机械原理课程设计.docx

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机械原理课程设计

CourseExerciseofMechanicalPrinciple

——螺钉头冷镦机

设计组员：

周寅初（040800231）

郑煜（040800131）

袁昌盛（040800226）

目　　录

1.设计题目……………………………………………………2

2.设计方案选择………………………………………………3

2.1机械运动设计方案的拟订………………………3

　　　2.2设计方案一………………………………………4

　　　2.3设计方案二………………………………………5

　　　2.4设计方案三………………………………………6

　　　2.5最终选定方案……………………………………7

3.所选方案的具体设计………………………………………8

　　3.1尺寸计算…………………………………………9

　3.2工作循环图………………………………………10

　3.3各机构速度、加速度曲线分析…………………11

4.所选运动方案布置图……………………………………17

5.小组总结…………………………………………………18

6.参考资料…………………………………………………18

设计题目：

螺钉头冷镦机

1．工作原理及工艺动作过程

采用冷镦的方法将螺钉头镦出，可以大大减少加工时间和节省材料。

冷镦螺钉头主要完成以下动作：

1）自动间歇送料；

2）截料并运料；

3）预镦及终镦；

4）预料。

2．原始数据及技术要求

1）每分钟冷镦螺钉头120只；

2）螺钉头的直径D=2-4mm，长度L=6-32mm。

3）毛胚料最大长度48mm，最小长度12mm。

4）冷镦行程56mm。

3.任务要求

1）执行机构造型与设计：

构思出至少3种运动方案，在说明书中画出运动方案草图，比较后选择其中认为好的进行详细设计，最好具有急回运动特性；

2）传动系统的设计：

齿轮、凸轮、连杆机构的设计，包括尺寸的设计；

3）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真；

4）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度线图；

5）画出最终方案的机构运动简图，并画出其余方案的运动示意图；

6）凸轮机构/连杆机构尺寸综合（A4）；

7）机构三维仿真动画；

8）撰写产品的设计说明书。

设计方案选择

2.1机械运动设计方案的拟订

为了使我们设计的机构能够满足产品的设计要求，设计方案拟订如下:

1.送料机构:

为了使送料具有间歇功能，可采用间歇运动机构带动滚轮或者是其他的压紧传送机构。

我们从常用的间歇机构选取了槽轮机构，不完全齿轮，曲柄滑块等，为备选方案。

2.冷镦螺钉机构:

采用移动或者摆动式的冲压机构，可用平面六杆机构或者四杆机构，移动或摆动的行程在56mm左右。

由于考虑到冲压的力度和急回运动特性的要求，初步拟定用六连杆增力机构。

3.剪断机构:

