机械制造专业毕业论文双头铆接机设计.docx

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机械制造专业毕业论文双头铆接机设计

第一章冷碾铆接法的基本原理及工艺特点

1.1冷碾铆接法

就是利用铆接对铆钉局部加压，并绕中心连续摆动直到铆钉成形的铆接方法。

铆头沿圆周方向摆动辗压，使工件准确定位，然后铆接。

第二章冷碾铆接法同传统铆接法的工艺特性比

冷碾所需摆碾力极小，仅为锤击、冲压等铆接方法的1/10~1/15，因为本人单位的铆接方式是铆杆对铆钉施压，其压力越靠近轴的中心越大，而冷碾铆接法是以连续的局部变形使铆钉成形，其所施压力离铆钉中心越远越大，这恰恰符合材料变形的自然规律，因此采用冷碾铆接设备所需吨位极小，节省费用。

冷碾铆接法使铆钉的变形顺从金属的自然流向，不会降低材料的缺口冲击韧性和延展性，减小了在铆钉墩头周围出现切向拉应力过高的危险，铆后材料无折断纤维流能提高铆钉的承载能力。

冷碾铆接法所产生的连接强度约高于冲压铆接80%，冷碾后铆头几乎无弯曲鼓肚，墩粗等变形现象，同时与铆钉相连的工件毫无变形，而用冲压铆接由于轴侧施压，冲击绽开，上述缺陷较为明显。

冷碾铆接法，铆头在铆钉上作纯滚动而无滑动，铆钉成型后的表面粗糙度仅取决于铆头，而铆头表面粗糙度非常容易保证，可以做到很高。

采用冷碾铆接法时，几乎无噪声，无振动，而现有的冲压铆接噪声较大，超过90分贝。

冷碾铆接机操作方便，设备安全保护装置可有效保护人员。

使用冷碾铆接机时，由于铆钉材料具有较好的形变性能，铆杆不会出现质量问题，寿命较高，同时只要改变铆头形状，就可铆接各种形状，只要制作合适的铆头，即可铆接以下各种形状，如扁平型、沉头型、圆弦型、碗型，方便于未来实现通用化。

2-1铆接形状图

铆接机按其原理可分为摆碾式和径向式两大类。

按铆接形式可分为单头、双头和多头。

按其结构形式可分为台式、立式、落地式和卧式。

本方案采用落地式，方便人员操作。

第三章几种铆接机主要特点

由于产量的日益提高，为了加快生产速度提高生产效率，本设计使用两个铆头同时进行冷碾铆接。

为了再加快速度，工作台使用气缸传动，使操作大大简化，气路加装双向调节阀有效控制工作台运动速度。

液压回路上装有单向调速阀可调流量大小，从而控制铆接速度的快慢。

工件和铆钉铆接时，铆头可依靠调节筒调整铆接高度，大大提高了可操作性。

螺纹的自锁性和侧面加装螺钉后可实施精确定位。

铆接机工作原理一般有两种，径向式铆接机和摆碾式铆接机。

它们在结构上和运动轨迹上都有较大的区别。

径向式铆接机　

电机通过连轴器将动力传递给主轴，主轴通过少齿差行星机构将运动传递给球面运动副，同时液压系统驱动活塞连同球面副向下施压，当铆头接触到铆钉时铆头围绕铆钉中心线（即主轴中心线），按11瓣梅花运动轨迹对铆钉进行无滑动辗压造成球面而完成铆接工作。

摆碾式铆接机

电机通过联轴器将运动传给主轴，同时液压系统驱动活塞连同主轴向下施压，当铆头接触到铆钉时，铆头围绕铆钉中心线（即主轴中心线）公转，同时铆头在切向力的作用下自转，从而形成无滑动碾压。

铆头的运动轨迹为一圆圈。

3.1径向铆接机主要特点

铆钉冷碾原理研制而成的一种新型铆接设备，与传统落后铆接工艺相比具有以下明显特点为：

1.铆钉成形力小，仅为冲铆的1/10，铆钉无不良变形，铆接表面光洁美观。

2.无振动，低噪音，低能耗，操作方便安全。

3.效率高，成本低。

4.易于实现自动化。

 现在还有无铆钉连接铆接机，他是用压力设备（液压传动或气动）和专用模具将两层或多金属板件冷挤压成型，形成一个具有一定抗拉和抗剪强度的内部镶嵌连接点的连接设备。

适用范围：

无铆钉连接适合于钢板.不锈钢板.铝板及非金属夹层的连接。

3.2无铆钉连接的优点

1连接点牢固可靠；

2没有原料消耗和不需要辅助材料；

3超越了金属材质局限和厚度局限；

4可以形成圆点和巨型点连接；

5连接区域没有热应力；

6不会损伤工件表面的保护层；

7不需要预先或事后处理，允许有夹层和多层连接；

8工作环境好，没有灰尘毒烟排放，没有噪音；

9操作简单.消耗低.维修费少。

但不合适本场合

径向铆接机

铆钉材料沿直径方向变形，并形成与工作载荷相应的纤维质流，大大提高抗载荷能力，该技术铆接性极好，可加工带电镀层的铆钉，铆后镀层完好无损。

另外铆接稳定性好，一般铆钉不对中，不夹持也能顺利铆接完成。

同时由于铆接力极小，因此铆件铆后无不良变形，内应力极小，不会产生内裂纹，铆面光洁美观，废品率几乎为零。

吨位相似的径向铆接机较摆铆机价格贵20%以上，但是能多使用两至三年。

该设备是摆铆接机的替代型产品，其整体性能较好，铆接质量好，成型完整，均匀稳定，变形无回弹，低耗高效，方便可靠，并且可加工多种材料和形状，是实现各种工艺性要求的绝佳选择。

