自動(dòng)制釘機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),自動(dòng),制釘機(jī),設(shè)計(jì),cad,圖紙,以及,說(shuō)明書(shū),仿單
課 程 設(shè) 計(jì)（論文）
課程名稱 機(jī)械原理
題目名稱 自動(dòng)制釘機(jī)
學(xué)生學(xué)部（系）
專業(yè)班級(jí)
學(xué)??? 號(hào)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
年 5 月 30 日
目錄
設(shè)計(jì)題目………………………………………………3
一．設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………3
二．功能分解…………………………………………3-4
三．運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換…………………………………………4
四．形態(tài)學(xué)矩陣……………………………………4-5
五．方案簡(jiǎn)述…………………………………………5-6
六．運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖………………………………………6
七．槽輪的設(shè)計(jì)………………………………………6-8
八．凸輪設(shè)計(jì)…………………………………………8-12
九．冷鐓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………12-14
十．冷擠機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………15
十一.剪斷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………15
十二.電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………15
十三.參考資料…………………………………………16
設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)制釘機(jī)
工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程
制造木工用大大小小的鐵釘是將一卷直徑與鐵釘直徑相等的低碳鋼絲通過(guò)下列工藝動(dòng)作來(lái)完成的。
1）校直鋼絲。并按節(jié)拍要求間歇地輸送到裝夾工位。
2）冷墩釘帽，在此前需夾緊鋼絲。
3）冷擠釘尖。
4）剪斷鋼絲。
一． 明確設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)制釘機(jī)，設(shè)計(jì)要求為：
1） 鐵釘直徑d=1.6~3.4mm.
2） 鐵釘長(zhǎng)度25~80mm
3） 生產(chǎn)率360枚/分
4） 最大冷鐓力3000N，最大剪切力2500N
5） 冷鐓滑塊質(zhì)量8Kg，其他構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)
6） 要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)性能優(yōu)良，噪聲盡量減小
二． 自動(dòng)制釘機(jī)的功能分解
送絲校直 槽輪的間隙運(yùn)動(dòng)
自動(dòng)制釘機(jī)要依次完成送絲校直，夾緊，剪斷，冷擠，冷鐓五個(gè)動(dòng)作。圖1所示為自動(dòng)制釘機(jī)的樹(shù)狀功能圖
自動(dòng)制釘機(jī)的功能分解
夾緊 凸輪直桿機(jī)構(gòu)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)
剪斷 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
冷擠 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
冷鐓 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)
圖1自動(dòng)制釘機(jī)的樹(shù)狀功能圖
三．螺釘頭冷鐓機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖
圖2自動(dòng)制釘機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖
四.自動(dòng)制釘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣
表 1 螺釘頭冷鐓機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣
功 能 元 功能元解(匹配機(jī)構(gòu)或載體)
1 2 3 4
擺線針輪傳動(dòng)
減速 A 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)
擺線針輪傳動(dòng)
減速 B 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)
移動(dòng)推桿圓柱凸輪輪
夾緊 C 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪
移動(dòng)推桿圓柱凸輪
圓柱凸輪
冷鐓 D 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪
移動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪
間歇送料 E 槽輪機(jī)構(gòu) 棘輪摩擦輪機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿圓柱凸輪
螺旋齒輪傳動(dòng)
軸線變向 F 蝸桿傳動(dòng) 錐輪傳動(dòng) 單萬(wàn)向連軸節(jié)傳動(dòng)
移動(dòng)推桿圓柱凸輪輪
冷擠 G 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪
移動(dòng)推桿圓柱凸輪輪
剪斷 H 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 移動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪
根據(jù)樹(shù)狀功能圖及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能框圖，已獲得各功能元及執(zhí)行構(gòu)件所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，然后，根據(jù)這些運(yùn)動(dòng)形式，匹配相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。把功能元作為列，功能元解(即匹配的執(zhí)行機(jī)構(gòu))作為行，可獲得表1所示的自動(dòng)制釘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣。
