機械系統(tǒng)設(shè)計大作業(yè)-螺釘排列機

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1、螺釘排列機設(shè)計 摘要：螺絲排列機行業(yè)內(nèi)也稱之為螺絲機、 螺絲整列機、螺絲送料機等。 主要是為在傳統(tǒng)螺絲鎖付工藝過程中簡化工人操作流程，降低工人勞動強 度而開發(fā)設(shè)計的。主要作用是將螺絲整齊排列送至指定位置，由電批操作 工直接取料，簡化傳統(tǒng)鎖付動作，提高生產(chǎn)效率。廣泛應用于電子產(chǎn)業(yè)。 目前市場上主要是日本品牌和國產(chǎn)品牌占據(jù)市場主導地位，價格差異較大。 根據(jù)國內(nèi)市場的發(fā)展和各螺絲機生產(chǎn)廠家技術(shù)的不斷完善，國內(nèi)少部分廠 家的品質(zhì)完全已經(jīng)達到進口產(chǎn)品的品質(zhì)！其中深圳市尚格鼎工科技有限公 司開發(fā)的HAOAN品牌旗下的 GE1050可實現(xiàn)多種規(guī)格螺絲公用同一臺設(shè) 備，依托其螺絲鎖付自動化的技術(shù)背景開發(fā)出

2、垂直電批支架、螺絲鎖付控 制系統(tǒng)，結(jié)合其螺絲排列機使用，可完全實現(xiàn)螺絲鎖付過程中漏鎖、浮鎖、 滑牙、計數(shù)等功能，完全不同于市場上所謂計數(shù)螺絲機，可真真意義上實 現(xiàn)上述功能！ 關(guān)鍵詞：螺絲機螺釘排列螺絲送料螺絲整列 第一章總體方案設(shè)計 1設(shè)計任務抽象化 散亂的螺釘 =>| =>排列好的螺釘 電 能 > 黑 箱 > 機械能 驅(qū)動信號 --一 2確定工藝原理 ①手動將螺釘放入料斗 ②利用凸輪實現(xiàn)滑動板的上下移動 ③通過特殊形狀的受料槽實現(xiàn)螺釘?shù)呐判? ④利用重力實現(xiàn)螺釘?shù)妮敵? 3工藝路線圖 散亂的 加工 Z 排列整 螺釘 I >齊的螺 4功能分解、畫功能樹 5確定每

3、種功能方案、構(gòu)造形態(tài)學矩陣 1 2 3 4 A螺釘?shù)南蛏陷斔? 凸輪 P曲柄滑塊 槽輪 氣缸 B螺釘?shù)呐帕? 機械臂 人工 特殊形狀的槽 C螺釘?shù)妮敵? 重力 ) 一傳送帶 吸盤 6確定邊界條件 螺釘?shù)闹睆?,長度16?20 7方案的評價、確定一種方案 確定的方案：A1+B3+C1 方案評價：由于滑動板運動到最上面時需要一個短暫的停歇使螺釘能夠順利 的輸送出去，又考慮到經(jīng)濟方便的問題，故選用凸輪實現(xiàn)螺釘?shù)南蛏陷斔停?考慮 到成本、效率的問題，螺釘?shù)呐帕胁捎锰厥庑螤畹氖芰喜郏?螺釘?shù)妮敵隼弥亓?則經(jīng)濟可靠。1.8方案簡圖 a.螺釘?shù)墓┧蜋C

4、構(gòu) 15 b.螺釘?shù)呐帕休斢蓹C構(gòu) 8總體布置設(shè)計、畫由總體布置圖 9主要參數(shù)的確定 動力參數(shù)：電源220V功率50W 尺寸參數(shù)： (1)整機外廓尺寸：123*181*145 (2)特性尺寸：螺釘直徑6長度16?20 運動參數(shù)：凸輪轉(zhuǎn)速12轉(zhuǎn)/分 第二章執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計 1擬定運動方案，確定執(zhí)行機構(gòu)類型及組合 為實現(xiàn)滑動板的往復式直線運動，且滑動板

