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編號(hào)
無(wú)錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923108
學(xué)生姓名： 張亞衛(wèi)
指導(dǎo)教師： 何雪明（職稱：副教授）
2013年5月20日
43
無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械93
.學(xué) 號(hào)： 0923108
作者姓名：
2013年 5 月 20日
無(wú)錫太湖學(xué)院
信 機(jī)系 機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專題：
題目 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
課題來(lái)源：工廠
選題依據(jù)：圍板箱是由托盤(pán)、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板的四片木板用鉸鏈連接。由于裝箱的靈活性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性，圍板箱被廣泛應(yīng)用與機(jī)械、化工、電子、五金一集其他領(lǐng)域的物流配送，具有能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，圍板箱越來(lái)越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而， 現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。 這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 節(jié)約生產(chǎn)成本， 我們對(duì)圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出了適應(yīng)與圍板箱生產(chǎn)的圍板自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 熟悉圍板包裝箱加工的發(fā)展歷程，以及近幾年對(duì)圍板包裝箱生產(chǎn)工藝的改進(jìn)方法
② 熟練掌握用UG 繪制三維模型的方法
③了解近幾年對(duì)圍板箱生產(chǎn)工藝的改進(jìn)
④設(shè)計(jì)出合理的圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械93 班 姓名 張亞衛(wèi)
五、開(kāi)始及完成日期：
自2011年11月7日 至2012年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
圍板箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，具有可重復(fù)使用，能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。且越來(lái)越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而，現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，并且在生產(chǎn)中人工所占工作量較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度高以及質(zhì)量不穩(wěn)定等隱患，嚴(yán)重影響著圍板箱推廣和應(yīng)用。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本，我們對(duì)圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析研究，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行綜合、設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了適應(yīng)與圍板箱生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置。本文就自動(dòng)鉚接裝置的設(shè)計(jì)做以下說(shuō)明。
1) 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有圍板箱生產(chǎn)工藝的分析研究，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)圍板箱生產(chǎn)上的要求，提出了對(duì)圍板包裝箱生產(chǎn)工藝的改進(jìn)方案，通過(guò)比較，分析其合理性和可行性。
2) 將所設(shè)計(jì)的圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)構(gòu)分成七大部分，并以凸輪技術(shù)為基礎(chǔ)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)試驗(yàn)分析最終完成了自動(dòng)鉆鉚機(jī)的設(shè)計(jì)。
3) 設(shè)計(jì)完成以后，利用三維建模軟件UG建立了自動(dòng)鉆鉚機(jī)中的鉆孔、鉆鉚系統(tǒng)的三維實(shí)體模型，包括弧面凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，鉚接機(jī)構(gòu)等。
4) 利用動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS對(duì)弧面凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得出了工作時(shí)的鉚接筒的轉(zhuǎn)位角速度、角加速度。這為弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供了參照。
利用建立的鉚接系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、鉆孔機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，進(jìn)行了仿真
分析，得到了機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及受力情況，這對(duì)我們?cè)谶M(jìn)行圍板包裝箱 自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)的修改有一定的指導(dǎo)意義，也為我們的設(shè)計(jì)節(jié)省了時(shí)間，減少了經(jīng)濟(jì)損失。
關(guān)鍵詞：圍板箱，自動(dòng)鉆孔、鉚接裝置，凸輪機(jī)構(gòu)
Abstract
Coaming box as product outsourcing logistics facilities, is a reusable, can recycling, reduce cost, environmental protection, etc. And more and more popular with customers, huge usage.however, the existing coaming box backward production mode, and in the production of artificial workload is bigger, which makes the coaming box production there is a low production efficiency, high labor intensity and the quality is not stable etc, seriously affecting the coaming box promotion and application. In order to improve the labor productivity, reduce the workers labor intensity, saving the production cost, our existing to coaming box, this paper analyzes the production technology, comprehensive, design of the existing technology, designed the coaming box production to adapt to a riveting device of the automatic production line. In this paper, the design of automatic riveting device to do the following instructions.
1) through the analysis of the existing coaming box production technology research, and combining the actual production process to coaming box production request, proposed to the coaming packing production process improvements, through the comparison, analysis of its rationality and feasibility.
2) to the design of the automatic drilling and riveting machine is divided into seven parts, and on the basis of CAM technology, design, respectively, through the test analysis finally completed the design of the automatic drilling and riveting machine.