對(duì)該形態(tài)學(xué)矩陣求解， 即把實(shí)現(xiàn)每一功能的任一解法進(jìn)行組合，可得到多種運(yùn)動(dòng)方案。理論上求得的組合方案數(shù)為
N=4*4*4*4*4*4*4*4=65536 個(gè)方案。
在這些運(yùn)動(dòng)方案中，必須剔除那些有明顯缺點(diǎn)和不能實(shí)現(xiàn)的方案。有的方案，就單個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行動(dòng)作，但把這些機(jī)構(gòu)組合成系統(tǒng)后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)安排上是不可行的，整個(gè)機(jī)器太龐雜，制造成本太高。這些方案可以先加以否定，然后列出一批可行的方案，從中優(yōu)選出好的運(yùn)動(dòng)方案。以下方案是經(jīng)過(guò)綜合考慮后得出的相對(duì)最佳方案。
五．該方案完全由機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其工作原理及特點(diǎn)如下：
送料校直機(jī)構(gòu)（1）：首先送絲與校直動(dòng)作要協(xié)調(diào)，又要使送絲有間隙性，因此我們選用了槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾輪完成間歇送絲運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)摩擦輪初步校直。另外我們的槽輪沒(méi)有直接接到摩擦輪，而是接到齒輪，可以通過(guò)齒輪的一套替換可以實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比，從而使摩擦輪的轉(zhuǎn)速可調(diào)，使送絲長(zhǎng)度可以變化，因此可調(diào)整釘子的長(zhǎng)度，更好的滿足設(shè)計(jì)要求。
夾緊機(jī)構(gòu)（2）：因?yàn)橐谒徒z后夾緊一段時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)其他工序，因此采用凸輪，利用其遠(yuǎn)休段夾緊鐵絲一段時(shí)間來(lái)保障其他工序。雖然機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，但是傳動(dòng)平穩(wěn)性較高，運(yùn)行可靠。
冷鐓釘帽機(jī)構(gòu)（3）：采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)功能，制造和結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有急回特性，能提高生產(chǎn)效率。
冷擠釘尖機(jī)構(gòu)（4）：為提高生產(chǎn)率，將冷鐓和冷擠同時(shí)進(jìn)行，因此該機(jī)構(gòu)與冷鐓機(jī)構(gòu)具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作量和減少加工生產(chǎn)該機(jī)構(gòu)所須的生產(chǎn)設(shè)備，時(shí)間準(zhǔn)備，可設(shè)計(jì)將冷鐓和冷擠使用同種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，只是裝配的位置不同而已。
剪斷機(jī)構(gòu)（5）：采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律與冷鐓和冷擠相似，只不過(guò)是在冷擠過(guò)后實(shí)現(xiàn)剪切，也可使用與冷鐓和冷擠相同的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，只是起始狀態(tài)和裝配位置不同。
圖3所示為該方案的運(yùn)動(dòng)示意圖。
六. 方案的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
七．方案中間隙送絲機(jī)構(gòu)槽輪的設(shè)計(jì)
由于槽輪運(yùn)動(dòng)的角速度和角加速度的最大值隨槽數(shù)Z的增大而減小，因此槽輪的槽數(shù)越多，柔性沖擊越小，同時(shí)為了滿足360枚/分的生產(chǎn)率，在該方案中我們采用了四槽兩銷(xiāo)的槽輪機(jī)構(gòu)。而且槽輪的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性非常好，尤其是啟動(dòng)平穩(wěn)性很好，這樣有利于減小噪音。
槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算：
R=L*sinφ=Lsin（π/Z）
s=L*cosφ=Lcos（π/Z）
h>=s-(L-R-r)
d1<=2(L-s)
d2<2(L-R-r)
其中L由安裝的空間位置決定,取L=50, 則有
R=35.35
s=35.35
r約為R/6=5.89,取r=6
h>=26.7,取h=27
d1<=29.3,取d1=10
d2<17.3,取d2=10
槽頂側(cè)壁厚b=3~5mm,取b=3
鎖止弧半徑r0=R-r-b=26.35
八.方案中夾緊機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
由方案的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖以及機(jī)構(gòu)尺寸的綜合考慮，選取對(duì)心直動(dòng)滾子推桿幾何封閉盤(pán)行凸輪機(jī)構(gòu)，基圓半徑r0=35mm， 滾子半徑rr=10mm，偏心距e=0mm。凸輪以等角速度轉(zhuǎn)過(guò)角90?的過(guò)程中，推桿按正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降h=15mm。凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180?時(shí)，推桿保持不動(dòng)。其后，凸輪再轉(zhuǎn)過(guò)90?時(shí)，推桿按正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升至起始位置。運(yùn)動(dòng)分配由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖而定。
由設(shè)計(jì)要求可得凸輪的角速度W=12π/s=37.7rad/s為已知條件，利用WIN-TC如下程序畫(huà)凸輪廓線以及計(jì)算最大位移s，最大加速度a，最大速度v最大壓力角b,理論輪廓線,實(shí)際輪廓線,曲率半徑.