5、達到最高時需停頓一定時間使得 螺釘滑出，執(zhí)行機構(gòu)可采用盤形凸輪。 2運動分析（凸輪設(shè)計） 根據(jù)任務要求可采用對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu) a.確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸 行程=30mm 圖1 3. 5-5 確定門艷端網(wǎng)半鋅的計油國品 新版機械設(shè)計手冊第2卷圖13.5-5 作圖求得 Rp = 100mnf］則 r0 = Rp -h/2 = 85mm b.確定推桿的運動規(guī)律 由于工作條件為中高速輕載，應選用 amax和 jmax較小的運動規(guī)律，以保證推 桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。由教材《機械原理》表 9-1可知，對該凸輪推程 運動規(guī)律可選用正弦加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可

6、選用五次多項式運動規(guī) 律。 C.求凸輪工作廓線 如上圖所示，設(shè)取坐標系的y軸與推桿軸線重合，當凸輪轉(zhuǎn)角為6時，推桿 的位移為s,根據(jù)反轉(zhuǎn)法可知，此時推桿平底與凸輪應在 B點相切。又由瞬心知 識可知，此時凸輪與推桿的相對瞬心在 P點，故推桿的速度為 v = Vp = OP - 或 OP = v/ = ds/d：. 而由圖可知，B點的坐標為 x = （r0 s sin 3 -ds/d、cos、 y = r0 s cos、- ds/d、sin、 （a） 此即為凸輪工作廓線的方程式 式中，位移s應分段計算 ①推程階段 取601 =90。=冗/2 s1 = h〔 f / 二01 ）

7、-sin 2-二1 /、u /2二 I =h12、1/二-sin 4、1 / 2二] 、1 = 0,二 / 2】 ds, /d 1 = h2/二-2cos（4、1）/二 1 ②遠休止階段 取602 =90=冗/2 s =30 a2=b,Jr/2] ds2 /d、2 = 0 假設(shè)凸輪轉(zhuǎn)速為12r/min ,則凸輪轉(zhuǎn)一周時間T= 5s,可得凸輪轉(zhuǎn)過遠休止 階段的時間為1/4T即1.25s 驗證在這個時間內(nèi)，螺釘是否能滑出受料槽 當滑動板運動到最高時對螺釘進行受力分析：  螺釘質(zhì)量：m =。k二dk /2 2 ? l二d/2 21 取最小螺釘計算得： m = 7.8x10)

8、6x3.14x(10/22 +16x3.14x(6/2)2 7.2g 通過上網(wǎng)查得摩擦系數(shù)u =0.005 假設(shè)受料槽彳K斜角度為300 則螺釘所受合力為F合=1 mg」3」mg 2 2 代入數(shù)值計算得: F合=0.5x7.2x9.8x10，— V3/2黑 0.005黑 7.2父 9.8父 10,=0.035N 假設(shè)滑動板寬度為L= 30mm 則螺釘滑出受料槽的時間為t = 代入數(shù)值計算得: 4 7.2 0.001 0.3 3 0.035 =0.38s<1.25s 因此，螺釘能順利的從受料槽滑出 ③回程階段取603 = 60』=兀/3 3 3 4 4 5

9、 5 s3 = 10h-，3 / " 03 - 15h-，3 / " 03 6h 3 / 03 = 270h、；/二 3 -1215h、；/二 4 1458h ；/二5 、3 = 0,二 /3】 ds3/d 3 -270 3h、；/二 3 -1215 4h、；/二 4 1458 5h ；/二5 ④近休止階段 取仇4 =120 = 2冗/3 s4 = 0 1 - 0,2二 /31 ds4 /d、4 =0 ⑤推程段的壓力角和回程段的壓力角 a a arctan ds/d r s 取計算間隔為5。，將以上各相應值代入式(a)計算工作廓線上各點坐標值，

