螺釘頭冷鐓機(jī)課程設(shè)計設(shè)計說明書

1、北京信息科技大學(xué)設(shè)計綜合課程設(shè)計報告題 目： _ 螺釘頭冷鐓機(jī) 系 別 ： _機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) ：_機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 _ 班 級 ：機(jī)械 1005學(xué) 號 ：姓 名：縱華星 導(dǎo) 師： 張志強(qiáng) 成 績： 2014 年 1月 3 日目錄螺釘頭冷鐓機(jī)一、設(shè)計題目螺釘頭部成型通常采用冷鐓塑性加工。 冷鐓是在室溫下對螺釘毛坯高速打擊， 在擠壓模腔中縮頸、壓型的加工方法。冷鐓使用的原始毛坯為長 56m的棒料，主要工藝動作為：（1）棒料間歇送進(jìn)。（2）截下短尺寸毛坯并運(yùn)送到冷鐓工位。（3）進(jìn)行預(yù)鐓（縮頸鐓粗）和終鐓（頭部壓型） 。（4）成品從模腔頂出。原始數(shù)據(jù)如下：（1）冷鐓螺釘頭的速度為120只/

2、min。（2）螺釘桿的直徑 D=24mm長度L=632mm毛坯料1248mm（ 3） 冷鐓沖頭行程 56mm。二、設(shè)計任務(wù)1） 按工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。（ 2） 機(jī)構(gòu)的選型。（ 3） 用解析法或圖解法對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸設(shè)計，或在尺寸給定的條件下進(jìn)行運(yùn)動與動力分析。（ 4） 按選定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械傳動方案。（ 5） 繪制機(jī)械運(yùn)動方案簡圖。 （A1）（6） 繪制傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （A1） ，執(zhí)行機(jī)構(gòu)零件圖（ A2 或 A3）。（ 7） 編寫設(shè)計說明書。 （用 16K 紙張，封面用標(biāo)準(zhǔn)格式）設(shè)計說明書包括的主要內(nèi)容：1）目錄2）設(shè)計題目3 ）工作原理4 ）原始數(shù)據(jù)

3、5 ）執(zhí)行部分機(jī)構(gòu)方案設(shè)計a）分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案b）擬定執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案c）執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖6 ）初定電機(jī)轉(zhuǎn)速及傳動裝置方案7 ）執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計及運(yùn)動分析8）傳動裝置總體設(shè)計a）選擇電動機(jī)b）計算總傳動比，并分配傳動比c）計算各軸的運(yùn)動和動力參數(shù)9）傳動件的設(shè)計計算10）軸的設(shè)計計算、滾動軸承的設(shè)計計算、鍵的設(shè)計計算等。11）設(shè)計小結(jié)12 ）參考文獻(xiàn)三、設(shè)計內(nèi)容1原動機(jī)的選擇選擇轉(zhuǎn)速為1440r/min的丫型三相異步電動機(jī)選擇原因： 丫系列三相異步電動機(jī)能防水滴，防塵、鐵屑或其它雜質(zhì)侵入電機(jī)內(nèi)部，是一種節(jié)能 型的電動機(jī)。 該系列電動機(jī)運(yùn)行可靠，壽命長，使用、維護(hù)方便，性能優(yōu)良，體積小，重量輕，

4、 轉(zhuǎn)動慣量小，節(jié)省原料。適用于金屬切削機(jī)床，水泵，運(yùn)輸機(jī)械，攪拌機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，食品 機(jī)械等。但是從 考慮到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速（120r/min,60r/min ），為了計算方便，故選用轉(zhuǎn)速為 1440r/min的丫型三相異步電動機(jī).2送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案的提出不完全齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠, 用不完全齒輪動輪在開始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合 用棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的主動件為搖桿， 這里想到要用棘輪機(jī)構(gòu)， 是因為結(jié)構(gòu)簡單、 制造方便、 轉(zhuǎn)角可調(diào) 但是工作時有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。 槽輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)與不完全齒輪的原

