螺钉头冷镦机设计.doc

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1、 目 录一、设计题目 1.1 设计题目11.2 工作原理及工艺动作过程11.3 原始数据及设计要求11.4 方案设计提示 1 1.5 设计任务2二、原动机的选择2三、机械系统运动方案的拟定与比较3.1 方案一33.2 方案二33.3 方案三33.4 方案的比较与选定4四、机构设计与计算 4.1基础机构的设计5 4.1.1 槽轮机构5 4.1.2 曲柄滑块机构5 4.1.3 凸轮机构6 4.1.4 曲柄摇杆机构7 4.2 运动循环图7 4.3 机构尺度综合8 4.4 运动方案布置图（见附录） 4.5 机构动态静力分析12 4.5.1曲柄滑块机构 12 4.5.2 凸轮机构 13 4.5.3 曲柄

2、摇杆机构 14五、参考资料14六、设计心得14 一、设计题目 1.1设计题目 螺钉头冷镦机 1.2工作原理及工艺动作过程工作原理： 在室温下把棒材或线材的顶部加粗的锻造成形方法。冷镦主 要用于制造螺栓、螺母、铁钉、铆钉和钢球等零件。锻坯材料可以是铜、铝、碳钢、合金钢、不锈钢和钛合金等，材料利用率可达8090。冷镦多在专用的冷镦机上进行，便于实现连续、多工位、自动化生产。在冷镦机上能顺序完成切料、镦头、聚积、成形、倒角、搓丝、缩径和切边等工序。生产效率高，可达300件/分以上，最大冷镦工件的直径为48毫米。冷镦螺钉头主要完成以下动作：1）把成卷的线材通过校直，并自动间歇送料；2）截料并运料；3）

3、预镦和终镦；4）顶料。1.3 原始数据及设计要求1）每分钟冷镦螺钉头120只。2）螺钉杆的直径D=24mm，长度L=632mm。3）毛坯料最大长度48mm，最小长度12mm。4）冷镦行程56mm。1.4 设计方案提示1）自动间歇送料采用槽轮机构、凸轮式间隙运动机构等。2）将坯料转动切割可采用凸轮机构推动进刀。3）将坯料用冲压机构在冲模内进行预镦和终镦，冲压机构可采用 平面四杆机构或六杆机构。4） 顶料，采用平面连杆机构等。1.5 设计任务 1)机械系统方案的拟定 1.简图表达（各构件名称） 2.动作原理 2）方案论证和评定 1.根据设计参数要求进行功能分解； 2.各执行机构的方案说明、绘制机构

4、运动传动示意图（可动画）； 3）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图； 4）机械传动系统和执行机构进行尺度设计 1.传动系统设计（各级传动比确定等） 2.基本机构的设计、尺度综合。 5）运动分析 (位移、速度、加速度) 图纸：（1）机械运动方案简图；（2）基本机构设计图二、原动机的选择 机械系统通常由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其他辅助零部件组成。工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分。由于YZ、YZR系列起重及冶金用三相异步电动机具有较高的机械强度及过载能力，能承受经常的机

5、械冲击及振动，转动惯量小，过载能力大，适用于经常快速起动及逆转、电气及机械制动的场合，还适用于有过负荷、有显著振动和冲击的设备，所以我们选择YZ、YZR系列起重及冶金用三相异步电动机做为原动机。三、 机械系统运动方案的拟定与比较 3.1 方案一 在该方案中，如图(见附表)所示送料机构由皮带轮，曲柄摇杆机构，棘轮机构组成， 截料机构由曲柄摇杆机构组成，回转工作台由槽轮机构组成，顶料机构由平底凸轮机枪组成。主轴上的皮带轮带动皮带轮4与皮带轮4同轴的齿轮5，固定在与齿轮5相啮合的齿轮上的曲柄回转带支棘轮8上的摇杆来回摆动，使棘轮8产生间歇的定向转动，棘轮的转动又伟给送料滚筒，使滚筒间歇送料。送料机构

6、送完料后，主轴上的曲柄回转推支摇杆摆动，摇杆的摆动使截料机构的刀口闭合，产针送完的料截下来。主轴上的圆柱凸轮3推动槽轮间歇转动，槽轮带动与其连轴的回转工件11台间歇转动，从面将坯料间歇地送到初镦模6和终镦模7的下面。与齿轮4同轴的转盘上固定有曲柄，曲柄的回转运动通过五杆机构转变为初镦模6和终镦模7的上下往复运动，对回转工作台11送来的坯料分别进行初镦和终镦。 3.2 方案二在该方案中，如图所示，采用不完全齿轮实现其间歇运动，由电动机带动其不完全齿轮转动，截料机构采用曲柄滑块机构推动刀具运动，截送料机构采用特制圆盘如图所示。一个圆盘进行送料和冷镦在圆盘的径向上均布着小孔，截好的材料送进来正好嵌在