3.3摆铆型铆接机

铆接材料是沿圆周方向变形，并产生回旋纤维质流，抗载荷能力较径向纤维差，铆接时要求有一定程度对中，铆后伴有少量内应力。

设备安装安全保护装置，可有效保护人员设备安全。

该机振动噪声较低，较径向设备略高，劳动强度也较低。

此种类型铆接设备是依据九十年代先进技术而生产的新型设备，它的低耗高效，操作方便替代了传统落后手铆冲铆等工艺，是体现企业加工生产能力的重要设备。

由于径向铆接机技术过于复杂，难以保证可靠性、稳定性，其维修保养复杂要求极高，备件价格高昴，通用性差。

而本单位工作环境恶劣，外来劳务工更换频繁，难以保证设备能得到系统维护保养。

所以从经济角度、技术角度来选择本方案，使用摆铆型铆接设计。

由于产量的日益提高，为了加快生产速度提高生产效率，本设计使用两个铆头同时进行冷碾铆接，而为了再加快速度，工作台使用气缸传动，使操作大大简化，气路加装双向调节阀有效控制工作台运动速度。

可加装光电传感器，实现区域保护，一旦有人或物接触进入危险区域，设备可以自动停机，以杜绝事故的发生。

液压回路上装有单向调速阀可调流量大小，从而控制铆接速度的快慢，提高工作效率。

液压缸行程中点可加装卸油管道，使可靠性大大增加，减小元件损伤可能。

可加装电子计数器，方便控制生产量，此项需电气工程师协助。

工件和铆钉铆接时，铆头可依靠调节筒调整铆接高度，大大提高了可操作性。

螺纹的自锁性和侧面加装螺钉后可实施精确定位。

由于本人理论知识的局限性，只能以机械设计为主。

第四章设计方案的确定

4.1电机的选择

按设计要求及工作条件选用Y系列三相异步电机，卧式封闭结构。

电压：

380V。

4.1.1电机容量的选择

根据已知条件由计算得知电机工作所需有效功率

PW1＝

＝

＝0.25KW

PW2＝

＝

＝0.75KW

PW总＝PW1+PW2＝0.25+0.75＝1KW

设：

ηc——联轴器效率，η＝0.99

ηg——闭式圆柱齿轮传动效率，η＝0.97

ηb——一对滚动轴承效率，η＝0.99

估算传动系统总效率

η2＝ηcηgηbηb

＝0.99×0.99×0.99×0.99＝0.78

η1＝ηcηgηbηbηgηb

＝0.99×0.99×0.99×0.99×0.99×0.99＝0.941

工作机所需电动机功率

Pr1＝

＝

＝0.266KW

Pr2＝

＝

＝0.78KW

P总＝Pr1+Pr2＝0.266+0.78＝1.046KW

选择电机型号：

saf47dt80n410bmg/mm111.1kw380/500v-50/60hz2.4a-2900/66rpm

由三相异步电动机技术数据可以确定，满足Pm>P总条件的电动机额定功率为1.1KW。

4.2传动比的分配

铆接机传动系统总的传动比

i＝

＝

＝48

考虑到安装尺寸，变速箱不宜设计过大，所以安装变频器进行初步调速，可以减少设计时间、减少零件节约成本，便于安装。

i12＝4i34＝1

设计时,轴的转速:

最低为40r/min，最高为120r/min

电机输出的转速：

最低为40r/min，最高为120r/min。

n高＝120r/min，n低＝40r/min

po＝pr＝1.1KW

T低＝9500

＝9550×

＝262.6

选材和热处理；按文献（3）中式表3-4轴选用45号钢调质

绘制轴的布置简图。

4-1轴的布置简图

A=20

B=25

4.3轴的受力分析

轴的受力简图如图5－4所示。

图中

lAB＝l1＝185mm

lAC＝

+c+k+

＝

+5+10+

＝57.5mm

（a）lBC＝lAB-lAC＝127.5mm求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图

轴在水平面内的受力简图如图b所示

RAX＝Ft1

＝2391×

＝1648N

RBX＝Ft1-RAX＝2391-1648＝743N

MAX＝MBX＝0，MCX＝RAXlAC＝RBXlBC＝93936N.mm

（b）求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图

轴在垂直面内的受力简图如图5－8（c）所示

RAY＝Fr1

＝870×

＝600N

RBX＝Fr1-RAY＝870-600＝270N

MAY＝MBY＝0，MCY＝RAYlAC＝34500N.mm

（c）求支承反力，作轴的合成弯矩图，转矩图

RA＝

＝1754N

RB＝

＝791N

MA＝MB＝0，MC＝

＝100071N.mm

T＝Ft1

＝83685N.mm

4.4轴的初步计算

由文献[3]中式7－10

d≥

mm

按文献【3】中表7－1，轴的材料为45号钢调质处理，σb＝637Mpa。

按文献【3】中表7－4，插值得[σ-1]＝58.7Mpa.

