1、机械原理课程设计题目：自动制钉机的设计学 院：机械工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化4班学号姓名： 指导老师： 自动制钉机的原始数据和设计要求铁钉直径1.63.4mm铁钉长度2580mm生产率360枚/min最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N冷镦滑块质量8kg，其他构件质量和转动惯量不计工程组成成员及分工学号姓名分工小组自评分3王聚奥查阅资料、运动分析、绘制方案图、解析法编程、说明书排版164陈山山查阅资料、计算推导、运动分析、绘制方案图165李煜翔查阅资料、撰写说明书、绘制电子图166李强查

　　7、077 冷镦机构 PAGEREF _Toc297805077 h 30 HYPERLINK l _Toc297805078 凸轮机构 PAGEREF _Toc297805078 h 32简介铁钉是用途极为广泛的建筑五金制品。它是用于钉固物体的铁丝制品。广泛应用于工业、农业、建筑、民用等各个方面，主要用于轴向别离力较小径向剪切力不大的物体的固定，具有加工简单、使用方便、钉固迅速等特点。在当今的建筑行业中，需要大量的铁钉作为劳动的工具，一栋中等规模的建筑物，所需要的铁钉的数量可以千万计，所以高效、合理、廉价地生产出铁钉是十分有必要的。正因为这些要求，制钉机的设计必须整体结构紧凑，科学合理，性能稳定

　　8、，操作简单简便利，能够实现自动化生产。我们设计的全自动制钉机主要采用低碳钢丝作为原料，通过拉直，冷镦，冷挤等工序来生产我们日常生活中的所用铁钉，具有原材料本钱低廉，容易取得、来源广泛，投资较少等优点。工作原理送丝校直冷镦钉帽冷挤钉尖切断钢丝夹紧机构松开，铁钉落下送丝机构重新送丝，工序重复主 传 动 轴摩擦轮机构执行机构1：实现送丝的间歇运动夹紧机构执行机构2：利用凸轮机构的远近休止，实现夹紧与松开齿轮连杆机构执行机构3：利用齿轮带动连杆的运动，实现切刀的上下往复5连杆机构执行机构4：通过连杆的互相带动，使冷挤模板同时运动曲柄导杆机构执行机构5：通过导杆连接滑块，使墩块产生更大的速度。方案的设计

　　9、思路开始时，我们参考了网上的一份资料，对于校直钢丝我们一致认为只需要多个成对称位置排列的摩擦轮即可实现。我们在送料前，送料后，都设置了摩擦轮校直，并且为了防止剪切时钢丝弯曲。然后通过夹紧机构夹紧，挤钉尖机构，切断机构，和挤钉帽机构在同一平面内协调工作。夹紧机构我们确定用内槽凸轮，防止用弹簧或依靠重力使推杆回复，并且采用五次多项式运动规律，无冲击，运动平稳。挤钉尖机构采用连杆机构，移动端带有模具可以进行挤压成型。挤钉帽机构我们采用有偏心距的曲柄滑块机构，能够产生急回运动特性，从而提高生产效率。之后，我们对初始方案进行了完善。我们考虑将挤钉尖时，使上下两个模具同时运动，防止了上下运动不协调导致的钢

　　10、丝偏移，使压制的铁钉钉头与钉身仍在同一直线上，即可以提高效率，同时又能防止复杂的协调工作。对于冷镦钉帽的执行机构，我们本想利用有偏心距的曲柄滑块机构，能够产生急回运动特性，从而提高生产效率。经过讨论，我们考虑到冷镦钉帽需要的力较大，对于这相对来说较大的力，普通的曲柄滑块机构可能无法无法到达要求因此，我们考虑在普通的曲柄滑块机构上装上一个类似杠杆的装置。将方案二中的曲柄滑块机构替换为增力机构。既可以增力，又有急回特性。最终把冷镦机构设计为导杆机构。方案一方案二方案三执行机构的选型及评价以及设计步骤图4-1 摩擦轮送丝机构4.1 校直钢丝，间歇输送对于校直钢丝我们一致认为只需要多个成对称位置排列的