3) after the completion of the design, the use of three-dimensional modeling software UG to establish the automatic drilling and riveting machine in the virtual prototype model of drilling and riveting system, including the curved CAM indexing mechanism, riveting, etc.
4) using dynamic analysis software ADAMS to curve of CAM indexing mechanism, the authors carried out a kinematical analysis on the virtual prototype, the work is obtained when the riveting tube inversion angular velocity and angular acceleration. For the curve of CAM indexing mechanism that provides reference to optimization.
Of riveting system with built in indexing mechanism, the drilling mechanism of virtual prototype and simulatedAnalysis, obtained the institutions of follower motion law and force, it in the coaming for our packing automatic production line riveting device design and mechanism of modification has certain guiding significance, as well as our design saves time, reduces the economic loss.
Key words: coaming box, automatic drilling and riveting equipment, the CAM mechanism
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1. 緒論 1
1.1 對(duì)圍板包裝箱生產(chǎn)工藝方法的分析及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1
1．3 圍板箱的組成及優(yōu)點(diǎn) 2
2. 圍板箱生產(chǎn)線的工藝分析 3
2.1 圍板箱生產(chǎn)現(xiàn)狀的介紹 3
2.2對(duì)圍板加工工藝方法的確定 4
3. 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)要求及整體結(jié)構(gòu)的分析 6
3.1 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)要求 6
3.2 自動(dòng)化鉆孔鉚接技術(shù)的概述 6
3.3 圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接裝置設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)分析 6
3.3.1 整體機(jī)構(gòu)的分析 6
3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
3.4 圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接裝置的工作循環(huán)分析 8
3.4.1 鉆孔機(jī)構(gòu)的工作循環(huán) 8
3.4.2 弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)的工作循環(huán) 8
3.4.3 鉚接機(jī)構(gòu)的工作循環(huán) 8
3.4.4 壓緊機(jī)構(gòu)的工作工作循環(huán) 8
3.4.5 送釘機(jī)構(gòu)的工作循環(huán) 8
4.圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
4.1 鉆孔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4.2 鉚接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
4.3主動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)和校核及齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.3.1 主動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)和校核 14
4.3.2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16
4.3.3 鉆孔機(jī)構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
4.3.4 鉚接機(jī)構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20
5. 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21
5.1 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 21
5.2 弧面凸輪具體參數(shù)的確定 22
5.2.1 分度數(shù)及分度角的計(jì)算 22
5.2.2 動(dòng)靜比K和凸輪動(dòng)程角 22
5.2.3 計(jì)算中心距 22
5.2.4 計(jì)算凸輪的滾子尺寸 23
5.2.5 從動(dòng)盤(pán)的尺寸 23
5.2.6 凸輪尺寸的確定 23
6. 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)方案的確定 24
6.2鉆孔、鉚接工藝加工過(guò)程的分析 24
6.3鉆孔凸輪及鉚接凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析 24
6.3.1凸輪機(jī)構(gòu)分析 24
6.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)中個(gè)參數(shù)的確定 25
6.5 溝槽凸輪理論輪廓的設(shè)計(jì) 26
7.送釘機(jī)構(gòu)壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作原理 28
7.1壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作原理 28
7.2 送釘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理 28