取折算系数a≈0.6。

将以上数值代入轴计算截面（c截面）直径计算公式

d≥

mm

＝

＝26.71mm

4.4.1轴的结构设计

按经验公式，减速器输入轴的轴端直径

de＝（0.8～1.2）dm＝（0.8～1.2）×2.4＝11.2～28.8mm

参考联轴器标准轴孔直径，取减速器高速轴的轴端直径de＝25mm。

根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴段的直径及长度，其中轴颈、轴头结构尺寸应与轴上相关零件的结构尺寸联系起来统筹考虑。

轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径：

2530354045mm

决定选用25mm

4.5轴承的选择

4.5.1轴上滚动轴承的选择

按承载较大的滚动轴承选择其型号。

因支承跨距不大，故电机侧采用两端固定式轴承组合方式。

轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命取为LH＝24000h。

由前计算结果得知：

轴承所受径向力Fr＝870N，轴承工作转速n＝120r/min。

初选滚动轴承306GB276－82；按文献【6】中表6－1，基本额定动负荷Cr＝20800N，基本额定静载荷Cor＝14200N。

按文献【3】中表8－9，冲击负荷系数fp＝1.5。

Pr＝Frfp＝870×1.5＝1305N

Cjs＝PrL1/ε＝Pr

1/ε＝1305×

1/ε＝4536.6.6N

因Cjs

6204轴承：

D＝46mm，B＝18mm，damin＝20mm。

4.5.2铆接侧轴上滚动轴承的选择

按承载较大的滚动轴承选择其型号。

因支承跨距不大，故采用端固定式轴承组合方式。

轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命取为LH＝24000h。

由前计算结果得知：

轴承所受径向力Fr＝2692.48N，轴承工作转速n＝30r/min。

初选滚动轴承307GB276－82；按文献【6】中表6－1，基本额定动负荷Cr＝25800N，基本额定静载荷Cor＝17800N。

按文献【3】中表8－9，冲击负荷系数fp＝1.5。

Pr＝Frfp＝2692.48×1.5＝2425.16N

Cjs＝PrL1/ε＝Pr

1/ε＝2425.06×

1/ε＝8211.63N

因Cjs

6204轴承：

D＝52mm，B＝20mm，damin＝25mm。

（5）按文献【3】中式7－1和式7－3，分别验算键的挤压强度和剪切强度。

σp＝

＝

＝102.93<[σp]Mpa

τ＝

＝

＝51.47<[τ]Mpa

键的挤压强度和剪切强度满足要求。

间隙齿轮的键与上面的从动齿轮一样。

选A型普通平键。

选键18×56GB1096－79：

b＝6mm，h＝6mm，L＝29mm。

第五章结论

经过多个月的毕业课程设计即将结束，在次希望老师对我们的设计过程做最后的审阅与检查。

在这次的毕业课程设计中，我通过对有关轴类设计方面的资料的参考与检阅，请叫冯树新老师有关轴类方面的问题，特别是在选用夹具时遇到的困难，老师都能给予我一一答复，

在这两个月的时间里，使我对双头铆接机设计的内容有了进一步的了解，让我对双头铆接机设计的材料、主要设计参数的计算、产品缺陷及其解决方法，并使总体结构设计及零部件的设计变的更加完善，在这次的设计过程中，设计上的东西与所要的结果有所偏差，但一般通过查阅有关书籍都能基本解决，从最初的无从下手到现在的得心应手，都是通过自己查阅资料与老师的指导，并与同学进行充分的讨论并修改才有现在的成绩。

通过这两个月的努力，我深信这次毕业课程设计能为我以前所学的相关课程设计知识的进一步巩固和将来的事业奠定了坚实的基础。

参考文献

【1】杨可桢程光蕴主编.机械设计基础.北京：

高等教育出版社，2002

【2】汝元功唐照民主编.机械设计手册.北京：

高等教育出版社，1995

【3】唐照民等主编.机械设计.西安：

西安交通大学出版社，1995

【4】吴宗泽主编.机械设计课程设计手册.北京：

高等教育出版社，1999

【5】杨黎明主编.机械原理及机械零件.北京：

高等教育出版社，1990

【6】王章忠等主编.机械工程材料.北京：

机械工业出版社，2001

【7】张秉荣章剑青主编.工程力学.北京：

机械工业出版社，1996

【8】杨兴骏等主编.互换性与技术测量.北京：

中国计量出版社，2002