　　11、摩擦轮即可实现。而为了保证校直的效果，我们在送料前，送料后，都设置了摩擦轮校直。而对于间歇送料机构那么有3种选择，它们分别是摩擦轮机构：结构简单，为了可靠的输送需要加轴向的压紧力。槽轮机构：结构简单，啮合过程加速度较大，运动不够平稳，高速时有较大冲击。棘轮机构：结构简单，制造方便运动可靠，但齿尖容易磨损，并产生噪声。棘爪和棘轮轮齿之间有空程和冲击，不宜用在高速场合。图4经过讨论，我们选择了转动摩擦轮机构，如图4-1所示。因为我们认为对于钢丝的间歇传送只需要转动摩擦轮就满足要求了，机构简单实用，轴向的压紧力可以由封闭的机架来提供。而槽轮摩擦轮机构相比而言，结构略为复杂，机构运作时会有柔性冲击，并

　　12、且在槽内会有摩擦产生。在长时间的，循环的运动下，机构寿命不会很长。棘轮机构结构复杂，最重要的一点，对于钢丝，很难在钢丝上安装棘爪而到达步进的目的。由于我们处理的钉子长度为60mm，0-60为送料阶段，r=60，r=57.32，由于摩擦轮间要夹着钢丝，取半径为57mm，与摩擦轮固连齿轮齿数z=30。图4-2 夹紧机构图4-3 冷挤机构4.2 夹紧机构对于夹紧钢丝的执行机构，我们认为可以使用凸轮来实现，利用凸轮的上休止程来夹紧钢丝，如图4-2所示。4.3 冷挤机构一开始我们方案将冷挤结构一端固定，另一端进行挤压，机构能够得到简化，减少功率损失，但是挤出的钉尖难以到达要求，因此，我们只能用两端进行同

　　13、时挤压。如果用假设干齿轮通过相互配合，绕过阻挡构件，到达固连的作用。但其太过繁杂，造成材料浪费，也增加了本钱。最后决定通过连杆机构作用，到达运动要求，如图4-3所示。4.4 剪断钢丝对于剪断钢丝的执行机构，是利用凸轮完成剪切运动。该机构的最大好处是结构简单，利用凸轮能够方便的获得所需运动。4.5冷镦机构 对于冷镦钉帽的执行机构，我们本想利用有偏心距的曲柄滑块机构，如图4-4所示，能够产生急回运动特性，从而提高生产效率。经过讨论，我们考虑到冷镦钉帽需要的力至少为3000N，对于这相对来说较大的力，普通的曲柄滑块机构可能无法无法到达要求。因此，我们考虑在普通的曲柄滑块机构上装上一个类似杠杆的装置。

　　14、将原方案中的曲柄滑块机构替换为增力机构。既可以增力，又有急回特性。最终把冷镦机构设计为如图4-5所示的机构。图4-5 冷镦机构2图4-4 冷镦机构1执行机构的整合生产率为360枚/min，即为1/6 s/枚。也就是说生产周期为1/6秒。要求原动件所固连轴的转速为12rad/s。我们让整个系统中的各个齿轮的模数m，齿数z及压力角都相等，即所用的齿轮都是一样的，这样就能最简单的实现传动比1:1的效果，使各个机构的循环都同步。由于机构较多，相互动作协调十分重要，所以我们尽量考虑将各执行机构的原动件固连在一个主轴上，这样不仅能使动作协调，而且能保证运行的稳定。图8图5-1是各机构的运动循环简图：图5-

　　15、1 机械系统各机构运动循环图为了使原动件固连在一个主轴上，我们打算这样，将凸轮按顺序固定在主轴上，对于冷镦这个曲柄机构，我们设计用固连在主轴上的斜齿轮进行交错轴斜齿轮圆柱齿轮机构的啮合传动，改变轴的方向，从而实现与主轴共面的冷镦运动。5.1凸轮设计本机构的凸轮是主要部件，要求中速转动，并能承受一定载荷，因此我们选择简谐余弦加速度的运动规律。5.1.1 夹紧机构根据循环的设计要求，我们设计夹紧机构中的凸轮运动规律为：0--360推程远停歇程回程我们得到凸轮的指数参数为基圆半径50mm，滚子半径5mm，偏心距0mm，升程10mm，推程角70度，远休止角220度，回程角70度，

