自动制钉机传动系统的设计54

1 绪论随着社会的发展和人民生活的进一步提高，建筑装饰和装修市场需求幅度增加。

因此对装饰，装修所必需的各种规格的排钉，其产量和质量有较高要求。

排钉的生产一般是由冲压类的制钉机制造，因此制钉机的性能优劣直接影响排钉的产量，质量和成本。

使用高新技术研制自动化程度较高的自动制钉机可以极大地提高排钉的产量与质量，提高产品的竞争力。

1.1自动制钉机简介制钉机是用来制造铁钉的生产设备。

制钉机又名废旧钢筋制钉机，它本着一切从废物利用节能高效，变废为宝的角度出发，一切从用户能够快速致富的角度出发，以经济实用性为主，达到了技术含量高，操作使用方便，它动力小，节约能源，性能稳定可靠。

质量达到标准，该设备具有体积小，灵活移动方便，低噪声、低耗电、易安装等特点。

故此该项目已成为各企业、个体、家庭、下岗职工、农民朋友快速致富投资的理想项目。

1.2传动系统简介传动系统是一种实现能量传递和兼有其他作用的装置，它的主要作用有：①能量的分配与传递；②运动形式的改变；③运动速度的改变。

传动通常分两类：①机械能不发生改变的传动—机械传动；②机械能转变为电能或电能转变为机械能传动—电传动。

常用的传动有带传动、链传动、齿轮传动、和蜗杆传动。

带传动通常是由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带所组成的当主动轮回转时一，依靠带与带轮接触面间的摩擦力拖动从动轮一起回转，从而传递一定的运动和动力。

带传动具有的优点：①有良好的绕性和弹性，有吸振和缓冲作用，因而使带传动平稳﹑噪声小；②有过载保护作用，可防止其他零件的损坏；③制造和安装精度与齿轮传动相比比较低，结构简单，制造﹑安装﹑维护均比较方便；④适合与中心距较大的两轴间传动。

在带传动中，常有的有平带传动﹑V带传动﹑多锲带传动和同步带传动等。

链传动是由链条和主﹑从动链轮所组成。

链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的拟合来传递运动和动力。

链传动时属于带有中间挠性件的拟合传动。

链传动五弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高；又因链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动的制造和安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。

按用途不同，链可分为：传动链﹑输送链和起重链。

齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，常用的渐开线齿轮传动具有以下一些特点：①传动效率高在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的。

一级圆柱齿轮传动在正常润滑条件下效率可达99%以上。

在大功率传动中，高传动效率是十分重要的。

②传动比恒定齿轮传动具有不变的瞬时传动比，因此齿轮传动可用于圆周速度为200sm以上高速传动。

③结构紧凑在同样使用条件下，齿轮传动所需空间尺寸比带传动和链传动小得多。

④工作可靠﹑寿命长。

齿轮传动在正确安装，良好润滑和正常维护条件下，具有其他机械传动无法比拟的高可靠性和寿命。

齿轮传动可分为平行轴齿轮传动﹑相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动三类。

90的两轴间动力和运动传蜗杆传动时一种空间齿轮传动，能实现交错角为。

递。

蜗杆传动与圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动相比具有结构紧凑﹑传动比大﹑传动平稳和易自锁等显著特点。

蜗杆传动通常用于中﹑小功率非长时间连续工作的应用场合。

根据蜗杆形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动﹑环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。

