螺钉头冷镦机课程设计说明书.docx
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螺钉头冷镦机课程设计说明书
课程设计
资料袋
学院（系、部）2011—2012学年第2学期
课程名称机械原理课程设计指导教师职称
学生姓名专业班级学号
题目螺钉头冷镦机
成绩
起止日期2012年6月7日--2012年6月13日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
1
张
4
5
课程设计任务书
2011—2012学年第2学期
学院（系、部）专业班级
课程名称：
机械原理
设计题目：
螺钉头冷镦机
完成期限：
自2012年6月7日至2012年6月21日
内
容
及
任
务
一、设计的主要技术参数
二、设计任务
进行螺钉头冷镦机的运动方案和传动系统设计；
确定螺钉头冷镦机运作原理和运动形式，绘制工作循环图；
设计几种运动方案并进行分析、比较和选择；
对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机构运动简图；
进行机械动力性能分析与综合；
三、设计工作量
编写说明书一份及机构图一张。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
主
要
参
考
资
料
指导教师（签字）：
2012年6月20日
系（教研室）主任（签字）：
2012年6月20日
机械原理课程设计
设计说明书
螺钉头冷镦机
起止日期：
2012年___6月7日至2012年6月14日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2012年6月20日
一、螺钉头冷镦机功能及设计要求
1.设计题目
采用冷镦的方法将螺钉头镦出，可以大大减少加工时间和介绍所节省材料。
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）顶镦并终镦
（4）顶料
2.设计要求
2.1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为2-4毫米，长度L为6-32毫米
（3）毛坯料最大长度为49毫米，最小长度为12毫米
（4）冷镦行程为56毫米
2.2设计方案提示
（1）自动间歇送料采用槽轮机构、凸轮机构间歇运动机构等
（2）将坯料转动切割可采用凸轮机构推进进刀
（3）将坯料用冲压机构在冲模内进行顶镦和终镦，冲压机构可采用平面四连杆或六连杆机构
（4）顶料，采用平面连杆机构等
二、工作原理和工艺动作分解
1.工艺动作的确定
根据题目分析可知，螺钉头冷镦机主要完成以下几个工艺动作：
⑴送料:
将一定长度的毛坯料送入执行机构中，并且具有间歇性。
⑵截料:
将一定长度的毛坯料截断，且要快速的截断并退出。
⑶夹紧:
将截取下来的毛坯料夹住，以便接下来将要进行的冷镦，又要便于工件的卸载。
⑷冷镦：
在一定力的冲压下将螺钉的头部镦出，冷镦机构需要具有急回特性。
2.机构的设计与比较
根据机械的使用要求、工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择传动系统类型，并拟定从原动机到工作机之间传动系统的方案和总体布置。
设计的该机械系统在运行过程中没有调速要求，故只需采用齿轮轮系结构进行降速到预期要求，即定传动比的传动系统（对于执行机构机构或执行构件在某以确定的速度下工作的机械，其传动系统只需固定传动比即可）。
在各个传动机构中，需要根据不同的要求来选择不同的传动方法。
①送料机构
在送料机构中，必须保证间歇性的送料，又要使其操作简单化。