　　16、近休止角0度，最大压力角15.63934度。用 Matlab编程绘制的夹紧机构的凸轮从动件运动曲线 夹紧机构凸轮从动件运动规律图5-3 夹紧机构凸轮廓线 冷挤机构：根据循环的设计要求，我们设计冷挤机构中的凸轮运动规律为：0-12-290290-360近停歇程推程远停歇程回程从动件运动规律：五次多项式基圆半径50mm，滚子半径5mm，偏心距0mm，升程10mm，推程角70度，远休止角100度，回程角70度，近休止角120度，最大压力角15.63934度。用 Matlab编程绘制的夹紧机构的凸轮从动件运动曲线 冷挤机构凸轮从动件运动规律图5-5 冷挤机构凸轮廓线冷镦机构的连杆设计对于机架位置确实定，我们是按照保证在冷镦过程中压力角尽可能的小来设计确定的，具体计算过程如下：我们确定了两个支座的中心距为100mm，导杆上的滑块与上支座的距离恒定为50mm，齿轮带动杆的角速度=12，如图5-6所示。图5-6 冷镦机构连杆设计使用MATLAB软件处理的仿线 冷镦机构导杆上滑块运动规律仿真曲线 冷镦机构导杆运动规律仿真曲线 冷镦机构的冷镦滑块的速度近似仿真曲线要使压力角最小，那么必须保证滑

　　18、块的轨迹所在直线AC在到圆弧顶端与圆弧两端的距离相等，如图5-10所示，x=BC=BC。ABC与ABC全等，AC=AC，由于AA=25mm，所以CC=25mm，由勾股定理，25-2x+12.5=25，解得x=1.67mm，所以，机架应在导路下23.33mm处。当镦块运动时，5，故可近似计算v镦块v连杆=杆*OB。图5-10 冷镦机构的尺寸设计5.2.2 剪切机构的连杆设计剪切机构的尺寸：曲柄长50mm，连杆长50mm，偏距0mm，曲柄角速度12rad/s。切刀的运动规律仿线 剪切机构滑块的位移仿真曲线 剪切机构滑块的速度仿真曲线 剪切机构滑块的加速度仿真曲线 冷挤机构的连杆设计冷挤机构的上下两个冷挤模块与钢丝的距离相同，并且要同时运动，运动规律相同，运动方向相反，保证两模块同时挤压铁丝，冷挤结束后同时松开钢丝，防止钢丝被挤压变形，如图5-14所示。图5-14 冷挤机构连杆设计5.3 齿轮设计剪切机构和冷镦机构我们使用的是同一种机构，只是在齿轮尺寸选择上有所不同。为了使机构的运动与轴共面，必须用一个转动机构改变转轴方向，因此我们想到了交错轴斜齿轮圆柱齿轮机构的啮合传动，并且将轴固连在齿轮上。齿轮参数，取，m=2，为了满足尺寸要求，主轴上的斜齿轮齿数z=20，冷镦机构的过渡齿轮齿数z=20，剪切机构的

　　20、过渡齿轮z=40。其他齿轮，摩擦轮过渡齿轮齿数z=22与曲柄固连的齿轮齿数z=20。机构运动简图的绘制图6-1 机构运动简图心得体会*： 通过机械课程设计，把平时课堂所学的运用到实际中来，从而更好的理解和掌握专业知识，在设计过程中，我们学会了如何去和别人分工合作，如何用语言来表达自己的想法，如何在有限的时间来合理安排做事的先后顺序，如何把自己的想法结合实际给画出来。在设计的过程中，发现自己的诸多缺乏，比方动手方面，解决问题等方面，也希望在以后的学习中，弥补自己的缺乏，等待是一个漫长的过程，而我们要做的就是各尽所能，把自己的想法说出来做出来，一步一步来完成课程设计，在整个设计过程中，我们组的成员

　　21、相互讨论过，相互分享过想法，此中让我们受益匪浅,作为一名学生，从不同的事情当中去学习是非常重要的！ 对于自动制钉机，从起初的不了解到后来的逐步知道它，感觉就是交朋友一样，从中我们也明白了，任何事只有在你认真的接触它时，你才能真正的了解它，当我们用心来攻克一件事时，我们就能成功！课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回忆起此次制钉机课程设计，至今我仍感慨颇多，确实，从选题到定稿，从理论到实践，在这5天日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以稳固了以前所学过的知识，而且学到了

　　22、很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。总之，这次设计多少还是有收获的。这次设计让我明白了一个道理，做任何事前之前，不管完成它的时间有多么充裕，开始的态度都要摆好，都要认真去对待，到最后才不会懊悔！也许有些人会说，草草完成的设计