蜗杆传动的特点：①能实现大传动。

动力传动中一般传动比50i～80；在分度机构或手动机构传动中，传动比i可达到300；若只传递运动，传动比可达1000。

②蜗杆在传动过程中是连续不断的螺旋齿的拟合，蜗杆和涡轮在传动过程中式逐渐进入啮合和逐渐退出啮合，同时啮合的齿对数又较多，因此传动平稳，冲击载荷小，噪音低。

③蜗杆传动通常具有自锁性，即蜗杆螺旋线升角小于啮合面当量摩擦角。

④蜗杆在传动过程中与蜗杆啮合齿面存在较大的相对滑动速度，摩擦和磨损较大，容易引起过热，使润滑失效，因此与其他此轮齿轮传动相比，发热量大，传动效率低。

1.3执行系统简介执行系统包括执行机构和执行构件。

它的功能是驱动执行构件按给定的运动规律运动，实现预期的工作。

执行系统一般处于机械系统的末端。

执行构件直接与工作对象接触。

执行系统可以包含一个或多个执行构件。

如曲柄滑块﹑摩擦轮﹑凸轮滑块机构都可以是执行机构。

在机械设计时，为了完成一定的运动，常要求某些从动件的位移﹑速度或加速度按照预定的规律变化，尤其当从动件需按复杂的运动规律运动时，通常采用凸轮机构。

凸轮机构的优点是，只要合理地设计凸轮的轮廓曲线，便可使从动件获得任意预定的运动规律，并且机构简单紧凑。

凸轮机构的类型繁多，通常可按下述三种方法来分类：㈠按从动件的形式分类①尖底从动件凸轮机构：这种从动件的结构最简单，但由于接触点会产生很大的磨损，故实际上很少用。

②滚子从动件凸轮机构：这种从动件的一段装有可自由转动的滚子和齿轮轮廓之间为滚动抹茶，磨损较小，可用于传递较大的动力，因此应用最广。

③平底从动件凸轮机构：这种从动件受凸轮的作用力方向不变，且接触面易于形成油膜，利用润滑，故常用于高速轮机构之中。

这种从动件的缺点是不能具有内凹轮廓和凹槽的凸轮相作用。

㈡按凸轮的形状分类：移动凸轮﹑盘形凸轮﹑圆柱凸轮和锥形凸轮㈢按凸轮与从动件维护高复接触的方式分类：外力锁合和几何锁合。

1.4三维设计软件简介三维设计软件现在有好多的，不过目前用的最多的是AUTOCAD软件。

AUTOCAD的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。

从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。

1.5设计思路钉子的原材料是一卷与铁钉直径相等的钢丝，为了使设计的机构能够满足产品设计的要求，设计思路是：①送丝校直：送丝是制钉的第一个过程，在送丝的同时利用摩擦轮把弯曲的钢丝校直，使送丝与校正同时实现，但考虑到接下来的加工过程，不能使钢丝不停的传送，所以使用间歇机构，使送丝间歇性的传送。

②冷镦钉帽：由夹紧机构夹紧钢丝，进行冷镦钉帽，需要较大的冷镦力，采用曲柄滑块机构完成这个动作。

③加工顶尖：通过模具加工出顶尖形状。

④剪断钢丝：加工完成后，通过剪断机构剪断钢丝。

为了使结构紧凑，挤顶尖和剪断机构由凸轮机构同时完成。

⑤夹紧机构松开，铁钉掉落，加工下个钉子，重复循环。

1.6要解决的问题查阅相关资料，在已有的运动方案的基础上，对执行机构如输送机构﹑校直机构﹑夹紧机构﹑剪断机构等进行结构设计，对传动系统主要零件进行设计，设计传动系统的三维机构等。

最终用三维软件设计一种结构简单，传动性能良好的自动制钉机，使其在无人协助下，完成一系列制钉动作，其工作要平稳可靠，工作室噪音尽量小。

2机构运动循环图和运动方案的确定2.1机构的运动循环图来完成的：输送、校直钢丝，并按节拍要求间隙地输送到装夹工位；冷镦钉帽、在此前夹紧钢丝；冷挤钉尖；剪断钢丝；以下列出三种方案：方案一图2自动制钉机机构简图方案一方案二图3自动制钉机机构简图方案二方案三图4自动制钉机机构简图方案三方案设计的比较：1方案一结构中，剪断机构与挤压机构由两个曲柄滑块机构带动，而在第二个方案设计中，由一个飞轮带动，这样，就十分节约空间，结构紧凑，并使工作相对可靠。

