当今社会是一个快速发展的社会,效率和柔性制造已经变得越来越重要。
方案三的设计完全满足这两方面的要求,加上出钉机构,可
9
以节省排钉工序,大大提高了效率。
槽轮机构和借鉴定力矩扳手原理
的送丝机构相结合使用,完美的实现了送丝长度的连续可调节性,并
且调节加工钉子长度的步骤十分简单,很容易实现。
可轻松调节加工
钉子长度的柔性生产,必定能够适应社会高速发展的要求。
与该方案的优点相比较,其成本适当高的缺点已经显得不太重要
了,这是难以避免的,也是大家可以接受的。
3运动循环图
根据方案三的加工过程,首先确定该方案的运动循环图,如图4
所示。
图4运动循环图
4原动机的选择
该方案设计的原动件采用集中驱动,根据题目要求生产率为360
枚/min,为了实现该要求,则各个功能机构的构件的转速如表4所示。
表4各功能机构相关构件的转速
功能机构名称相关构件的转速
10
送丝矫直机构
送丝轮:
6r/s;槽轮:
1r/s;槽轮主动拨盘:
6r/s
剪断机构
曲柄:
6r/s
压紧机构
凸轮6r/s
冷镦钉帽机构
凸轮6r/s
出钉机构
出钉轮1r/s;不完全齿轮6r/s
图5Y250M-8交流电机
由表4可以看出,在该方案中,最大转速360r/s。
而目前市场
的一般电机的转速如下:
一般电机的转速:
2级电机3000转,4级
电机1500转,6级电机1000转,8级电机750转,10级电机600
转,16级电机500转。
根据各级数电机的转速,选择8级电机,并
且经过一定速比的减速箱进行减速,使得减速箱输出的转速为
360r/min,然后再经过齿轮传动,传到各个功能机构,使各个机构以
需要的转速转动,达到正常工作。
根据以上分析初步选定Y250M-8,该型号电机额定功率为30kw,转速为730r/min。
该电机如图5所示。
11
5各执行机构的设计
5.1基础机构设计
设计制钉机的各个执行机构的尺寸,首先要对各个功能机构进行
尺寸设计,设计尺寸实现各功能机构实现预定的运动规律。
5.1.1送丝矫直机构的设计
5.1.1.1送丝矫直机构的基本尺寸设计
对于送丝矫直机构,拟采用槽轮(如图6)和应用定力矩扳手原
理的送丝轮(如图7),保证每次的送料长度,同时,为了较好的控
制以及准确的送料,我们将采用槽轮机构来间歇控制定力矩扳手轮的
传动,以最大指定长度为基准,,将送丝轮的周长定为最长制钉长度
加镦头损失长度共88mm,根据要求,每分钟360枚,那么每秒钟需
要6枚。
于是,一秒钟扳手轮转六圈,六个周期,据此设计槽轮机构。
根据运动特点和生产需要,选用外槽轮机构。
为了尽量减少运动
时间,减少Τ值,提高生产率,不宜采用内槽轮机构,故而采用外槽
轮机构;槽轮槽数愈少,角加速度变化越大,运动平稳性越差,所以
设计时槽轮的槽数不应选的太少,也不宜太多,因为在尺寸不变的情
况下,槽轮的槽数受到结构强度的限制;在外槽轮机构中,当槽数
z=3时,槽轮的加速度变化大,运动平稳性差,因此在设计中,大多
选z=4-8。
12
图6槽轮机构设计图
图7送丝轮设计图
我们选用槽数为6,圆柱销数为1的外槽轮机构,预计效果:
主
动拨盘上的圆柱销随着主动拨盘转动,每转动一圈,槽轮转动一个槽,
然后再根据齿轮的传动,将运动传递给送丝轮,使得其运动一个周
13
期,所以能够实现1:
6的运动,齿轮传动比1:
6。
送丝轮设计根据最长钉子以及墩帽估计量88mm进行设计,外周
长为88mm,内部有单槽转盘,其中有弹簧连接,外连一圆柱销,销
径与内花纹边微拟合,内转外不转,以此来实现定力矩扳手传动送丝
过程。
槽轮和送丝轮靠齿轮传动,传动比1:
6.