5、理一樣，是通過用主動輪的圓銷帶動槽輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)圓銷離開 徑向槽時，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進(jìn)入另一個徑向槽時，又重復(fù)上述運(yùn)動。雖然與 不完全齒輪比較起來， 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動時間和靜止時間的比例可調(diào)范圍沒有不完全齒輪那么大， 但能滿足機(jī)構(gòu)的要求，而且槽輪結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地、 間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。機(jī)構(gòu)方案的比較上述三種方案中，不完全齒輪和槽輪是同樣的原理，而且結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但不完全齒 輪有較大沖擊，根據(jù)冷鐓機(jī)的設(shè)計要求，每分鐘要做 120 個螺釘，那么 1 秒鐘要送兩次料， 齒輪的轉(zhuǎn)速要達(dá)到 720deg/s ，這是屬于比較高速的機(jī)構(gòu)，不完全齒輪就不大適合。我們最終

6、 選用槽輪機(jī)構(gòu)，就是因為槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率高，并能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。而第三方案 棘輪機(jī)構(gòu)，同樣是因為轉(zhuǎn)速問題，棘輪工作時的沖擊也是比較大的，而且運(yùn)動精度較差。機(jī)構(gòu)設(shè)計 在選用槽輪機(jī)構(gòu)后，首先根據(jù)冷鐓機(jī)總體的大小，初步定了槽輪機(jī)構(gòu)里主動盤和槽輪的中心 距離為L=100mr，圓銷半徑r=,槽數(shù)Z=4?？紤]到傳動的穩(wěn)定性，我們選用了直徑為20的軸 同時為了提高效率，我們設(shè)計兩根原料同時進(jìn)料。四槽槽輪計算運(yùn)動系數(shù)K= 是由工藝要求的時間循環(huán)圖得 K=td/t=1= 又由于公式 k=n(1/2-1/z) 則可取 n=2 及 Z=4 恰滿足條件即 4槽和 2銷槽輪機(jī)構(gòu)。槽孔具體尺寸計算：設(shè)定 L=10

7、0mm 回程半徑 R=Lsin © =Lsin (n /8 )=,圓銷半徑 r=R/6=，槽頂半徑 S=Lcos© =Lcos( n /Z)=,槽深 h> S-(L-R-r)=，此時 h=;撥盤軸頸=diw 2( L-S)=2=,為便于轉(zhuǎn)配，取d=20mn槽孔軸徑=d2w 2( L-R-r ) =2 ,取d2=20mm槽頂側(cè)壁厚b=4mm止弧半徑R=，止弧以圓銷中心為圓心© 90為圓弧。送料機(jī)構(gòu)摩擦輪設(shè)計 送料在槽輪帶動下一個周期 T=1S內(nèi)，前進(jìn)一個加工材料長度，又設(shè)計要求 L=26mm則摩擦 輪半徑R滿足：轉(zhuǎn)過1/4圓周即90°,材料前進(jìn)L=2

8、6mm 1/4*2 n R=L,推出R=2L/n =2*26/=, 2R=為了方便裝配打孔© 10。3 截料機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)方案的提出圖 1 曲柄滑塊 曲柄滑塊的形狀較為簡單，具有 急回特性，且造型、計算都相對 簡單，能滿足切斷的要求圖 2 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的沖擊性，能 夠進(jìn)行間歇運(yùn)動，但是計算相對 復(fù)雜綜合各機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點，以及構(gòu)件設(shè)計參數(shù)要求，選擇利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動切斷刀，結(jié)構(gòu) 簡單，具有急回特性，滿足工藝要求。機(jī)構(gòu)設(shè)計采用作圖法求出，設(shè)定初始刀的沖程是 H=60mm 偏距 e=56mm 由時間比 算位夾角 ?=36度。作圖如下：先做出豎直沖程 60的直線，然后作出直角三角形其中一