2方案一中，夹紧装置与冷镦机构的动力传输采用的是链式传动，并且夹紧装置的布置方式为垂直布置，而在方案二中，夹紧装置采用的是水平布置，两种传动结构，由齿轮和锥齿轮完成，这样，就使传动更加平稳，结构更加紧凑，并且水平布置的夹紧机构，可利用重力自动将已加工好的钉子，落入成品盒中。

3方案一中，采用对称的剪断机构，冷挤机构，夹紧机构，完成剪断，冷挤，夹紧动作，而方案二中，采用静止不动的模具，这样达到的效果和方案一是一样的，但整体的结构更加紧凑。

4方案三中，将加紧机构改为凸轮机构，这样就可以使机构简单并且更加容易实现加紧功能，而且控制精度更为精确，更便于加工，以及整个系统的空间布置，实现容易，结构紧凑。

5在方案三中，将校直机构更改为小轮转动送料和校直，可用电机直接控制，这将更容易方便控制进给量和提高校直的效果。

6综合以上三种方案的优缺点，结合说明书中的要求，即结构紧凑，传动性能良好，噪音尽量小，综合评定，方案三中的结构设计更为合理并符合要求。

2.3机械系统的运动传动图图5机械系统运动传动图对应上图简述一下机器的工作原理：将一捆钢丝套进机器右边的圆柱形滚筒上，头部稍微较直后插入较直辊轮直到到达输送钢丝的辊轮，通过手摇杆使钢丝继续前进，直到其到达夹紧机构前面的挡板，取下手摇杆和挡板，使主轴转角在一定位置，确定主轴上的离合器是断开的，然后启动电动机，等主轴匀速转动时，闭合离合器，这时电动机的动力通过皮带轮打主轴上，主轴将动力分配给各个执行机构，开始生产钉子：①主轴上的一个凸轮使得摇杆转动一个角度，通过一对齿轮放大角度后再通过一个单向齿轮时送丝辊轮转动相应的角度，从而使钢丝向前走相应的长度。

（单向齿轮的作用是当摇杆向回摆动时，辊轮不向回转动）。

②主轴上的一对正时锥齿轮将动力同速传到一根轴上，轴上有两个凸轮，靠近主轴的一个是夹紧装置的凸轮，另一个是冷挤、剪断装置的凸轮，两者都采用凸轮滑块的形式。

先夹紧和固定钢丝，在冷挤、剪断钢丝尾部，形成钉尖。

③主轴中部的一个曲柄摇杆将动力传到冷镦滑块上，滑块镦在被夹紧的钢丝上，是其在被固定在夹紧装置上的凹模中成型为钉帽。

④冷镦装置退回，同时冷挤装置松开，接着夹紧装置松开，制好的钉子靠重力掉下在机器下面的收集箱内。

⑤接着做第二个钉子。

重复循环。

3设计任务please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings原始数据及设计要求：铁钉直径1.6mm —3.4mm铁钉长度25mm —80mm生产率360枚每分钟 最大冷镦力3000N ，最大剪断力2500N冷镦滑块质量8kg 其他杆状构件质量和转动惯量不记钢丝输送时要求匀速，冷镦冷挤时需考虑增力要求结构紧凑，传动性能良好，噪音尽量小3.1电动机的选择3.1.1送丝机构功率钢钉长度为25mm,生产率为360枚每分钟，61枚每秒。

同时在一个循环周期︒0—︒360内，在︒0—︒120内为送丝机构的工作时间，所以=平均V s m s mm T S 45.06125== 式（3-1） 查看机械设计手册钢材理论计算公式：2*00617.0d W =所以钢钉的重量为100025300617.02⨯⨯=W 式（3-2） =0.00138825 KgG=w ×10=0.0138825 N查机械设计册 F= u ×g 式（3-3） 所以 F=0.25×0.0138825=0.00347 N故拉动钢丝的功率为W FV P 00156.045.000347.01=⨯== 计算时可忽略计。