#include"stdarg.h"
#include"stdio.h"
#include"graphics.h"
#include"math.h"
#define H 60 /*最大行程*/
#define W 12.56637 /*角速度（度/秒）*/
#define K 5 /*循環(huán)步驟*/
#define A1 90 /*各段角度*/
#define A2 150
#define A3 240
#define A4 360
#define X0 400 /*凸輪轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)*/
#define Y0 280
#define pi 3.14159
#define t pi/180 /*度--》弧度*/
main() /*主程序*/
{float e,ro,rr,p,so,dx,dy,st,ct,C3,C4,C5,vmax,amax; /*變量說(shuō)明*/
float s[200],v[200],a[200],b[200],x[200],y[200],xp[200],yp[200];
int c=DETECT,d,i=0,w=0;
/*----------------------------------------*/
initgraph(&c,&d,"");
e=10; /*偏心距*/
ro=80; /*基圓半徑*/
rr=10; /*滾子半徑*/
so=sqrt(ro*ro-e*e);
/*-------------------------------------------*/
for(p=0;p<=A4;p+=K)
{if(p<=A1)/*第一段:正弦加速（推程)*/
{s[i]=H*(p/90-sin(2*pi*p/90)/(2*pi));
v[i]=H*W*(1-cos(2*pi*p/90))/(90*t)*0.001; /* v 表示速度*/
a[i]=2*pi*H*W*W/pow(90*t,2)*sin(2*pi*p/90)*0.001; /* a 表示速度*/
}
if(p>A1&&p<=A2)/*第二段 遠(yuǎn)修*/
{s[i]=60; v[i]=0; a[i]=0;}
if(p>A2&&p<=A3)/*第三段:正弦加速（回程）*/
{s[i]=H*(1-(p-A2)/90+sin(2*pi*(p-A2)/90)/(2*pi));
v[i]=H*W*(cos(2*pi*(p-A2)/90)-1)/(90*t)*0.001;
a[i]=-2*pi*H*W*W/pow((A3-A2)*t,2)*sin(2*pi*(p-A2)/(A3-A2))*0.001;
}
if(p>A3) /*第四段: 近修 */
{s[i]=0; v[i]=0; a[i]=0; }
b[i]= (atan ((v[i]/ W+e)/(so+s[i]))) /(t); /* b 表示壓力角*/
x[i]=X0+(so+s[i])*sin(p*t)+e*cos(p*t); /*理論廓線坐標(biāo)*/
y[i]=Y0+(so+s[i])*cos(p*t)-e*sin(p*t);
dx=(v[i]-e)*sin(p*t)+(so+s[i])*cos(p*t); /*x微分*/
dy=(v[i]-e)*cos(p*t)-(so+s[i])*sin(p*t); /*y微分*/
st=dy/sqrt(dx*dx+dy*dy); /*sin值*/
ct=dx/sqrt(dx*dx+dy*dy); /*cos值*/
xp[i]=x[i]+rr*st; /*外實(shí)際廓線坐標(biāo)*/
yp[i]=y[i]-rr*ct;
i++;
}
/*----------------------------------------------------------*/
circle(X0,Y0,ro); /*畫(huà)基圓*/
circle(X0,Y0,e); /*畫(huà)偏距圓*/
for(w=0;w
=40?~50?，而且傳動(dòng)角比較大，機(jī)構(gòu)傳力效果好。
九.方案中冷鐓機(jī)構(gòu)（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
由于設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊，而且在鐓擠過(guò)程中不需要太大的行程，且各執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，過(guò)大的行程將引起額外的噪音。為了滿足上述要求，取冷鐓機(jī)構(gòu)的行程為25mm，另外為提高生產(chǎn)效率，該曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)具有急回特性，取K=1.2，再根據(jù)以上條件設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)，以下是利用AutoCAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程圖。
序號(hào) 曲柄角度 點(diǎn)x坐標(biāo) 點(diǎn)y坐標(biāo) 點(diǎn)x速度 點(diǎn)y速度 點(diǎn)x加速度 點(diǎn)y加速度
度 米 米 米/秒 米/秒 米/(秒*秒) 米/(秒*秒)
0 45.0 0.0405 -0.026 -0.545 1.0E-5 -4.467 1.0E-5
1 60.0 0.0366 -0.026 -0.547 1.0E-5 4.0424 1.0E-5
2 75.0 0.0330 -0.026 -0.490 1.0E-5 12.062 1.0E-5
3 90.0 0.0299 -0.026 -0.385 1.0E-5 17.607 1.0E-5
