机械原理课程设计

题目：螺钉头冷镦机设计。

设计者：张西成。

专业班级：11级机械设计制造及其自动化1班。

学号：20110501310035

日期：2023年6月13日---6月20日。

一、课程设计题目。

螺钉头冷镦机。

二、工作原理及工艺工程。

采用冷镦的方法将螺钉头镦出，可以大大减少加工时间和节省材料。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)预镦和终镦；4)顶料。

三、原始数据及设计要求。

1) 每分钟冷镦螺钉头120个；

2) 螺钉杆的直径d=2-4mm，长度l=6-32mm；

3) 毛坯料最大长度48mm，最小长度12mm；

4) 冷镦行程56mm。

四、设计内容。

1、拟定运动循环图。

说明：当主轴旋转一周，送料一次，送料到位后截料一次，同时进行二次送料，二次送料到位后进行预镦，在预镦的同时，由于主轴的旋转，此时正在第二次间歇送料，当在第一次进行终镦时，正好同时进行第二份料棒的预镦，同理在第二次终镦时对第三份棒料进行预镦，这样循环的进行下去。

2、进行电动机、自动间歇送料机构、截料机构、预镦终镦机构、顶料机构的选型。

电动机。选择740r/min的y型三相异步电动机。

原因：a）y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。b）由于要求每分钟冷镦120个螺钉头，说明主轴要求每分钟旋转120转，为低速转动，如果选择大功率的电动机造成大材小用。

自动间歇送料机构。

自动间歇送料机构，要求是横向间歇送料，所有要求将主轴的匀速旋转运动转换为间歇直线运动，这样的机构很多：a）棘轮机构，b）槽轮机构，c）凸轮机构，d）不完全齿轮机构等等。下面就这四种较常用机构进行比较分析，选择出相对较好的机构作为送料机构。

棘轮机构：这里想到要用棘轮机构，是因为结构简单、制造方便、转角可调。可以在棘轮加装一个棘轮罩，这样就可以通过调节棘轮罩上的手柄来控制送料量，可以实现不同长度的螺钉头的冷镦加工。

但是缺点是工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。

槽轮机构：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能够较平稳、间歇地进行转位，但因传动时尚存在柔性冲击，故长用于速度不高的场合，而且要通过此机构来调节送料量很难做到。

凸轮机构：凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。

但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂，制造要求较高。

不完全齿轮机构：不完全齿轮机构的机构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变动。但是要改变送料量就得有挂轮装置，这样增加了机构的复杂型。

其缺点就是有较大的冲击，因此只宜用于低速、轻载场合。

机构设计。通过对四种机构的比较，我选择棘轮机构作为送料机构，因为棘轮机构加上棘轮罩可以很轻松的实现不同的送料量，虽然通过棘轮，使从动轮的运动时间和静止时间的比例只能在较小方位内变动，但是能够满足使用要求。棘轮必须有曲柄摇杆带动棘爪的摆动。

通过调节棘轮罩可以对送料量进行调节。

截料机构。截料机构选择曲柄滑块机构，原因：曲柄滑块机构，机构简单，而且有机会运动，可满足要求。

通过刀具与滑块的连接，可以实现对棒料进行截断。并能够急回，不会对其他运动产生干扰。刀具分为与滑块连接的移动的上刀头和固定的下刀头。

通过上下刀头的配合，截断棒料。

预镦终镦机构。

毛坯在经过镦模的冷镦后，形成螺钉头。一个镦头上有预镦模和终镦模，镦头通过曲柄滑块机构连接，镦头在曲柄滑块机构的推动下同时可以完成毛坯的预镦和对预镦过的坯料进行终镦。实现一镦两用，提高加工效率。

转筒机构。为了防止在冷镦的过程中，由于棒料放置不稳定造成在冷镦过程中，工件飞出或者螺钉杆偏置移位，造成失效等问题，设计了一个转筒机构，转筒轴线水平放置，断面紧贴下刀头，转筒上有六个均匀分布于外圆周上的通孔和一个中心孔，孔的轴线与转筒轴线平行，在固定下刀头的机座上有一个水平的轴，轴与机座通过轴承连接，轴的一端与转筒通过键连接，轴的另一端接传动装置。而且转筒由左右两部分组合而成，左右两部分是通过螺纹连接，通过调节旋近长量来调节转筒的长度，实现不同长度的螺钉杆的加工。

运料机构。运送机构为传送带传送，当毛坯通过预镦、终镦过后，到达圆盘的最底端时，顶料机构将毛坯顶出，掉在圆盘下方的传送带上，通过传送带，将加工完成的坯料送到指定位置。

顶料机构。此机构选用曲柄滑块机构，当毛坯经过预镦、终镦过后，随着转筒的转动，到达转筒的最低端，此时顶料机构将棒料从转筒孔中顶出，掉在传送带上。

3、按选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机构传动方案。

机构传动主要有齿轮传动我皮带传动，齿轮传动可以实现任意两轴之间的传动，但是不适合于大中心距间的传动，而且齿轮传动要求精度高，成本高，还会有很大的噪音。带传动可以进行远距离间的动力传送，而且可以缓解冲击和振动。但是带传动的效率低，容易打滑。

传动机构的确定：通过对两者传动方式的比较分析和装置的运动要求考虑，拟定的动力传动机构如下：

a）电动机到主轴通过带轮传动（d12—d13），将电动机的转速降到主轴要求的转速。主轴直接与棘轮机构的主动轮相连。

b）棘轮轴与送料主动轮通过带轮相连（d1---d2）。

c)主轴与冷镦机构的主动轮通过带传动（d3---d4）。

d）主轴与截料机构主动件通过带传动（d5---d6）。

e）主轴与转筒主动轴之间通过槽轮机构连接（c1---c2---c3）。

f）主轴与出料装置主动轮间通过锥齿轮(z1---z2)、带轮（d7---d8---d9）传动。

g）主轴与顶料机构主动轮之间通过带轮传动（d10---d11）。

机构传动简图：

4、画出机构运动简图。

5、对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。

由于要求每分钟冷镦螺钉头120个；即每分钟送料120次，所有要求主轴每分钟转动120转，由于所选电动机为740转每分，d12与d13的直径比为6/37，使得主轴速度为120转每分。

因为螺钉杆的长度l=6-32mm，所以要求带轮d2每此能划过6到32mm的弧长（用f表示），通过棘轮罩可以设置档位，根据所加工的螺钉的具体长度种类来设计棘轮罩。d1、d2两带轮的大小根据棘轮棘爪绕过的具体角度α以及带轮的半径r1和螺钉杆所要求的长度来设计，保证有α*r1=f（f在6到32之间），同时应保证转筒的长度应保证在5mm--35mm之间可调，通过调节转筒左右两部分的旋进长度来实现。又因为螺钉杆的直径为2-4mm，所有要求转筒上的六个等径圆孔的直径在5mm,不宜过大，因为孔径过大会造成冷镦时的错位，镦偏，镦弯。

由于毛坯料最大长度48mm，最小长度12mm，所有要求送料轮d2与上刀头的距离不能小于12mm,且应该设计一个支座支撑棒料。

因为给定冷镦行程为56mm。所有带动镦头的曲柄机构中，曲柄的长度应该在28mm左右。同时必须具备急回效果。

由于在冷镦过程中，主轴转动一周，要求转筒转动60度，镦头主动件转动一周，所有有在槽轮机构中，主动拨盘转动一周，从动槽轮转过60度，所有选用槽数为6的槽轮。

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