5.1.1.2送丝矫直机构的运动分析
如图8所示,在送丝矫直机构中,主动拨盘转动360°,槽轮转
动60°。
主动拨盘转动6圈,槽轮转动1圈,实现间歇送丝目的。
图8槽轮与主动拨盘转角关系图
5.1.2
剪断机构的设计
5.1.2.1
剪断机构的基本尺寸设计
考虑到题目中的设计要求,加工钉子的直径为Φ1.6~Φ3.4mm,
所以切断机构刀具的行程不宜过大,设计其行程为30mm,由于选择
的机构为偏距e=0的曲柄滑块机构,则曲柄的长度理论上为行程的一
14
半,即15mm。
考虑制钉机的高度问题和刀具的运动情况,设计连杆
的长度为200mm。
如图9所示为剪断机构的运动简图。
图9剪断机构的运动简图
5.1.2.2剪断机构的运动分析
通过VB软件对该机构进行数据分析,如图10为剪断机构的运动
分析结果,从该结果中可以看出,该曲柄滑块机构在整个运动过程中
最小传动角为85.69876°,由此可知在整个传动过程中,传动角已
经很大,传力效果很好。
剪断机构的位移曲线如图11所示,剪断机
构的速度曲线如图12所示,剪断机构的加速度曲线如图13所示。
15
图10剪断机构的运动分析
图11剪断机构的位移曲线
16
图12剪断机构的速度曲线
图13剪断机构的加速度曲线
5.1.3压紧机构的设计
5.1.3.1压紧机构的基本尺寸设计
压紧机构的机械机构选择是凸轮推杆机构,该机构的设计主要是
对凸轮进行设计,凸轮的设计是根据所需要实现的运动规律来设计
的。
由于该机构是用来压紧钢丝的,所需要的力比较大,并且运动速
度为360r/min,转速也比较高,如表5比较几种从动件运动规律的冲
17
击特性和适合场所,我们最终采用5次多项式运动规律。
压紧机构在整个运动循环中要求:
在送丝到位之后开始压紧钢
丝,直到剪断机构剪断钢丝之后,压紧机构松开钢丝,出钉机构将加
工好的钉子运送出去,一个加工周期结束。
根据此要求设计压紧机构
凸轮的推程角为δ0=100°,远休角为δ01=160°,回程角为δ0’=100°,
近休角为δ02=0°。
并且结合加工钉子的直径和长度,设定压紧机构凸
轮的行程为h=20mm,基圆半径为r0
,滚子半径为
r
。
且
=75mm
r
=20mm
已知凸轮转速为ω=6r/s。
表5
从动件常用运动规律特性比较及使用场合
运动规律
冲击特性
适合场所
等速
刚性
低速中载
等加等减
柔性
中速轻载
余弦
柔性
中速中载
正弦
无
高速轻载
5次多项式
无
高速中载
对于5次多项式运动规律的位移
s,速度v,加速度a的计算公
式如下:
推程过程中,
0
0≤δ≤δ:
s
δ
3
δ
4
δ
5
h[10(
)-
15(
)
(6
)]
δ0
δ0
δ0
v
30hω1(δ)2-2(δ)3
(δ)4
δ0
δ0
δ0
δ0
2
2
3
60hω1
δ
δ
δ
a
-3
2
δ0
δ0
δ0
δ0
18
回程过程(001)
0010'中,
考虑凸轮的转动方向和从动件的偏置方向的影响,凸轮理论廓线上任一点的坐标为:
若凸轮逆时针转动M=+1,凸轮顺时针转动M=-1。
在本方案设计中,凸轮逆时针转动,δ表示转角,并且偏距e=0,则s0=r0,所以该凸轮理论廓线上任一点的坐标为:
x=(r0+s)sinδ
y=(r0+s)cosδ
考虑凸轮的转动方向的影响,凸轮实际廓线上任一点的坐标修正
为:
在该公式中,若凸轮逆时针转动M=+1,凸轮顺时针转动M=-1。
且
19
上面的一组“—”和“+”表示外包络廓线;下面的一组“+”和“—”
表示内包络廓线。
本设计中凸轮逆时针转动,则实际内包络廓线上任一点的坐标
为:
Xn
x
dy
/
d
rr
2
2
dx
dy
d
d
Yn
y-
dx
/
d
rr
2
2
dx
dy
d
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动 制钉机 设计 说明书 docx
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)