9、個角為 36度，作其外接圓，再取 水平距離為偏距 56作豎直線交外接圓于一點，通過測量和計算得曲柄L仁20mm連架桿L2=160mm。運(yùn)動仿真參數(shù)曲線4 滾筒機(jī)構(gòu)滾筒機(jī)構(gòu)是一個很重要的部分，在冷鐓過程中，工件才不會因為受到一個很大的沖擊，致使工件飛出或者螺釘桿偏置移位。在夾緊期間要完成預(yù)墩，冷鐓以及剪切。機(jī)構(gòu)方案的提出及比較1. 分度轉(zhuǎn)位系統(tǒng)2. 圓盤機(jī)構(gòu)使用帶有六個孔的圓筒作為原料的分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，每兩個孔作為一組。該圓是間隙轉(zhuǎn)動，圓筒通過間隙轉(zhuǎn)動把 原料輸送到預(yù)鐓和終鐓的位置，結(jié)構(gòu)， 簡單，輸送效率高。在圓盤的徑向上均布著小孔，截 好的材料送進(jìn)來正好嵌在孔里面， 當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)過一定角度的時候工件

10、 又繼續(xù)送進(jìn)去，這也能實現(xiàn)間 歇送料。對于圓盤機(jī)構(gòu)，鐓頭在垂直方向工作，當(dāng)冷敦工件時，工件所受到的力都傳到圓盤上， 加大圓盤的徑向尺寸，在理論上是可以承受這樣的載荷，但在考慮到機(jī)器的長久使用上，這 種工作方式會讓機(jī)器壽命減短，而無法實現(xiàn)生產(chǎn)效益，故最終選擇分度轉(zhuǎn)位系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)設(shè)計圓盤機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計要綜合考慮加工兩根材料的直徑和為初鐓和終鐓機(jī)構(gòu)實現(xiàn)冷鐓的工藝同時，為實現(xiàn)圓盤的間隙轉(zhuǎn)動，采用三槽槽輪進(jìn)行傳動。圓盤的設(shè)計：我們?nèi)〔牧系闹睆?2R=3m，m令其間距 d=30mm,分度圓是直徑為 70，進(jìn)料，初鐓和終鐓的直線組成的為一個等邊三角形。三槽槽輪的設(shè)計由工藝要求的時間循環(huán)圖得 K=td/t=1/

11、6槽孔具體尺寸計算：設(shè)定 L=60mn,回程半徑 R=Lsin © =Lsin60=52mm ,圓銷半徑 r=5mm ;槽頂半徑 S=Lcos© =30mm,槽深 h> S-(L-R-r)，取 h=22 撥盤軸頸 d1<2 (L-S),為便于轉(zhuǎn)配，取d=5mm，槽孔軸徑=d2w 2 (L-R-r )，取d2=5mm槽頂側(cè)壁厚b=4mm止弧半徑R=30mm5 冷鐓機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)方案的提出使用帶有鐓模的鐓頭將出了頭的毛坯料鐓一下，鐓出螺釘頭。本鐓頭上有兩個鐓模，分 別是預(yù)鐓模、終鐓模。鐓頭在推進(jìn)的時候可以同時為一段原料預(yù)鐓，為預(yù)鐓完的原料進(jìn)行終 鐓，實現(xiàn)一鐓兩用，而且每次

12、終墩預(yù)墩都是同時對兩個零件進(jìn)行，這樣大大的提高了效率。機(jī)構(gòu)設(shè)計冷鐓機(jī)構(gòu) , 采用六桿機(jī)構(gòu)。無急回特性。已知沖程56mm根據(jù)空間安排，設(shè)法，得原動件 AB=60mmBC=660mm6 傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)方案的提出圖 1 齒輪傳動直接接觸的嚙合傳動，可傳遞空間任意 兩軸之間的運(yùn)動和動力：制造安裝精度 要求高，不適于大中心距，成本較高， 而且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲較大。DC=200m，mCE=!U DE線的垂直距離為 600mm由作圖圖2 帶傳動帶傳動可以緩和沖擊和振動，當(dāng) 陪以合適的緊鏈結(jié)構(gòu)，帶傳動中 心距可以不受限制；而且由于有 彈性滑動的存在，過載時，相對 滑動可以起到保護(hù)作用。6、傳動機(jī)構(gòu)的確定 比較