由于剪断机构在性能要求上和冷镦机构基本相同，因此采用与冷镦机构类似的运动机构。

初步拟定用曲柄滑块机构。

4.夹紧机构：

在送料和推料时放松，剪断和冷镦的时间夹紧。

所以机构需要有休止的运动特性。

决定用凸轮机构实现这一运动过程。

5．推料机构：

整个机构需要实现预镦和终镦的过程。

我们构想用同一墩头实现，因此需要将螺钉从预镦位置推到终镦位置。

若利用螺钉的自重下落到指定位置会出现抨击，不好定位，终镦不精确。

送料机构

螺钉头冷镦机

推料机构

剪断机构

夹紧机构

冷镦机构

2.2设计方案一

送料机构：

选用槽轮，利用槽轮的间歇运动，实现间歇送料槽轮转动四分之一的圆周，通过与槽轮同轴的辊子的直径来控制送料的长度12——48mm。

槽轮只需分钟转动30圈，送料120次。

夹紧机构：

需要同时夹紧预镦和终镦位置，由于凸轮的远休止能很好的实现这一要求，所以我们应用并联的凸轮机构，控制远休止角的大小来控制时间长短。

剪断机构：

用曲柄滑块机构，滑块就是刀头。

冷镦机构：

需要一定的增力，运用如图所示的六连杆机构在增力的同时又具有了急回的运动特性。

很好的满足了整体机构的设计要求。

推料机构：

用曲柄滑块机构控制螺钉从预镦位置送到终镦位置。

整个机构从左到右如图一样排列，夹紧之后螺钉左右两端同时进行剪断和冲压预镦，然后推料机构将胚料从预镦位置送到终镦位置，进行终镦。

B-B的同时镦，并排两个凸轮。

同时夹紧，前一个螺钉的终镦和后一个螺钉的预镦在同一冲压的过程中实现，节省了时间提高了效率。

A-A两套啮合齿轮，可有2种不同的进料尺寸，通过更换齿轮的齿数还可由其他不同的进料长度。

2.3设计方案二

送料机构：

选用不完全齿轮，利用不完全齿轮的间歇运动，实现间歇送料，通过与不完全齿轮同轴的辊子的直径来控制送料的长度。

但是不完全齿轮的加工难度大，配合的精度要求高，不利于运动仿真。

因此尽量不采用。

夹紧机构：

由于凸轮的远休止能很好的实现这一要求。

因此运用两个凸轮分别夹紧预镦位置和终镦位置。

预镦之后螺钉自重落到终镦位置，由下凸轮夹紧，进行终镦。

剪断机构：

同样运用曲柄滑块机构。

冷镦机构：

运用如图所示的六连杆机构同样在增力的同时又具有了急回的运动特性。

墩头连接一个卸取成品的导针，将制作好的螺钉从终镦位置取出。

从整个机构的结构来看，虽然能实现设计要求的需要，完成各项功能，但是造型相对困难，实际应用时造型是难度更大。

利用螺钉自重会有撞击，影响终镦时的精确度。

导针的问题也是理想化的考虑，实际中导针的弯曲会使整个机构的功能无法实现。

2.4设计方案三

送料、剪断、冷镦冲压机构同以上两套方案没有很大的差别。

只是夹紧装置的调换。

夹紧装置是通过两个金属履带之间的空隙进行夹紧的，履带夹紧坯料的同时进行剪断，胚料随履带一同先后经过预镦和终镦位置。

最后履带分开螺钉落到零件收集筐。

方案三的优点是很好的解决了预镦和终镦的衔接问题，终镦的位置确定，精度高。

缺点是设计精度要求很高，时间配合要求高。

履带的使用造成造型的难度加大，履带的夹紧是否符合强度的要求，冷镦冲压会使履带偏离，传动影响很大。

理想状态下是很好的，实际应用中操作难度很大，机构磨损、碰撞等问题很难得到有效的改善。

2.5最终选定方案

通过对以上三种设计方案的分析，综合三种方案的优缺点，经过小组反复讨论研究决定采用第一种设计方案的机构进行更近一步的详细设计。

并对其进行尺寸的要求和机构运动时间的安排，进行详细的设计。

3.所选方案的具体设计

3.1、尺寸计算

3．1．1冷镦机构的尺寸设计

我们根据冷镦的行程56mm，查找资料确定急回系数K为1.5能很好的满足机构急回要求：

K=（180°+θ）/（180°-θ）

极位夹角θ=180°（K-1）/（K+1），算出极位夹角θ=36°。

为了便于计算我们假定杆在水平位置，两个固定铰链点之间为60mm。

所以计算出曲柄的长度为L=60×sin18°≈18.54mm。

成角度的杆件角度为90°+18°=108°,该杆的水平长度为60mm，倾斜部分长度暂取120mm,若不够还可加长。

取墩头与角度杆的铰链点之间的距离为100mm。

所以与墩头联接的杆长L=100-60=40（mm）。

铰链位置我们用φ4mm的圆孔代替，杆件与墩头联接的铰链出于强度的要求改用φ10mm的圆孔。

杆件的厚度都为6mm，宽度8mm。

所以滑块的方孔为6×8mm的尺寸。

墩头是有两个18mm×32mm×12mm的方块用圆柱联接分别是预镦和终镦位置。

增力机构设计图如下：

3．1．2夹紧机构的尺寸设计

夹紧机构的要求是在远休止夹紧时候，进行剪切和冷镦。

其余时间进行送料和推料。

根据剪切、冷镦、推料、送料所需要的时间，我们计算出凸轮远休止所需的时间0.11s，为了满足时间设计的要求，我们拟定出凸轮的基圆半径为20mm，升程为10mm，远休止角为80°，近休止角为40°，由于机构对凸轮运动的特性没有特殊要求，所以我们设计升程为匀速的。