10、在計算時，推程階段取6 = 60,遠休止階段取6 = 6 0 +6 01 + 6 02,回程階段 取 6 = 6 0 +6 01 + 6 2,近休止階段取 6=6 0 +6 01 + 6 02 +6 03 計算結(jié)果見下表： 推 程 6 s ds/d 6 x y a 0 0 0 0 85 0 5 0.03364093 1.151788739 8.55859 84.6097 0.77603 10 0.264249776 4.468231594 19.2064 83.193 2.99981 15 0.865037108 9.54931475

11、8 31.4475 80.4677 6.34595 20 1.964564299 15.78218178 44.5741 76.3221 10.286 25 3.631237056 22.41505342 57.7722 70.8541 14.1926 30 5.865054646 28.64790377 70.2424 64.3674 17.499 35 8.597609979 33.72895561 81.3146 57.3244 19.8172 40 11.70034056 37.04535627 90.5363 50.26

12、43 20.9615 45 15.00003508 38.19709702 97.7202 43.7011 20.9053 50 18.29972536 37.04526029 102.944 38.0213 19.7288 55 21.40244376 33.72877524 106.506 33.4007 17.5882 60 24.13498043 28.64766075 108.838 29.7576 14.7081 65 26.36877513 22.41477707 110.407 26.7515 11.3796 70

13、 28.03542352 15.78190543 111.616 23.8299 7.94819 75 29.13492782 9.549071742 112.717 20.3163 4.78249 80 29.73569648 4.468051221 113.769 15.5231 2.23009 85 29.96629315 1.151692766 114.629 8.87226 0.57395 90 29.99992985 2.06149E-09 115 -0.0004 1E-09 遠 休 止 95 30 0 114.5

14、62 -10.023 0 100 30 0 113.253 -19.97 0 105 30 0 111.081 -29.765 0 110 30 0 108.064 -39.333 0 115 30 0 104.225 -48.602 0 120 30 0 99.5926 -57.5 0 125 30 0 94.2021 -65.962 0 130 30 0 88.0947 -73.921 0 135 30 0 81.3168 -81.318 0 140 30 0 73.9201 -8

15、8.096 0 145 30 0 65.9607 -94.203 0 150 30 0 57.4994 -99.593 0 155 30 0 48.6004 -104.23 0  160 30 0 39.3316 -108.06 0 165 30 0 29.7634 -111.08 0 170 30 0 19.9688 -113.25 0 175 30 0 10.0221 -114.56 0 180 30 0 -0.0008 -115 0 回 程 185 29.8473669 5.

16、015026844 -15.006 -113.97 2.50033 190 28.93518519 16.57860114 -36.112 -109.33 8.27893 195 26.89453125 30.21450057 -58.846 -100.26 15.111 200 23.7037037 42.44121891 -77.061 -87.632 21.3271 205 19.60141782 50.77196598 -90.222 -73.343 25.8912 210 15 53.71466769 -96.519 -

17、59.744 28.2423 215 10.39858218 50.77196598 -96.309 -49.023 28.0222 220 6.296296296 42.44121891 -91.196 -42.656 24.9324 225 3.10546875 30.21450057 -83.665 -40.934 18.9286 230 1.064814815 16.57860114 -76.586 -42.621 10.9033 235 0.152633102 5.015026844 -72.63 -44.733 3.37

18、051 240 0 0 -73.613 -42.499 0 近 休 止 245 0 0 -77.037 -35.922 0 250 0 0 -79.874 -29.071 0 255 0 0 -82.104 -21.999 0 260 0 0 -83.709 -14.759 0 265 0 0 -84.677 -7.4073 0 270 0 0 -85 0.00094 0 275 0 0 -84.676 7.40919 0 280 0 0 -83.708 14.7611 0 285

19、 0 0 -82.103 22.0006 0 290 0 0 -79.874 29.0727 0 295 0 0 -77.036 35.9235 0 300 0 0 -73.612 42.5009 0 305 0 0 -69.627 48.7549 0 310 0 0 -65.113 54.6378 0 315 0 0 -60.103 60.1048 0 320 0 0 -54.636 65.1145 0 325 0 0 -48.753 69.6286 0 330 0 0 -42