13、兩機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點，以及設(shè)計性能要求確定通過帶傳動來實行機(jī)構(gòu)的傳動。 具體的傳動過程如下： 1，電機(jī)到主軸的傳動，由蝸桿渦輪減速裝置，將電機(jī)轉(zhuǎn)速降低到主軸要求的轉(zhuǎn)速。Z1-Z2- 主軸。2，主軸到送料（四槽槽輪）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動 d1-d2 。3，主軸到冷鐓（六桿）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動 d3-d4, 以及 d5-d64，主軸到截料（曲柄滑塊）機(jī)構(gòu)主動輪，由帶傳動d7-d8 。5，主軸到滾筒（三槽槽輪）機(jī)構(gòu)主動輪，由錐齒輪Z3-Z4。6，主軸到出料機(jī)構(gòu)，由帶傳動 d9-d10 。傳動機(jī)構(gòu)簡圖機(jī)構(gòu)設(shè)計由運(yùn)動循環(huán)圖，要想達(dá)到要求，即為每分鐘加工 120個，機(jī)構(gòu)設(shè)定是每個周期 T 加工兩個。則T=,進(jìn)而

14、可以得到送料機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為30r/min,冷鐓機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為60r/min, 截料機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為 60r/min ，滾筒機(jī)構(gòu)主動件要求轉(zhuǎn)速為 60r/min ，出料機(jī) 構(gòu)只需保持持續(xù)轉(zhuǎn)動即可，無轉(zhuǎn)速要求。1，蝸桿渦輪減速機(jī)構(gòu)傳動的計算。由于選定的是標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為 1440r/min 的 Y 型三相異步電動機(jī)，在經(jīng)過降速后主軸速度為 60r/min,傳動比i12=Z2/Z仁n 1/n2=24,我們選取Z1=1,Z2=24右旋標(biāo)準(zhǔn)件，模數(shù)定為.。 2，主軸到送料機(jī)構(gòu)傳動的計算。主軸到送料機(jī)構(gòu)靠的是帶輪 d1-d2 的傳動。由于送料機(jī)構(gòu)原動件要求的轉(zhuǎn)速為 n2=30r/min ，而主軸

15、轉(zhuǎn)速為 n1=60r/min, 傳動比 i12=d2/d1=n1/n2=2; 我們考慮到實際箱體的 情況，定的是 d1=50mm， d2=100mm。3，主軸到截料機(jī)構(gòu)傳動的計算。主軸到截料機(jī)構(gòu)傳動也靠的是帶輪 d7-d8 。截料機(jī)構(gòu)原動件要求轉(zhuǎn)速為 n8=60r/min ，主 軸的轉(zhuǎn)速為 n7=60r/min ，傳動比為 i78=d8/d7=n7/n8=1 ，為造型建模的方便，我們?nèi)远ǖ氖?d7=d8=50mm。4 ，主軸到冷鐓機(jī)構(gòu)傳動的計算。主軸到冷鐓機(jī)構(gòu)傳動靠的是帶輪 d3-d4,和d5-d6，冷鐓機(jī)構(gòu)原動件要求的轉(zhuǎn)速為 60r/min, 主軸轉(zhuǎn)速為 60r/min,傳動比為 i34=d

16、4/d3=n3/n4=1,取 d3=d4=50mniW理可得，d5=d6=50mm.5，主軸到滾筒機(jī)構(gòu)傳動的計算。主軸到滾筒機(jī)構(gòu)傳動靠的是錐輪 d3-d4 來進(jìn)行相關(guān)軸動力傳動的，因為其主動件要求的 轉(zhuǎn)速為 60r/min ，主軸轉(zhuǎn)速為 60r/min ，則傳動比 i34=Z4/Z3=n3/n4=1, 剛分錐角為 45度，取 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=取 Z4=Z3=20,d3=d4=mz=50mm6，主軸到出料機(jī)構(gòu)傳動的計算。主軸到出料機(jī)構(gòu)傳動靠的也是帶輪 d9-d10。因為其轉(zhuǎn)速沒有特別要求，只要保證其在連 續(xù)轉(zhuǎn)動即可，所以我們擬定的仍是用 d9=d10=50mnS勺帶輪，傳動比i910=d10/d9