而送料机构主要有槽轮式、凸轮式、棘轮式，不完全齿轮式等间歇运动机构。
在这里我选择的是4槽式槽轮机构，其结构简单计算方便，更便于操作。
②夹紧机构
夹紧机构主要用来夹紧剪切下来的部分，以方便下面将要进行的冷镦，并在冷镦结束后，将冷镦好的工件推出夹具。
所以设计夹具时，必须保证其既要具有夹紧的功效，又要使工件容易脱离夹具。
所以我设计为一个轮盘上开几个小孔便于工件的夹持，又是其不会夹得太紧，而使工件不会脱离。
③冷镦机构
冷镦机构需要有急回特性，所以选择曲柄滑块机构。
④剪切机构
剪切机构需要快速的切断，并迅速的退出。
这些机构主要是凸轮，而我选择的是圆盘式凸轮，其架构简单，计算也较为简单。
三、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图
1.根据各机构的的执行先后循序，分别对送料、剪切、夹紧、冷镦四个机构单独分析，得到四个机构的循环示意图如下：
送料
机构
向右
送料
静止
剪切
机构
静止
快速前进靠近工件
慢速前进靠近工件并切割工件
快速后退至原来位置
静止
夹紧
机构
静止
旋转90º，与冷镦机构对齐
静止
冷镦
机构
静止
预镦
终镦
表1运动循环表
2.设向上，向右，顺时针为正，则运动循环图如下：
图1运动循环图
四、执行机构的选型
根据各个机构的特征与功能的不同，需要有不同的执行机构来实现。
以下表格即为各个机构可以选用的执行机构，通过比较不同的机构之间的合理性来确定最终的方案。
送料机构
棘轮机构
凸轮机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
剪切机构
凸轮机构
平面四杆机构
夹紧机构
曲柄滑块自锁机构
有孔圆盘式机构
冷镦机构
曲柄滑块机构
凸轮机构
表2执行机构的形态学矩阵
1.送料机构的比较：
⑴棘轮机构
原理及优点:
棘轮机构的主动件为摇杆，这里想到要用棘轮机构，也正是因为它用到摇杆，那么会有曲柄连杆去带动它，而后面的剪切和夹紧机构可以共用一个曲柄，使整体机构简单化，而且加工方便。
但其设计业比较复杂。
⑵凸轮机构
图2凸轮式送料机构
根据凸轮的间歇性可以将原料送入指定的位置，但要设计出指定的轮廓线，
比较为麻烦。
⑶不完全齿轮机构
用一个完全齿轮和一个不完全齿轮，完全齿轮在电动机的驱动下匀速转动，当不完全齿轮的轮齿与完全齿轮啮合时，不完全齿轮带动履带轮转动，进行送料，转动过的弧长，即为送料长度。
当不完全齿轮不进行啮合时，毛坯料不动，可在这段时间内进行剪切和冷镦。
不完全齿轮机构简单，制造容易，工作可靠，而且设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大的范围内变化。
图3不完全齿轮机构
⑷槽轮机构
槽轮机构与不完全齿轮的原理一样，是通过用主动轮的圆销带动槽轮转动，当圆销离开径向槽时，槽轮又静止不动。
直至圆销再次进入另一个径向槽时，又重复上述运动。
槽轮机构要控制槽轮的运动时间和静止时间，是根据槽轮上的槽数来定的。
在外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，槽轮的运动时间td与主动拨盘一周的总时间之比，为槽轮机构的运动系数，用k表示，且k=td/t=1/2－1/Z,这里的z就是槽轮上的槽数。
槽轮机构的结构简单，工作可靠，刚性冲击较小，但与不完全齿轮比较起来，槽轮机构运动时间和静止时间的比例可调范围没有不完全齿轮那么大。
图4槽轮式送料机构
综合上述可得，槽轮机构比其他的机构其结构、设计都较简单，操作也比较方便，所以最终方案为草轮式送料机构。
2.剪切机构的比较
⑴凸轮机构