7、孔里面，当圆盘转过一定角度的时候工件又继续送进去，这也能实现间歇送料。在径向孔的内部，有三个爪子，就象车床上夹紧材料的那个部分，通过圆盘自身的转动，带动齿轮转动从而使这三个爪子具有收紧和放松的功能。在爪子收紧时，正好进行冷镦，放松时，卸下工件。 3.3 方案三电动机带动齿轮旋转，通过齿轮之间的传动实现槽轮转动，达到间歇送料的目的。当原料送到预定位置时，与凸轮接触的圆柱杆上移加紧试件，冷镦头左移不断接近试件，刀具下移实现切料。此时，预镦与剪切功能完成。推料机构再将试件向前推进到终镦位置，下一个加工试件冷镦同时实现前一个试件的终镦。 3.4 方案的比较与选定采用的机构机构的优点机构的缺点方案一曲柄

8、摇杆机构、棘轮机构、槽轮机构、平底凸轮机构由曲柄摇杆机构带动棘轮机构送料，精确，而且可以调节送料的长度；回转工作台，上有六个下模孔，回转传料，提高工作效率。 传料的速度较快，送料的速度难以控制。方案二不完全齿轮、凸轮、连杆组合机构该机构结构简单，便于制造和生产，两个凸轮同步，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。圆盘夹紧部分工艺复杂，设计难度大。工作工作中，圆盘受力太大，使得机器寿命减短，而无法实现生产效益。方案三齿轮、槽轮、连杆、凸轮组合机构并排两个凸轮。同时进行预镦和终镦，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

9、轮的齿数还可由其他不同的进料长度。凸轮顶杆承受的压力大，因此对顶杆的刚度要求高，凸轮磨损严重。 综合三种方案的优缺点，选择方案三，再将其冷镦机构加以修改，用平面曲柄摇杆机构代替曲柄滑块机构，最终定型。四、 机构设计与计算 4.1 基础机构的设计 4.1.1槽轮机构 送料机构采取槽轮机构。由电动机带动一个轮系使带销圆盘转动，带销圆盘再带动槽轮，实现间歇送料功能。 槽轮的转速n=(120/60)9036060=30r/min（槽数z =4） 带销的圆盘的转速n=4n=120r/min为很好的满足此机构的要求，我们选取Y160M2-8型电动机，转速n=720r/min，功率p=5.5kw,功率因数c

10、os=0.74。为使槽轮转速达到要求，须进行减速设计，所以通过两次齿轮外啮合，即：i14=(Z2Z3)/(Z1Z2)=n1n4=720120=6定Z1=20,m=3; Z2=60,m=3;则i12=Z2Z1=6020=3; n2=n13=7203=240r/min定Z2=18,m=6, Z3=36,m=6;则i23=Z3Z2=3618=2; n3=n22=2402=120r/min 满足槽轮转速n=n3z=1204=30r/min的条件，以上假设成立。在一个循环中: 带销圆盘进程的时间t=60120=0.5s 槽轮进程时间t=(1/4)t=0.125s进料长度L=（1/4）D=15.7mm(其

11、中，D为槽轮直径为20mm)4.1.2曲柄滑块机构 剪切机构采用曲柄滑块机构。与盘形凸轮共轴的齿轮带动与曲柄相连的齿轮转动，曲柄带动刀具做往复运动，实现剪切功能。 滑块的行程L=12.36mm,即铰链与转盘中心的距离为6.18mm。定曲柄杆长为20mm,与曲柄相连的齿轮半径为9mm，可得到如下图所示的仿真图。 4.1.3凸轮机构 夹紧机构采用对心平底推杆盘形凸轮。由电动机带动一个轮系转动，使凸 轮和与其共轴的齿轮一起转动，进而使推杆做往复运动，实现夹紧功能。 定推杆长为8.18mm,基圆半径为10mm，共轴齿轮半径6mm。经计算凸轮的远休止角01=66，近休止角02=80，推程运动角0=回程运

