机械原理课程设计-自动制钉机

目录1. 设计题目 (2)1.1 工作原理及工艺过程 (2)1.2 工艺数据 (2)1.3 设计任务 (2)1.4 课程设计目的 (2)2. 运动循环图 (7)3. 设计方案 (2)3.1 设计思路 (2)3.2 设计方案一 (3)3.3 设计方案二 (3)3.4 设计方案三 (4)4. 最终方案 (4)5. 所选方案的具体设计及分析 (4)5.1 机构各部分设计和分析 (4)5.1.1 送料校直机构设计与分析 (4)5.1.2 夹紧机构设计与分析 (5)5.1.3 冷镦机构设计与分析 (5)5.1.4 冷挤机构设计与分析 (6)5.1.5 切断机构设计与分析 (6)5.2齿轮马达动力原件图 (6)6. 课程设计总结 (8)7. 参考资料 (8)1.设计题目1）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.2）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.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）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，在此前需夹紧钢丝。

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）铁钉直径为Φ1.6—Φ3.4mm。

2）铁钉长度为25—80mm。

3）生产率为360枚/min。

4）最大冷镦力为3000N，最大剪断力为2500N。

5）冷镦滑块质量为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。

1.3 设计任务1）根据工艺动作要求拟定运动循环图。

2）进行送丝校直机构、冷镦钉帽机构、冷挤钉尖机构、剪断钢丝机构的选型。

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。

1.4 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）提高绘图、表达、计算机应用和查阅资料的能力。

2. 运动循环图3. 设计方案3.1设计思路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）剪断钢丝：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。

3.2 设计方案一机构简图：方案简介：1）在这个方案中，我们采用槽轮机构，产生间歇运动，带动摩擦轮转动传送钢丝。

然后通过夹紧机构夹紧，接着冷挤机构，冷墩机构和切断机构同时协调工作。

2）夹紧机构我们用的是内槽凸轮，这样可以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。

3）冷挤机构采用连杆机构4）冷墩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。

3.3 设计方案二机构简图：方案简介：1）这个方案中我们考虑将冷挤和切断一起作成模具，同时进行工作，结构更加简洁，同时又能避免复杂的协调工作，并且可以提高效率，但是模具比较贵，而且有容易坏，这样并不经济。

2）我们将方案一中的曲柄滑块机构替换为更复杂的增力机构，因为冷墩机构需要很大的墩力，普通的曲柄滑块机构无法产生足够大的力。

3.4 设计方案三机构简图：方案简介：1）在这个方案中，我们仍旧采用槽轮机构作为送丝机构，但增加了齿轮传动，这样就可以通过齿轮成套替换可以实现不同的传动比，从而使摩擦轮的转速可调，使送丝长度变化，从而可以制造不同长度的钉子。

2）冷墩机构用增力机构，因为镦钉帽需要较大的力，采用这个机构能够增大压力角。

3）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，但准确性将大大提高。

4）镦钉尖机构和夹紧机构仍采用内槽凸轮4. 最终方案过对以上三个方案的综合分析我们组最终决定采用第三个方案来作为我们的最终设计方案。

在此方案中，我们将要采用两个凸轮机构、一个曲柄滑块机构、一套齿轮变速机构，以及两个传送带。

送丝校直机构是由糟轮带动滚轮完成间歇送丝运动，夹紧和冷挤都是由凸轮机构完成的，切断有四杆机构构成，冷墩则是由一个较为复杂的多连杆增力机构来实现。

此方案的送丝校直机构采用槽轮机构实现间歇移动，从而实现间歇送丝，过齿轮可以方便的实现制钉的长度变化，其他机构不易实现制钉长度的变化，综观整个机构，机构的结构设计还是较为紧凑合理的，所用到的机构类型也尽量在满足要求的情况下，选择比较简单的机构类型。

真个机构的传动还是比较平稳的，效率上也基本可以满足360枚/min的要求。

◆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，和镦钉尖不同时完成，这样可以提高切断时的稳定性和准确性。

