自动制钉机运动方案设计课程设计机械原理课程设计说明书自动制钉机运动方案设计目录一. 课程设计任务书及工作要求 (3)二.机构工作原理 (3)三.功能分解图，执行机构动作分解图 (4)四.工作循环图 (9)五.运动方案的选择与比较 (10)六.机构运动简图 (13)七.执行机构设计过程 (13)八.机构运动分析计算机辅助设计流程框图 (16)九.程序清单 (17)十.运动线图 (21)十一.凸轮设计分段图,轮廓图,设计结果 (21)十二.设计总结与心得 (28)十三.主要参考资料及其编号 (30)一． 课程设计任务书及工作要求图1.1所示为一铁钉的外观图。
自动制钉机的功能是将钢筋等金属材料自动加工成铁钉。
设计要求和参数为：（1） 铁钉直径为1.6～3.4mm ；（2） 铁钉帽直径是铁钉直径的2 倍；（3） 铁钉长度为 25～80mm ；（4） 生产率为 360枚／min ；（5） 要求结构紧凑，传动性能优良，噪声尽量小；（6） 连续自动生产；（7） 加工质量要达到规定的技术要求；（8） 成品铁钉的形状如图1.1。
二．机构工作原理制造木工用大大小小的铁钉是将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。
1）校直钢丝。
并按节拍要求间歇地输 送到装夹工位。
2）冷镦钉帽，在此前夹紧钢丝。
3）冷挤钉尖。
4）剪断钢丝。
图图1.2（a）和1.2（b）分别为冷镦钉帽和冷挤钉尖的工作原理图：图1.2（a）图1.2（b）三.功能分解图 执行机构分解图为了实现将金属卷料加工成铁钉的总功能，可将总功能分解为如下分功能：（1） 金属卷料校直功能；（2） 金属卷料送料功能；（3） 工件夹紧功能；（4） 工件镦帽功能；（5） 工件冷挤钉尖和切断功能其功能逻辑图如图1.3所示： 工件切断功能工件冷挤功能工件冷镦功能工件夹紧功能钢丝送料功能钢丝校直功能自动制钉机 图1.3功能原理的工艺过程分解（1）金属卷料校直，送料功能 采用槽轮机构进行送料。
当销轮连续转动一周时，槽轮转动1/4周（其送料长度为1/4槽轮周长）；槽轮送料时钢丝通过视图左边的滚子进行自动校直。
图1.4 （2）工件夹紧功能采用凸轮机构进行夹紧。
其机构简图如图1.5所示，通过推杆的往复运动实现钢丝的夹紧和放松，夹紧杆的来回运动则由凸轮的连续转动来实现。
图1.5(3)工件冷镦功能采用曲柄滑块机构对钢丝进行冷镦。
其机构简图如图1.6所示,连杆与齿轮相连，齿轮转动时带动滑块来回往复运动，从而对钢丝进行冷镦。
图1.6（4）工件冷挤——切断功能采用凸轮机构。
其机构简图如图1.7所示。
其工件原理和夹紧装置相似。
图1.7系统运动转换功能图根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如下图所示冷镦镦头的往复移动压紧杆的往复移动冷挤杆的往复移动送料槽轮的间歇转动运动分支减速电机矩阵法创建机械系统运动方案根据机械系统运动功能转换功能图可构成下表所示形态学矩阵。
由表所示的形态学矩阵可求出自动制钉机系统运动方案为N=3 x 3 x 3 x 3 x 3=243可由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴和设计者的经验等，从中选出若干个较为实际可行的方案，然后从选出的若干个方案中用评价方法选出最优方案。
四．工作循环图如图1.11所示凸轮机构(冷挤-切断)连杆机构(冷镦)凸轮机构(夹紧)槽轮机构（送料）图1.11五.方案的选择与比较 方案一 如图1.8所示 送料机构——槽轮机构夹紧机构——凸轮连杆机构冷镦机构——曲柄滑块机构冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构图１.８点评：本方案能够实现自动制钉机的４个主要动作，但冷镦机构的力要比较大，而对心曲柄滑块没有急回运动，故而会影响机器效率。
另一个较大的缺陷是传递运动较为困难。
方案二如图１.9所示送料机构——槽轮机构夹紧机构——凸轮连杆机构冷镦机构——曲柄滑块机构冷挤（切断）机构——曲柄滑块机构图1.9点评：此方案与方案一相似，主要运动机构与方案一致。
与方案一相比，此方案优点在于夹紧，冷镦，冷挤三大运动连接在一起，槽轮通过一个齿轮就可传递运动，即传递运动方便。
但是冷挤上下都要进行，上面的运动不好传递。
方案三如图１.10所示送料机构——槽轮机构夹紧机构——凸轮连杆机构冷镦机构——曲柄滑块机构冷挤机构——凸轮连杆机构图1.10(a)主视图向图1.10(b)俯视图点评:本方案较前二个方案有较大不同。
四大运动中，夹紧，冷镦，冷挤都在水平面内进行。
通过锥齿轮，将电机的转动传递给夹紧，冷镦，冷挤做运动。
另一个槽轮送料机构只需通过齿轮就可将运动传达。