4 105. 0.0277 -0.026 -0.254 1.0E-5 19.588 1.0E-5
5 120. 0.0264 -0.026 -0.120 1.0E-5 18.581 1.0E-5
6 135. 0.0260 -0.026 2.5E-4 1.0E-5 16.093 1.0E-5
7 150. 0.0264 -0.026 0.1024 1.0E-5 13.379 1.0E-5
8 165. 0.0274 -0.026 0.1869 1.0E-5 11.013 1.0E-5
9 180. 0.0289 -0.026 0.2564 1.0E-5 9.0648 1.0E-5
10 195. 0.0309 -0.026 0.3134 1.0E-5 7.3687 1.0E-5
11 210. 0.0332 -0.026 0.3587 1.0E-5 5.6784 1.0E-5
12 225. 0.0359 -0.026 0.3917 1.0E-5 3.7420 1.0E-5
13 240. 0.0386 -0.026 0.4096 1.0E-5 1.3476 1.0E-5
14 255. 0.0415 -0.026 0.4090 1.0E-5 -1.631 1.0E-5
15 270. 0.0443 -0.026 0.3856 1.0E-5 -5.190 1.0E-5
16 285. 0.0468 -0.026 0.336 1.0E-5 -9.157 1.0E-5
17 300. 0.0489 -0.026 0.2583 1.0E-5 -13.19 1.0E-5
18 315. 0.0503 -0.026 0.1537 1.0E-5 -16.81 1.0E-5
19 330. 0.0510 -0.026 0.0269 1.0E-5 -19.50 1.0E-5
20 345. 0.0507 -0.026 -0.113 1.0E-5 -20.71 1.0E-5
21 360. 0.0494 -0.026 -0.256 1.0E-5 -20.01 1.0E-5
22 375. 0.0471 -0.026 -0.386 1.0E-5 -17.07 1.0E-5
23 390. 0.0441 -0.026 -0.488 1.0E-5 -11.80 1.0E-5
24 405. 0.0405 -0.026 -0.545 1.0E-5 -4.467 1.0E-5
十.方案中冷擠機(jī)構(gòu)（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
為提高生產(chǎn)率，將冷鐓和冷擠同時(shí)進(jìn)行，因此該機(jī)構(gòu)與冷鐓機(jī)構(gòu)具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作量和減少加工生產(chǎn)該機(jī)構(gòu)所須的生產(chǎn)設(shè)備，時(shí)間準(zhǔn)備，可設(shè)計(jì)將冷鐓和冷擠使用同種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，只是裝配的位置不同將曲柄替換為直桿而已。因此，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析可參看冷鐓機(jī)構(gòu)。在此不重復(fù)敘述。
十一.方案中剪斷機(jī)構(gòu)（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律與冷鐓和冷擠相似，只不過(guò)是在冷擠過(guò)后實(shí)現(xiàn)剪切，也可使用與冷鐓和冷擠相同的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，只是起始狀態(tài)和裝配位置不同。
因此，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析可參看冷鐓機(jī)構(gòu)。
十二.電動(dòng)機(jī)的選擇
槽輪撥盤(pán)轉(zhuǎn)速:為滿足360枚/分的生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求,根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
撥盤(pán)轉(zhuǎn)速為180轉(zhuǎn)/分. 凸輪轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分.
由于機(jī)構(gòu)完全相同,冷鐓,冷擠和剪斷機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分.考慮到各執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速都較高,同時(shí)考慮到傳動(dòng)過(guò)程中的安裝方便和協(xié)調(diào)傳動(dòng)比的問(wèn)題,因此我們選用同步轉(zhuǎn)速為n0=750 r/min(8級(jí))，50Hz，380V的電動(dòng)機(jī)。
十三.參考資料
1.鄒慧君主編 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 高等教育出版社
2.王淑仁主編 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 科學(xué)出版社
3.唐浩強(qiáng)主編 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社
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