17、=n9/n10=1。 這樣其出料轉(zhuǎn)速便為 60r/min。出料帶傳送的速度為 V=?d=157mm/s因為各部分機(jī)構(gòu)是先進(jìn)行定位再配合上齒輪，因此齒輪的選用放在了設(shè)計過程的最后部 分。根據(jù)設(shè)計要求，送料，剪切和夾緊這三部分的轉(zhuǎn)速是可以同步的，而因為鐓頭要實現(xiàn)預(yù) 鐓和終鐓，所以鐓頭的主動輪轉(zhuǎn)速是前面主動輪的兩倍。從總機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖上已經(jīng)定位的機(jī) 構(gòu)和尺寸，我們選用了齒數(shù)z=20,模數(shù)m=的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，而作為送料機(jī)構(gòu)的主動輪運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪， 我們選用了齒數(shù)z=40，模數(shù)m=的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，轉(zhuǎn)數(shù)正好是兩倍。四、機(jī)構(gòu)原理圖1機(jī)構(gòu)原理圖圖4-1圖4-1所示為螺釘頭冷鐓機(jī)的工作原理圖：毛坯料由摩擦輪帶動送入圓筒，摩擦

18、輪由傳動機(jī)構(gòu)帶動轉(zhuǎn)動。圓筒以一定的轉(zhuǎn)速間歇轉(zhuǎn) 動，其中圓筒不轉(zhuǎn)時，機(jī)構(gòu)依次完成送料/頂料切斷毛坯料、預(yù)鐓、終鐓這四個動作，其中 送料和頂料通過同一動作完成，即送料的同時將腔內(nèi)的螺釘頂出來。2機(jī)構(gòu)循環(huán)圖以主軸轉(zhuǎn)過一周作為一個運(yùn)動周期，起始點為進(jìn)料開始時，設(shè)主軸為0度。在一個周期內(nèi)，進(jìn)料四槽輪盤（兩個銷子）轉(zhuǎn)過一個槽，完成一次動作（），一次停歇，動停比1。切刀極位夾角為36度，急回運(yùn)動系數(shù)i=（180 36）/（180+36）=2/3。進(jìn)刀比送料速度要慢，當(dāng)料 完全進(jìn)入滾筒以后，刀才開始進(jìn)行切割。滾筒控制采用三槽槽輪，動停比為1/5。直到主軸轉(zhuǎn)過300度之前。滾筒一直靜止，完成進(jìn)料和切割。300度

19、之后進(jìn)行滾筒轉(zhuǎn)動。墩頭（無急回特性）一開始往后退，然后往前走。在周期完成的一瞬間，滾筒剛好轉(zhuǎn)到工作位置。墩頭 也剛好運(yùn)動到與釘頭接觸位置，進(jìn)行墩頭。五、運(yùn)動方案的模擬仿真六、設(shè)計小結(jié)我們接到的課程設(shè)計題目是“螺釘頭冷鐓機(jī)”，剛開始接到題目，我們小組就開始通過 各種途徑查找有關(guān)螺釘頭冷鐓機(jī)方面的內(nèi)容，雖然找到的不是很多，但是相關(guān)類似的我們還 是找到了，再通過向指導(dǎo)老師的了解，我們大致上了解到了螺釘頭冷鐓機(jī)的工作原理。其原 理可大致描述為在室溫下把棒材或線材的頂部加粗的鍛造成形方法。 冷鐓主要用於制造螺栓、 螺母、鐵釘、鉚釘和鋼球等零件。鍛坯材料可以是銅、鋁、碳鋼、合金鋼、不銹鋼和鈦合金 等，具有很高的材料利用率。冷鐓多在專用的冷鐓機(jī)上進(jìn)行，便於實現(xiàn)連續(xù)、多工位、自動 化生產(chǎn)。在冷鐓機(jī)上能順序完成切料、鐓頭、聚積、成形、倒角、搓絲、縮徑和切邊等工序。 棒料由送料機(jī)構(gòu)自動送進(jìn)一定長度，切斷機(jī)構(gòu)將其切斷成坯料，然后由夾鉗傳送機(jī)構(gòu)依次送 至聚積壓形和沖孔工位進(jìn)行成形。順著這個思路，我們便開始構(gòu)思方案。根據(jù)螺釘頭冷鐓機(jī)的工作要求，即需要實現(xiàn)五個