　　23、没有什么意义，没有意义的是也就没有收获。*：第一次做课程设计的过程对我来说是一个全新的体验，从完全不知道从何着手到学会查阅资料，再到参加自己的设计思想，接着再发现问题，解决问题，仔细琢磨反复推敲，不断发现新的缺乏之处，不断改进，终于完成了这个全自动制钉机的设计说明书。回头看看这5天的设计过程，真是感慨万千。首先，课程设计是对我们所学知识的综合考验，在整个设计中，始终使我感到力不从心的是知识的捉襟见肘，所学的知识只是皮毛，真要解决实际问题就会遇到各种各样的困难，未知的知识太多，感觉肚子里没货，面对问题不知所措。比方冷镦机构，对于冷镦滑块速度的计算，由于角度都不是特殊角，反复使用正弦，余弦定理，对

　　24、于小角度也不会使用近似，算了很久，也错了好屡次，改了好多处，多花了好多时间。其次，课程设计考验了我们的团结合作能力，以及集体处理问题的能力。现在的我们说实话还不是很会合作办事，不是各抒己见，就是工作都是由几个人来做。这次课程设计使我们加强了团结协作的意识。一开始，我们都不知道怎么合作，一些人抱着别人做事我拿成果的思想，又有一些人正好相反，不喜欢别人插手，想完全按自己的思路，事事包办。我属于后者，后来，我尝试着组织了几次讨论，分了下工，发现每个人的想法中都有我想不到的地方，每个人都很好的完成了任务。现在，我学会了相信别人，向别人学习，这点也是我最受益的一点。接着，课程设计需要我们活用工具，活学工

　　25、具，学会找工具。其中工具就是指各式各样的辅助软件，它们是别人智慧的结晶，学会使用它们能节省非常多的工作量。像凸轮的描绘和参数的表达，非常繁杂的计算仅用一个400K的小软件就完全解决问题了。我对描绘位移，速度加速度曲线很头疼，不知道怎么办，后来从同学那得知，MATLAB中可以实现曲线的绘制，而且使用简单方便，一下子就解决了我的困难。课程设计还给了很多平时无法体会到的经验，比方细节的重要性，很多细节牵一发而动全身，让我深深感到想好每一步，注意细节的重要性。这些经验都很有用，这5天虽然过得很累，但是我认为很值得，我很期待下一次课程设计。*：这一次机械原理课程设计，让我受益匪浅。培养了我的创新意识和机

　　26、械创新设计能力：通过机械原理课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我们不断的对这个课题做出改进方案，之后的设计中，我们也是多角度、更全面的思考问题。比方计算：我们使用MATLAB模拟曲线，在计算角度的时候，出现了一些大的断点，这使后面的角速度等的计算都会出现偏差，我们就不断的去修正，正切不行就换成余弦、正弦，还是不行我们就考虑到用分段函数，最后是把问题解决了。课程设计教会了我团结合作：在这短短5天时间里面，我们要完成计算，运动分析，绘制大图，编写说明书等等工作，这就使得我们必须同时进行，也就需要我们分工合作。那一边计算出数据了，在大图上我们就做了尺寸修改，同时说明书也在更新数据，及时地填写我们

　　27、的报告。课程设计还给了很多平时无法体会到的经验，比方细节的重要性，很多细节牵一发而动全身，让我深深感到想好每一步，注意细节的重要性。总之，这次设计多少还是有收获的。这次设计为我将来能设计复杂的机械系统、成为优秀的机械系统设计者和创新性人才打下良好根底。同时也让我明白了一个道理，做任何事前之前，不管完成它的时间有多么充裕，开始的态度都要摆好，都要认真去对待，到最后才不会懊悔！*：这次课程让我感触颇深，它不是一个简简单单的课堂作业，而是让我们去应用学过的知识去设计和解决实际一点的问题，并且它让我明白机器并不是简单的零件组合。一个机器的生成由初期的设想再到设计分析，需要做很多的工作。由它的主结构，确

　　28、定分结构，再去研究机器整体的科学性及合理性。在做设计的时候我们遇到很多困难，但通过大家的努力探索和研究，总能通过各种途径去解决它。这也让我深刻体会到一个团队间合作是非常重要的。参考文献安子军.机械原理.北京：国防工业出版社，2021.邹慧军.机械原理课程设计手册.北京：高等教育出版社，1998.石永刚，吴央芳.凸轮机构设计与应用创新.北京：机械工业出版社，2007.华大年，花志宏.连杆机构设计与应用创新.北京：机械工业出版社，2021.附录解析法程序代码冷镦机构function lengdunjigour1=input(请输入曲柄长度mm);r4=input(请输入机架距离mm);w1=inp

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