采用增力机构又能够使方案一中镦力不够的情况得以解决。

但是制钉的长度不易改变。

◆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换齿轮，调整传动比，易于调整钉子的长度，能更好的符合设计要求。

◆因此方案三成为我们的最终方案。

5.所选方案的具体设计及分析5.1 机构各部分设计和分析5.1.1送料校直机构设计与分析机构图：将钢丝传送之前利用摩擦轮将弯曲的钢丝校直，由于每传送一个钉子距离要等完成所以步骤之后才能再送料，所以此处采用槽轮机构间歇送料，送丝机构为主动机构，带动校直机构同时协调工作，使送丝校直间隙协调地传递，械效率高，并能平稳地，为防止在送丝中钢丝在两滚轮之间产生相对滑动，我们在滚轮上开了圆槽。

具体参数：摩擦轮半径：35拨盘转速：12πrad/s每个钉子长度：参数计算公式或依据结果槽数z由工作要求确定4圆销数n 1中心距L由安装空间确定52.5回转半径R R=L sinφ=L sin(π/z) 37圆销半径r由受力大小确定r≈R/6 8槽顶半径s s=L cosφ=L cos(π/z) 37槽深h h≥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b b=3~5 mm 经验确定 3锁止弧半径r0r0=R-r-b305.1.2 夹紧机构设计与分析机构图：此机构主要是和冷墩、冷挤和切断机构协调工作，冷墩、冷挤和切断之前夹紧，冷墩、冷挤和切断都完毕之后松开，钉子由于重力作用自动落入乘钉容器，采用几何封闭凸轮，虽然机构的尺寸设计比较复杂，但是传动平稳性较高。

具体参数：凸轮转速：12πrad/s5.1.3 冷镦机构设计与分析机构图：此机构为增力机构，和四连杆机构相比，可带来最大冷镦力，在常温下墩出钉帽。

所以可用做制钉机的冷墩机构。

平面连杆机构机构简单，虽然传动不太稳定，但效率较高。

具体参数：主动杆转速：12πrad/s5.1.4 冷挤机构设计与分析机构图：此机构通过模具挤压出钉尖形状，通过凸轮实现冷挤钉尖和夹紧、切断机构的协调工作，传动平稳性和机械效率都能满足要求。

具体参数：凸轮转速：12πrad/s5.1.5 切断机构设计与分析机构图：具体参数：连杆转速：12πrad/s5.2 齿轮马达动力原件图6. 课程设计总结通过这次课程设计，我们真是收获颇丰,不仅温习、巩固了课本上学所学知识，而且让我们在实际操作中体会到了多动脑带来的快乐，团体合作的力量以及相互讨论的好处。

这次课程设计使我们对于设计一个机器的流程有了更详尽的了解。

在设计过程中，我们按照课程设计题目的要求，收集了有关自动制钉机的工作原理的资料，然后构思出了自动制钉机加工的基本工作流程，接着把整个工作流程进行划分，对每一个工作阶段进行详细的分析，通过我们学过的各种可行机构来制造零件、组装模拟，从而达到我们的设计目的，最后将各部分进行合理的衔接，这样我们就完成了一个完整自动制钉机方案设计。

在有了设计方案后我们对机构的各个部分进行计算从而得到设计数据和参数。

在这次对自动制钉机的设计中让我们基本了解到设计一个机器的流程，并且当我们投入到设计当中去后，我们学会了怎样通过我们学过的知识去解决我们所遇到的问题。

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。

7. 参考资料【1】王知行、邓宗全主编，机械原理（第二版），北京：高等教育出版社，2008【2】王淑仁主编，机械原理课程设计，北京：科学出版社，2006【3】孙桓、陈作摸主编，机械原理（第六版），北京：高等教育出版社，2001【4】文庆明主编，轧钢机械，北京：化学工业出版社，2004【5】胡亚民、何怀波、牟小云、温正忠主编，摆动碾压工艺及模具设计，重庆：重庆大学出版社，2001【6】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，2005【7】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，2000。