20、.499 73.6127 0 335 0 0 -35.921 77.0367 0 340 0 0 -29.071 79.8743 0 345 0 0 -21.998 82.104 0 350 0 0 -14.759 83.7089 0 355 0 0 -7.407 84.6767 0 360； 0 0 0.00125 85 「 0 d.驗證壓力角并求推桿平底長度 推程段最大壓力角為20.9615 ,相應的凸輪轉(zhuǎn)角為40。，回程段最大壓力 角為28.2423 ,相應的凸輪轉(zhuǎn)角為210 ,因推程時0f max =

21、 20.96150 <[ a]= 30 ,回程時1a max = 30.83 0 <[ a] = 70 0?80 (力封閉的凸輪機構(gòu)),所以 r0取值合適。 推桿平底長度l為： l -2ds/d：max| - (5~7)mm 查上表可得ds/d6max =53.7,代入上式得：l = 115mm 第三章傳動系統(tǒng)設(shè)計 1傳動系統(tǒng)類型選擇 根據(jù)實際要求，傳動系統(tǒng)可采用機械式固定傳動比的減速傳動機構(gòu) 2傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 a.系統(tǒng)運動設(shè)計 傳動系統(tǒng)采用減速器，鏈 初步選定減速器為兩級硬齒面圓柱齒輪減速器，鏈為單排滾子鏈 b.執(zhí)行體統(tǒng)輸出功率的確定 通過類比可知，執(zhí)行系統(tǒng)的輸出

22、功率為 50W c.查表得出各傳動副的效率 鏈傳動效率： v = 0.95 聯(lián)軸器效率： 力聯(lián)=0.99 深溝球軸承： ”承=0.99 斜齒輪嚙合效率：刈斜=0.97 減速器效率： 。減=嗚啷= 0.97 2* 0.99 4 = 0.90 傳動總效率： "總= /聯(lián)=0.95 *0.90*0.99=0.85 d.用靜態(tài)法計算動力機所需功率 所需電動機功率： P總=R /n總=0.05/0.85 = 0.0588kW= 58.8W e.電動機的選擇 執(zhí)行機構(gòu)凸輪的轉(zhuǎn)速n = 12r/min 查機械設(shè)計手冊，可選 Y系列三相異步電動機 Y90S-6,額定功率P0= 0.

23、75kW,同步轉(zhuǎn)速 1000r/min; 或選Y2系列三相異步電動機 Y2-801-8 ,額定功率 P0=0.18kW,同步轉(zhuǎn) 速 630r/min.均滿足 P0>Pr。 電動機數(shù)據(jù)及傳動比 力殺 號 電機型號 額定功 率 效率 同步轉(zhuǎn) 速 港減 轉(zhuǎn)速 質(zhì)量 總傳動比 1 Y90S-6 0.75 0.725 1000 910 23 75.8 2 Y2-801-8 0.18 0.51 750 630 17 52.5 比較兩種方案可見，方案2選用的電動機質(zhì)量和價格較低，傳動比也不太大 也使得傳動裝置緊湊，所以決定選用方案 2 電動機型號為

24、Y2-801-8.查表得其主要性能如下  電動機額定功率 P。/ kw 0.18 電動機軸仰長度日mm 40 電動機滿載轉(zhuǎn)速 n 0/(r/min) 630 電動機中心高H/mm 80 電動機軸伸直往 D/mm 19 電動機效率“/% 51 f.計算總傳動比，分配傳動比 總傳動比： I 總"no/n =630/12=52.5 鏈傳動比為＜7,取i鏈=3 則減速器的傳動比：i減=iz/i帶=52.5/3=17.5 g.減速器的選擇 查機械設(shè)計手冊第3卷： 選用減速器ZLY 112-17.5- I,其主要性能如下（單位：mm） 長 A 385