12、动角0=107，可以得到如左图所示的凸轮仿真图。 4.1.4 曲柄摇杆机构冷镦机构采用曲柄摇杆机构。由与凸轮共轴的齿轮带动与曲柄相连的齿轮转动，再由四杆机构带动墩头进行预墩和终镦。定曲柄长为9mm，连杆长为14mm，摇杆长为20mm,机架长为23mm。经计算极位夹角=3.57，行程速比k=（+180）（180-）=1.04,摆角=53.48。仿真图如上图所示。 4.2 运动循环图 送料 夹紧 剪切 预、终镦 顶料 0 90 180 270 360（0） 90 4.3 机构尺度综合 机构总体分为槽轮机构、曲柄滑块机构、凸轮机构和曲柄摇杆机构。它们的位移、速度、加速度分析图分别如下。 曲柄滑块机构

13、位移图 曲柄滑块机构速度图 曲柄滑块机构加速度图 凸轮机构位移图 凸轮机构速度图 凸轮机构加速度图 曲柄摇杆机构角位移图 曲柄摇杆机构加速度图 曲柄摇杆机构角加速度 根据分析所有机构满足要求。根据每0.5秒需完成一次送料、剪切、夹紧、初终墩和顶料的要求，代销圆盘初始位置在沿与水平方向成45角斜向右上方向；曲柄滑块机构中，初始位置时，连杆在与竖直方向成31角斜向左下方向；凸轮机构中，初始位置时，推杆处于最低位置；曲柄摇杆机构中，初始位置时，连杆处于水平位置并在与连杆相连的齿轮中心右边。 4.4 运动方案布置图（见附录）4.5 机构动态静力分析4.5.1 曲柄滑块机构剪切部分采用曲柄滑块机构。假设

14、各杆质心均在杆件中心处，曲柄（实为齿轮）质量为m1,连杆质量为m2，滑块（实为道具）质量为m3。其运动简图如下图所示：对各杆件及滑块进行受力分析有： 根据牛顿第二定律有： F41 + m1g + F21 = J1a1 F12 + m2g + F32 = J2a2 Fr + Fn + F23 + m3g = J3a3根据前面的已知量可大致估算出连杆的质量为0.5kg,滑块（实为刀具）的质量为1.0kg。 4.5.2 凸轮机构 夹紧部分采用凸轮机构，其运动简图如下图所示： 4.5.3 曲柄摇杆机构 冷镦部分采用曲柄摇杆机构，其运动简图如下图所示：五、参考资料【1】葛文杰，机械原理（第六版），高等教

15、育出版社【2】刘宏文，材料力学（第五版），高等教育出版社【3】哈尔滨工业大学理论力学教研室 理论力学，高等教育出版社【4】机械原理课程设计手册，高等学校教材六、设计心得 机械原理课程设计接近尾声，经过两周的奋战，我们的课程设计终于完成了。在这个过程中我们学到的不仅有专业知识，还有团队合作精神，任何一个完整的作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是先由团队成员细致分工，然后认真整合之后形成一个完美的作品。 我们小组做的是螺钉头冷镦机，由于理论知识不足，也没有相关经验，刚开始有些手忙脚乱，不知从何入手。这段时间里又还有各种专业考试，做课程设计的同时也要忙着复习，心力交瘁。 在设计的过程中，我们小

16、组通过阅读大量资料，与同学交流等方式，使我们学到不少知识，也经历不少艰辛，但同样收获巨大，而且大大提高了我们的动手能力。 很多人认为两周时间很长，但我们丝毫没有感觉到时间的充裕。我们第一周的时间是选定题目、收集资料、做方案设计，经过不断修改、讨论和分析各个方案的优缺点和不足，最终我们选定了最佳的方案。第二周的任务就着重在详细设计的方面。这个阶段我们分工合作，有条不紊。我们使用的机构类型有很多，需要讨论的问题也有很多。比如槽轮中槽数的选择、凸轮的轮廓设计和运动性能分析及其优化、齿轮模数的选择和变位系数的计算、滑块和杆长的设计，这都需要理论知识来指导。 我们收获的另外一点就是对设计方法的认识，对CAD的认识，大一下学期时学过一些CAD知识，而第一次这么完整的用CAD细致地表达自己的思想，还是遇到了不少困难。 这次课程设计，让我们领会到了干什么事都要有耐心，要尽自己的努力，突破思维定式，敢于想敢于做，更要懂得分工与合作，这让我们体会到学习中的快乐。老师曾说，别人取得的优异成绩，绝不是侥幸和巧合，那都是自己努力之后的成果。我们要有上进心，要不怕困难，不骄不躁。以前我们总觉得很多东西都会，一旦自己动手，就发现很多问题。这次的课程设计让我们明白了，万事开头难。我们要端正态度，态度决定一切，山高人为峰。总之，我们学到的知识经过应用才能实现其价值。 附录：