一体自动制钉机

1、机械原理课程设计机械原理课程设计一体自动高效制钉机设计者：072095林 培 朱辉彪 何成刚指导老师： 王玉丹 曾小慧中国地质大学（武汉）2011年7月15日- 4 -目 录一、设计背景 3二、题目 3三、工作原理及工艺动作过程 33.1基本功能要求 33.2 原始数据和设计要求 43.3设计任务 43.4 课程设计目的 4四、制钉机功能分解 51、运动方案的选择 4 4.1 方案一 54.2方案二 64.3方案三 74.4方案的比较及最终方案的确定 8五、机械系统的运动循环简图 95.1时间运动系数确定 95.3运动循环图 10六、机构尺寸的设计 116.1 电动机的选择 116.2 减速器的设计 116.3齿轮的设计1264刀具进给机构的设计156.5冲压机构的设计 16七、机械课程设计总结 27八、参考资料 29九、附录 31 一、设计背景 钢钉是用途极为广泛的五金制品，有人类生产的地方必定少不了钢钉的身影，其所发挥的作用又是其他物体不可替代的 ，所以高效、廉价地生产出优质的钢钉显得尤为重要。 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

2、钉子，具有取料易、投资较少，利润回收快等优点。现有的制钉机（如下图）的原理为：1、先将原料经拉丝机拉丝除锈同时完成，拉成您所需要钉子的规格直径；2、再进入制钉机制成圆钉；3、装入抛光机（加入原料）抛成您所需要的亮度倒出；4、计量包装出厂。（还可拉成方格网片、鸡笼、大棚、衣架、车筐等方面使用。） 经过我们的调研发现，现在市场上的制钉机存在两个主要的问题，问题如下：一是结构非常复杂；二是造价很高，价格高达上万元。我们设计了一款结构简单，造价较低的制钉机。运用机构的间歇运动与凸轮的运动在模具中进行墩制，靠电磁铁的吸附来取出已加工好的成品，高速高效废品率低是其最大的特点 。 二、题目一体高效自动制钉机 制钉机完成自动间歇送料切断并运料， 镦制，电磁铁吸附输送等动作。三、工作原理及工艺动作过程 3.1基本功能要求 制造钢钉是将一卷直径与钢钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。1）送料校直钢丝，第一次轧制钉尖，并按节拍要求间歇地输送到模具。2）剪断钢丝。3）墩制钉帽，第二次冷挤钉尖。4）电磁铁吸附，运输。3.2 原始数据和设计要求1）钢钉直径为2.8mm。2）钢钉长度为50mm。3）生产率

3、为600枚/min。4）最大镦力为3000N，最大剪断力为2500N。5）冷镦滑块质量为，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。3.3 设计任务1）根据工艺动作要求拟定运动循环图。2）进行送料校直机构、剪断钢丝机构、冷挤钉尖机构、冷镦钉帽机构的选型。3）机械运动方案的评定和选择。4）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图。5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算。6）画出机械运动简图。7）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟。8）编写设计计算说明书。3.4 课程设计目的1）综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深。2）得到初步的机械选型与组合以及确定运动方案、创新机械产品能力的训练。3）明白设计机械产品的思路步骤。4）提高绘图、表达、计算机应用和查阅资料的能力。 5）学会团队合作，增强团队意识。四、制钉机初步功能分解示意图制钉机功能分解送料机构及轧制钉尖运输及吸附机构 切断机构墩制钉尖及钉帽机构 完成机构不完全齿轮机构及电磁铁 凸轮

4、连杆机构 凸轮连杆机构不完全齿轮机构及轧轮机构 1、运动方案的选择 4.1 方案一 不完全齿轮机构为送丝校直机构，实现间歇送丝。两次用到凸轮连杆机构进行剪切和墩制钉帽。 送丝校直机构不完全齿轮机构 剪断机构凸轮连杆机构 冷挤机构偏心轮机构 冷镦钉帽机构凸轮连杆机构 改进方法：该方案冷镦钉帽的执行构件为凸轮推杆机构，欲得理想结果此处凸轮会受到较大的力，对凸轮磨损较大 ，改成六杆增力机构比较好； 顶头处冷挤，同上对凸轮磨损较大，且难实现其预期挤压的效果； 4.2 方案二 通过棘轮机构实现间歇运动送料。摇杆滑块机构进行墩制钉帽。而钉尖的制作采用轧制。送丝校直机构棘轮机构 剪断机构凸轮连杆机构 冷挤机构凸轮连杆机构 冷镦钉帽机构摇杆滑块机构 改进方法：夹紧装置执行机构由两个凸轮机构实现，夹紧环与加工品之间摩擦太大，已磨损。后面的冷挤与剪断的操作同步进行，为了使制钉循环进行，应处理制造好的铁钉出料问题。棘轮机构虽然具有间歇性，但传动时噪音较大，工作环境较差。 4.3 方案三 不完全齿轮使工作平台圆盘、轧轮间歇运动，凸轮实现刀具、磁头、冲压机构的间歇运动。工作流程的简单介绍：圆盘停歇时，轧轮运动送