根据凸轮在基架的位置，设计出夹紧杆的长度和夹紧块的高度分别为40mm、20mm。

夹紧块的尺寸为12mm×8mm×20mm。

凸轮的具体设计如图所是：

3．1．3剪断机构、推料机构的尺寸设计

剪断机构、推料机构同样都为曲柄滑块机构，对这两个机构的尺寸没有特殊的要求，只要能完成在规定的时间进行剪断、推料就能达到设计目的，主要是剪断和推料时间的安排。

我们设计剪断的连杆的长度为41mm，刀头为10mm×10mm的块状。

推料的两个杆分别为40mm，33mm。

3．1．4送料机构的尺寸设计

送料机构是利用四齿槽轮的间歇转动90°，通过和槽轮相连的辊子进行送料的。

根据整体机构的大小，我们将槽轮的半径设计为25mm，槽深34mm，槽宽9.3mm，轮杆长33mm，轮厚10mm。

3.2工作循环图

90°

180°

3.3各机构速度、加速度曲线分析

3.3.1槽轮运动曲线分析

从图中可以很清楚的看到，速度有一个较大的峰值，而速度变化最大的那个时间段即为槽轮的送料工作时间段。

从角速度的图中也可以看到速度曲线在0线附近波动，说明槽轮有摆动传动不是很平稳，这可能和我们的造型时的精度误差有关系。

角加速度曲线有一个很大的跳动，峰值很大。

说明机构构件之间的冲击较大，0.5秒左右的时候有短暂的卡死现象。

这与造型有关系，与配合时的距离有关系。

3.3.2凸轮机构运动曲线分析

可以看到因为采用了几何封闭的凸轮机构，凸轮和杆件之间的相互冲击比较大，所以速度和加速度图线的波动都较大，但是位移曲线却比较平稳，远休止时间正好，很好的满足了机械对凸轮的行程和时间的要求。

由此可见凸轮机构在运动的平稳性上还是比较好的。

3.3.3冷镦机构运动曲线分析

冷镦机构运用的是六连杆的增力机构，具有急回运动的特性，行程速比系数K为1.5。

镦块速度两次变为0所用的时间长度不同，前一次用了0.1秒左右，后一次用了0.3秒左右，速度差很大，反映出速度急回的特性，快速镦慢速回。

3.3.4剪切和推料机构运动曲线分析

切刀和推杆都采用了曲柄滑块结构，都没有采用偏心设置，没有急回的特性。

所以速度和位移的曲线差别不是很大。

只是时间的安排不同。

杆长的设计长度影响了速度的曲线。

4.所选运动方案布置图

5.小组总结

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。

整个机构的传动比较平稳的，效率上也基本可以满足120个/min的要求。

但是我们的机构如果要运用到实际的机械生产中，还是需要做更多的改进，理论上可以实现的，实际生产中可能就会有这样那样的问题。

经过为期十天的机械原理课程设计，我们对机械原理的一些知识及设计理念有了进一步的巩固与加深。

对机械类产品的设计流程及其部件的尺寸设定有了初步的了解。

深刻认识到理想化设计与实际应用之间的矛盾。

我们小组设计初期，由于对产品的要求以及各机构的功能了解的不是很深入，走了不少弯路。

经过我们小组的几番讨论和对整体机构的认识加深，制定出了几套比较可行的方案，从中选取了三套进行了比较，最终定下了详细的方案，进行更为详细的方案设计与尺寸的设计。

由于对社会上的产品不是很了解，很多尺寸都是凭借感觉定的，可能会有些不切合实际。

此次课程设计，使我们认识到制定详细的计划对提高效率的重要性。

开始时由于没有很详细的计划，浪费了不少的时间。

希望能在以后的学习工作中得到改进。

另外在这短短十天中让我们收获最大的是体会到团队协作、分工配合精神，合理分工各自完成自己的工作，然后进行整合，提高了组员之间的默契程度。

6.参考资料

[1]西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，孙桓、陈作模主编.机械原理.第6版.北京：

高等教育出版社，2001年5月。

[2]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年4月。

[3]曹岩赵汝嘉主编，SolidWorks2003精通篇.北京：

机械工业出版社，2004年3月。

[4]郭玲文主编.AutoCAD2006中文版基础教程北京：

清华大学出版社，2006年1月