此机构利用凸轮的往复式运动，对工件从接触到剪切再到离开，这些过程都很简洁快速，对于需要快速完成的动作有很大的效果。
图5凸轮式剪切机构
⑵平面四杆机构
平面四杆机构具有结构简单，计算方便，设计容易的特点，在工程上得到广泛应用。
但在截取毛坯料时会有滞留性，会使流程得到滞留，从而影响工件的精度。
综合上述可得，在选取剪切机构式最好选择凸轮式剪切机构。
3.夹紧机构的比较
⑴曲柄滑块自锁机构
利用曲柄滑块的自锁性质可以将毛坯夹紧，但在自锁过程中会对工件进行挤压，使工件表面受损，影响工件的精度，所以不适合做夹紧机构。
图6曲柄滑块自锁机构
⑵有孔圆盘式机构
这个机构是由圆盘，并在圆盘的边缘上钻几个与工件的直径相近的小孔所形成的机构，它可以使毛坯工件插入圆盘，比可以随着圆盘继续旋转，从而达到夹紧并使工件直接转到预定的位置的目的。
这个机构结构简单，计算方便，操作容易。
而且在镦完后可以很便捷的将工件卸载掉。
图7有孔圆盘夹紧机构
4.冷镦机构的比较
⑴凸轮机构
凸轮式机构具有间歇性的功能，但却法实现冷镦机构所需的急回特性，所以此机构在这里不能够使用。
⑵曲柄滑块机构
简单的偏心轮曲柄滑块机构，使构具有急回特性，滑块可以在水平或垂直方向上往复运动。
既具有冷镦时所需的力，又可以具有急回的功效，大大提高了工作效率。
图8曲柄滑块冷镦机构
综合上述可得，选取曲柄滑块机构为冷镦机构，选取有孔式圆盘机构为夹紧机构。
五、传动机构的选择与比较
表3常用的传动机构
带传动
具有传动平稳、噪声低、清洁（无需润滑）的特点，具有缓冲减振和过载保护作用，并且维修方便。
与链传动和齿轮传动相比，带传动的强度较低以及疲劳寿命较短
齿轮传动
效率高、传动比稳定、工作可靠、寿命长、结构紧凑、比带、链传动所需的空间尺寸小
涡轮蜗杆传动
传动比大，体积小，单头的有的能自锁，不用另加制动装置就能停在任意位置，但是它的效率太低
在选择传动机构时，要综合考虑每个执行机构间的配合，并注意各个机构的运行环境，合理的安排好每个机构、机构与机构间的传动方案，能更好的使整台机器有效地工作，提高工作效率。
下面为我的传动方案，其中包含有圆柱形齿轮、带轮、锥齿轮、直动滑块从动件盘形凸轮、槽轮、摩擦轮等，各个传动机构组合在一起，使得各机构可以由一台电动机带动，并且使各机构紧密相连，一起运作，更便于控制。
图9运动方案简图
六、运动方案的选择和评定
根据表2执行机构的形态学矩阵可知，运动方案可以有很多种，但综合考虑得出运动方案为：
送料机构:
槽轮式送料机构
剪切机构:
凸轮式剪切机构
夹紧机构:
有孔圆盘式机构
冷镦机构:
曲柄滑块机构
七、机械运动系统的速比和变速机构
根据题目要求和电动机的型号，我们可采用Y132S—6，其功率为N=3000W，转速n=960r/min。
由电动机的转速960r/min与螺钉头的生产速度120只/min可知，机器的总传动比为：
i=960/120=8
即电动机转8圈就生产1个螺钉。
八、机械运动方案简图
图10运动方案简图
电动机上直接连接齿轮1，齿轮1与齿轮2啮合，齿轮2与齿轮3啮合，由齿轮3带动槽轮转动，槽轮上连接一个带轮1带动摩擦轮运转，开始向右送料。
齿轮1也与齿轮4啮合，齿轮4上安装一个锥齿轮1，锥齿轮1与锥齿轮2啮合，锥齿轮2与锥齿轮2′同轴，锥齿轮2′与锥齿轮3啮合，锥齿轮2带动凸轮，凸轮运转推动刀具向下运动切割工件。
齿轮4又与齿轮5啮合，齿轮5上安装带轮2带动曲柄滑块机构转动。
曲柄滑块上安装带轮3，带动夹紧机构运转。
当剪切机构将工剪断后，夹紧机构将带着毛坯顺时针旋转90°，与冷镦机构对齐。
同时，冷镦机构在带动下将会向下运动对工件开始进行冷镦。
整个机器由5个圆柱齿轮、4个锥齿轮、3个带轮、2个摩擦轮、1个槽轮、1个凸轮组成。