5、丝，同时刀具开始运动，刀具上的挡板带动已经充磁的磁铁推杆摆动到已经冲压好的铁钉上方处，将铁钉吸附。同时冲头在凸轮连杆机构的带动下冲压铁钉。刀具切向应经经过初步冷挤的铁钉处，并与相反方向的凸台共同作用将铁钉切断。刀具在凸轮推杆下继续运动退回途中，同时带动磁铁离开圆盘区域，此时圆盘也开始运动 ，磁铁退磁铁钉在重力作用下落入存储箱中。送丝校直机构不完全齿轮机构 剪断机构凸轮连杆机构 冷挤冷墩机构凸轮连杆机构 运输及吸附不完全齿轮机构和电磁铁 4.4 方案的比较及最终方案的确定 通过上述三种方案的比较分析，择优去劣，最终选择方案三。方案三的优势明显：1、工作平台采用转盘机构，送料、剪切、冷镦、吸附等功能几乎能同时进行，大大提高了制钉的效率。 2、轧轮机构的采用集送丝拉直于一体，简化了工作流程，提高了工作效率。 3、不完全齿轮的应用，使机构具有较高的定位精度，废品率低。五、 机械系统的运动循环简图5.1时间运动系数的确定 底盘运料开始于小凸轮150度小凸轮于大凸轮同步过程:t=075度一起转动T=75 开始冲压T=120冲头停止，刀具切割。T=130 冲头离开，刀具停止T=140 刀具离开T=1

6、50 底盘转动5、2运动循环简图运动循环简图六、机构尺寸的设计 6.1电动机的选择 本机械所需电动机对启动性能，调速性能及转速差有要求，属于高驱动源，而在室外环境下，灰尘铁屑较多，需要选用封闭式电机，所以Y型最合适。转速为1500r/min。 考虑到电机与减速器的配合，减速器的输出端的转速w=4rad/s，转速很低，如果电动机转速过高则要求减速器的传动比较高，致使减速器很大很重，造价也很高。 又考虑到电动机的功率不用太大，所以要选用低功率电机，低功率电机转速往往很高，高功率电机转速可以很低，价格相应也较贵。电机的尺寸也不应过大。综合、考虑，选择Y112M-4 电动机 部分参数如下表： 型号额定转速r/min额定功率/kw转速r/min额定转矩kN.mY( 112M-4) 1500414402.36.2减速器的设计 1、确定传动比根据电机和输出转速确定传动比,电动机输出转速n=1440r/min，主轴的转速n=120r/min,故选择传动比为i=12的减速器 。6.3齿轮的设计6.3.1正齿轮的选择主轴的转速n主=120r/min;n凸=120r/min进给机构的运动学尺寸确定与轧轮相连的轴因为与主轴转向相反， n=30r/min；故采用外接齿轮变向，由于按空间位置设计两轴水平距离215mmm,竖直距离为46mm。经计算两轴相距220mm，此处齿轮取m=4则Z5+Z6=36；取Z5=9,Z6=27,其中Z5为不完全齿轮（有1/2周无齿），满足要求。 6.3.2不完全齿轮的选择 由于需间歇运动，选用Z3为不完全齿轮，选定Z3=10不完全齿轮的全齿应为2，有1/2周无齿)，再根据受力情况选定，则又I34=4:1,取与Z3相啮合的Z4=40。 为避免从动轮在开始运动和终止运动时的速度突变所产生的冲击，可在两轮上安装瞬心线附加杆，使从动轮运动的速度平稳增加和平稳地减小，平面图如下： 6.3.3锥齿轮设计由于齿轮的受力不能过大，选择，又因为齿轮的尺寸不能太大，且为了避免发生根切现象，选择分锥角，那么，综合上述要求选择最佳方案为63.4轧轮的设计钉长50mm，轧轮转速为30r/m

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