25、 寬 B 215 265 輸入輸出軸間距a 192 輸入軸伸直徑d1 22 輸出軸伸直徑d2 48 輸入軸伸長l1 36 輸出軸伸長l2 82 輸入軸距中心長141 L1 輸入軸鍵槽寬b1 6 輸入軸鍵高t1 24.5 輸出軸距中心長192 L2 輸出軸鍵槽寬b2 14 輸出軸鍵高t2 51.5 h.計算各軸功率和轉(zhuǎn)速 0軸：即電機軸 Po= p電”電=0.18*0.51=0.0918kW=91.8W n0=630r/min To=955OX Po/n o=955OX 91.8 X 0.001/630=

26、1.39 N m I軸：即減速器高速軸 Pi= P0 ?力聯(lián)=91.8 X0.99=90.9W ni= n 0/ i01 =630/1=630r/min Ti=9550X R/ni=9550X 90.9 X 0.001/630=1.38 N m II軸：即減速器低速軸 P2= P1 ?刈猶=90.9 X0.90=81.8W 1減 n2=nj =630/17.5=36r/min i12 T2=9550X P2/n 2=9550X 81.8 X 0.001/36=21.70 N m in軸：即凸輪軸 P3= P2 ?刈鏈=81.8 X0.95=77.71W n3=rb/ i

27、23=36/3=12r/min T2=9550X P2/n 2=9550X 77.71 X0.001/12=61.84 N m 將上述結(jié)果匯總?cè)缦卤恚? 各軸運動及動力參數(shù) 軸序號 功率 P/ W 轉(zhuǎn)速 n/(r/min) 轉(zhuǎn)矩 T/N.m 傳動形式 傳動比i 效率4 0軸 91.8 630 1.39 聯(lián)軸器 1 0. 99 I軸 90.9 630 1.38 齒輪傳動 17.5 0. 90 II軸 81.8 36 21.70 鏈傳動 3 0. 95 田軸 77.71 12

28、61. 84 i.傳動零件（鏈）的設(shè)計計算 已知：P = 81.8W , m =36r/min , i鏈=3,工作情況等 ①確定鏈輪齒數(shù) 初定鏈速V= 0.6?3m/s,根據(jù)表4-13選用小鏈輪齒數(shù) Z1=17, 貝U Z2=i x Z1=3X 17=51 ②確定鏈型號和鏈節(jié)距 由表4-14 ,查得工作情況系數(shù) Ka=1.5 由圖4-39小鏈輪齒系數(shù) Kz=1.25 由表4-15多排鏈系數(shù)(=1 則計算功率： Po = KaKzP/Kp=1.5 X 1.25 X81.8/1=153.4W 根據(jù)Po、m由圖4-37確定，故選鏈號 08A,鏈節(jié)距p=12.7

29、0mm ③驗算鏈速v pz〔n1 v = 60 1000 12,70 17 36 60 1000 =0.13m/s<15m/s 故鏈速適宜 ④確定鏈條數(shù)和中心距 初定中心距 a0 = (30?50) p 取 a。= 30p = 30 x 12.70 =381mm 用于表示鏈條長度的鏈節(jié)數(shù) Lp0, 2O Z Z2 Lp0 一 p 2 a0 2x381 x 17+51 1 12.70 ’51-172 = + + I 12,70 2 381 1 2冗) =95.12 取Lp =96節(jié) 確定實際中心距 a=a0 + Lp ~Lp0p=381+ 96 -95.12 乂 12,70=386.6mm 2 2 ⑤計算壓軸力 鏈傳動的圓周力 Ft=1000P/v=1000 X81.8 X0.001/1.39=58.85N 取壓軸力系數(shù)Kq=1.25,則壓軸力 Q = Kq? Ft=1.25 X 58.85=73.56N ⑥計算鏈輪主要幾何尺寸 小輪直徑 d1 二p/sin(180/z 1 )=60.12mm 大輪直徑 d2 =p/sin(180/z 2 )=206.30mm