九、机械传动系统和执行机构的尺寸
1.带轮传动
⑴带轮1：
带轮1为非等速传动，根据其它的轮系，取d1=10mm，传动的比例为9:
1，则d2=90mm，即D1轮转90°D2轮转10°，则带轮的中心距a的范围为：
70mm≤a≤100mm，取a=100mm。
⑵带轮2：
带轮2为非等速传动，根据其它轮系，取d3=20mm,其传动比例可为2:
1，则d4=40mm，即D3轮转2圈D4轮转1圈，则带轮的中心距a的取值范围为：
42mm≤a≤60mm，取a=60mm。
⑶带轮3：
带轮3为非等速传动，根据其它轮系，取d5=20mm,其传动比例可为2:
1，则d6=40mm，即D5轮转2圈D6轮转1圈，则带轮的中心距a的取值范围为：
42mm≤a≤60mm，取a=60mm。
2.齿轮传动
名称
齿数
模数
分度圆
齿轮1
20
2.5mm
50mm
齿轮2
80
2.5mm
200mm
齿轮3
160
2.5mm
400mm
齿轮4
40
2.5mm
100mm
齿轮5
80
2.5mm
50mm
锥齿轮1
20
2.5mm
50mm
锥齿轮2
40
2.5mm
100mm
锥齿轮2′
20
2.5mm
50mm
锥齿轮3
40
2.5mm
100mm
表4齿轮参考数据表
3.凸轮设计
取凸轮的基圆直径为80mm，推程为20mm，且前90°时，刀具静止不动，随后在凸轮旋转180°的时间里，刀具开始向下快速移动靠近工件，接着放慢速度切割工件，然后快速退回，静止不动。
所以根据刀具的移动情况可以知道，凸轮的轮廓形状。
因为所需的毛坯料长度为48mm，夹紧机构的半径为80mm，螺杆深入夹紧机构的长度为28mm，所以刀具的位置在距离夹紧机构中心为100mm的位置
图11刀具的运动规律位移曲线
图12凸轮机构轮廓曲线
4.摩擦轮传动
两个摩擦轮大小相等，根据送料的长度为48mm，可知当槽轮转90°时，摩擦轮转10°，送料长度为48mm，所以摩擦轮半径可以求得为175mm。
两摩擦轮之间所夹得距离即为螺钉杆的直径，即4mm。
5.夹紧机构的设计
夹紧机构为一圆盘，在其边缘上开四个小孔，孔的直径比螺钉杆的直径略大，为5mm。
圆盘厚度为20mm。
6.曲柄滑块机构的设计
图13曲柄滑块机构
如上图所示，因为镦头的行程为56mm，滑块2中心与中心轮圆心的距离取为14mm，中心轮圆心与冷镦杆的距离取100mm，则滑块1距中心轮为100mm，距冷镦杆为200mm。
中心轮半径取50mm。
十、方案评价
两周的课程设计已接近尾声，现在对这个过程进行一个小小的回顾和总结。
有很多东西只有你再次重温它的时候才会给你心灵上的触动，使你受益。
通过这一段时间的学习体会，解决了以前遗留下来的问题，学到了一些新的知识。
给我感受最深的是以下几点：
1、工程素养的培养。
虽然说我们的专业要求艺术和工程两方面知识的结合，但在平时的训练中我们工程方面的知识很少。
这次正是一个很好的充电的过程。
基准的选择、尺寸的标注原则、精确的数据和结构连接等在工程中是一点也不能含糊的。
2、通过拆卸要做的产品和了解其他同学的产品，我学到了很多好的结构和连接方式。
这对我们今后的学习大有帮助。
3、在这期间，我用了机械工程中两大重要软件，即CAD和Proe。
在使用中，我学会了不少使用技巧，为我在今后的工作中奠定了良好的基础。
4、对同一个零件的设计有很多不同的方法，好的方法既精确效率又高。
寻求最好的方法无疑是我们学习的主要方法。
这次课程设计无论是对我们学习的机械结构的运用，还是今后其他方面的发
展都垫上了一层新的台阶，我将借此机会继续努力。
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