通过三种方案的优缺点的比对，运动的可靠性，传递的稳写性与可行性，设计的新颖性，我们最终确定了“方案三”为设计方案。
六．机构运动简图如上图１.１０（a）（b）所示七．执行机构设计过程1.连杆机构冷镦过程中，采用了曲柄滑块机构。
根据要求,其移动、摆动的行程为25mm。
因为冷镦过程的时间要根据送料，夹紧等过程来分配，故应采取偏置的曲柄滑块。
根据图1.11所示，可推算出曲柄滑块来回运动时间，从而可以算出行程速比系数K。
K=t1:t2，K=1.4。
1)1( 180+-⨯=K Kθ，所以θ=30度。
取e=5mm，确定A点。
此机构的最大压力角为33度,满足实际要求。
故A点可取量取AC1=31.87,AC2=8.34，AB+BC=AC1，BC-AB=AC2。
1.由AC1与AC2的距离可求出曲柄AB与连杆BC的长度。
AB=11.765, BC=20.1052．夹紧凸轮夹紧机构采用了对心滚子凸轮。
夹紧凸轮的运动行程应根据钢丝的直径来设计。
钢丝的直径为 1.6～3.4mm。
由于此机构在水平面内工作，回程时需要靠弹簧力使其回程。
为使凸轮运动平稳，可使凸轮推程较小，能够实现夹紧功能即可。
故取基圆半径为R=80mm，升程为8mm。
3.冷挤（切断）凸轮为了确保凸轮运动平稳，冷挤力较大，可取基圆半径为R=60mm,升程为4mm。
4.电动机的选择本机构要求生产率为360枚/MIN，即与曲柄焊接的齿轮转速为360R/MIN。
所以选择电机的转速为1440R/MIN。
由于电机转速较大，需要先减速，一般采用带传动来减速。
飞轮1与飞轮2的半径比为R1:R2 =1:4. 如表1.12所示表1.125.齿轮的选择由于冷镦，送料的周期相等，故齿轮4与齿轮6必须选择相同。
从电机传递到飞轮2的转速为360R/MIN，要求生产率为360R/MIN，故齿轮3与齿轮4，6规格也一样。
齿轮5是连接4与6的，考虑到实际工程，齿轮5应取大些.故几个齿轮参数如表1.13所示表1.136.槽轮半径的选择本机构中，槽轮是用来间歇传送钢丝的，槽轮每转动90次度，送料一次。
本机构制造铁钉长为70mm，冷镦时会挤压一些钢丝，故每次送料为75mm。
即槽轮1/4弧长为75mm。
利用弧长与圆心角的关系，可求得R7=48mm。
八．机构运动分析计算机辅助设计流程框图九. 程序清单Private Sub Command1_Click()Dim b(6), c(6), d(3) As StringPrint "红色代表位移，蓝色代表速度，绿色代表加速度"pai = Atn(1#) * 4 / 180red = RGB(255, 0, 0)blue = RGB(0, 255, 0)green = RGB(0, 0, 255)For fi = 0 To 360 Step 0.09fi1 = fi * paiScale (0, -200)-(370, 200)Line (0, 0)-(370, 0)Line (0, -200)-(0, 200)Call 单杆运动分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.011765, 0, fi1, 688, 0, _xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy)Call RRP运动分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 5, 0, 0, 0, _0, 0.020105, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, _epsilon2, sr, vsr, asr)PSet (fi, xC * 800 - 12), redPSet (fi, vCx * 20), bluePSet (fi, aCx * 0.01), greenNext fiEnd SubSub 单杆运动分析子程序(xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy, S, theta, fi, omega, epsilon, xm, ym, vmx, vmy, amx, amy)xm = xA + S * Cos(fi + theta)ym = yA + S * Sin(fi + theta)vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta)vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta)amx = aAx - S * epsilon * Sin(fi + theta) - S * omega ^ 2 * Cos(fi + theta)amy = aAy + S * epsilon * Cos(fi + theta) - S * omega ^ 2 * Sin(fi + theta)End SubSub atn1(x1, y1, x2, y2, fi)Dim pi, y21, x21pi = Atn(1#) * 4y21 = y2 - y1x21 = x2 - x1If x21 = 0 Then '判断BD线段与x轴的夹角If y21 > 0 Thenfi = pi / 2ElseIf y21 = 0 ThenMsgBox "B、D两点重合，不能确定"Else: fi = 3 * pi / 2End IfElseIf x21 < 0 Thenfi = Atn(y21 / x21) + piElseIf y21 >= 0 Thenfi = Atn(y21 / x21)Else: fi = Atn(y21 / x21) + 2 * piEnd IfEnd IfEnd SubSub RRP运动分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)'m为装配模式'xB,vBx,aBx,yB,vBy,aBy,xP,vPx,aPx,yP,vPy,aPy为B点和P点的x方向和y方向的位置、速度和加速度'L2为BC之间的距离'fi3为PC的位置角'xC,vCx,aCx待求点C的x方向和y方向的位置、速度和加速度'fi2、omega2、epsilon2分别为待求构件2的位置角、角速度和角加速度Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2pi = Atn(1#) * 4d2 = ((xB - xP) ^ 2 + (yB - yP) ^ 2)e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3)F = d2 - L2 ^ 2If e ^ 2 < 4 * F ThenMsgBox "此位置不能装配"GoTo n1ElseEnd IfIf m = 1 Thensr = Abs((-e + (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2)Else: sr = Abs((-e - (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2)End IfxC = xP + sr * Cos(fi3)yC = yP + sr * Sin(fi3)yCB = yC - yBxCB = xC - xBCall atn1(xB, yB, xC, yC, fi2)E1 = (vPx - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3)F1 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3)Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3)omega2 = (F1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3)) / Qvsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / QvCx = vBx - omega2 * yCBvCy = vBy + omega2 * xCBE2 = aPx - aBx + omega2 ^ 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) - epsilon3 * (yC - yP) - omega3 ^ 2 * (xC - xP)F2 = aPy - aBy + omega2 ^ 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr * Cos(fi3) + epsilon3 * (xC - xP) - omega3 ^ 2 * (yC - yP)epsilon2 = (F2 * Cos(fi3) - E2 * Sin(fi3)) / Qasr = -(F2 * yCB + E2 * xCB) / QaCx = aBx - omega2 ^ 2 * xCB - epsilon2 * yCBaCy = aBy - omega2 ^ 2 * yCB + epsilon2 * xCBn1: End Sub十．运动线图十一. 计分段图,轮廓图,设计结果1.夹紧凸轮2.冷挤——切断凸轮十二. 设计总结与心得体会十三. 主要参考资料及其编号。