7.2.1 送釘裝置結(jié)構(gòu)組成 28
7.2.2 鉚釘?shù)姆N類和規(guī)格 29
7.2.3 自動(dòng)供釘裝置的功能需求 30
7.2.4 自動(dòng)供釘裝置的結(jié)構(gòu)組成 30
7.2.5 鉚釘整理定向模塊 31
7.3 送釘原理介紹 32
7.3.1 大壓塊的設(shè)計(jì) 32
7.3.2 搓板的設(shè)計(jì) 33
8. 動(dòng)力系統(tǒng)的分析 34
8.1 鉆孔鉚接機(jī)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)分析 34
8.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 35
8.3 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)的參數(shù)計(jì)算 36
8.3.1帶傳動(dòng)受力分析 36
8.3.2 帶傳動(dòng)的最小初拉力和臨界摩擦力 36
8.3.3 帶的應(yīng)力分析 37
8.3.4帶傳送設(shè)計(jì)計(jì)算 38
9. 總結(jié)與展望 39
9.1 總結(jié) 39
9.2 展望 39
致 謝 40
參 考 文 獻(xiàn) 41
圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)
1. 緒論
1.1 對(duì)圍板包裝箱生產(chǎn)工藝方法的分析及意義
在循環(huán)包裝系統(tǒng)里，方便靈活的圍板箱有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。這是一種標(biāo)準(zhǔn)的物流器具，損壞的頂蓋與側(cè)板很容易進(jìn)行替換，整體循環(huán)包裝系統(tǒng)的投資比較低廉，而使用壽命則可達(dá)十年之久，這也是一種可靠的堅(jiān)固的可以折疊的包裝系統(tǒng)。由于裝箱的靈活性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性,圍板箱被廣泛運(yùn)用于機(jī)械、化工、電子、五金以及其他領(lǐng)域,圍板包裝箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，越來(lái)越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而，現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，這嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)有圍板工藝生產(chǎn)方法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出適用于圍板生產(chǎn)的圍板自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。
1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
圍板包裝箱作為產(chǎn)品的外包物流設(shè)備具能夠重復(fù)使用，可回收、降低運(yùn)輸成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在運(yùn)輸產(chǎn)品方面受到廣泛的運(yùn)用，需求日益增加?，F(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，并且在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，嚴(yán)重影響著圍板箱的應(yīng)用。
在國(guó)內(nèi)，圍板箱是一款可反復(fù)循環(huán)使用的新型包裝，適用于緊固件、金屬球、沖壓件等不規(guī)則產(chǎn)品的包裝，是出口到歐洲的產(chǎn)品包裝的不二選擇。圍板箱基本以木板為主要材料，而側(cè)板大多數(shù)都是采用模板或者大板制作，使得材料的選取過(guò)于苛刻，而且成本比較高。目前圍板箱的生產(chǎn)也主要以人工為主，木板加工以半自動(dòng)化為主，因此在生產(chǎn)中人為因素較大，這就導(dǎo)致圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率不高， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，影響了圍板的推廣和運(yùn)用。而在國(guó)外，德國(guó)KTP公司可以說(shuō)是制造圍板箱的代表，經(jīng)過(guò)其幾代人的努力，現(xiàn)今已經(jīng)研制出了可折疊式塑料圍板箱如圖1.1所示。其生產(chǎn)方式也采用了全自動(dòng)化的生產(chǎn)線模式，箱子規(guī)格也都已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，方便統(tǒng)一規(guī)格生產(chǎn)。
圖 1.1 圍板國(guó)外生產(chǎn)方式
從國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外的圍板箱生產(chǎn)具有以下的優(yōu)缺點(diǎn)：
1、 在國(guó)內(nèi)，圍板箱的規(guī)格可以根據(jù)買(mǎi)家的要求來(lái)制定，比較方便靈活；在國(guó)外，圍板箱的規(guī)格趨于標(biāo)準(zhǔn)化，方便一體化生產(chǎn)，銷售，物流規(guī)格可漸漸統(tǒng)一，適應(yīng)以后的發(fā)展前景。
2、 在國(guó)內(nèi)，圍板箱各部分不存在因箱體的部分損壞而令整箱報(bào)廢的情況，對(duì)于同一尺寸，可實(shí)現(xiàn)完全互換使用；在國(guó)外，部分圍板箱已經(jīng)趨于一體化，防水，防塵，全面保護(hù)物品，存儲(chǔ)較方便。
3、 在國(guó)內(nèi)，使用木板為主材料，成本低廉；在國(guó)外，開(kāi)始使用可完全回收利用的塑料，從而減少樹(shù)木的砍伐，保護(hù)環(huán)境。
4、 在國(guó)內(nèi)，圍板箱的生產(chǎn)方式采取以半自動(dòng)化為主，有訂單再生產(chǎn)的方式；在國(guó)外，圍板箱的生產(chǎn)方式采取全自動(dòng)化生產(chǎn)線的模式。
5.總的來(lái)說(shuō)，國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式是可以借鑒的，但由于國(guó)內(nèi)基本情況的限制，所以在國(guó)內(nèi)圍板箱的基本材料還是以木板為主材料。
1．3 圍板箱的組成及優(yōu)點(diǎn)
圖 1-1 圍板箱
圍板箱(圖1．1所示)是由托盤(pán)、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板的四片或六片木板用L型鉸鏈連接。由于裝箱的靈活性、對(duì)裝載物的適應(yīng)性和重復(fù)使用性，圍板箱被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、電子、五金以及其他領(lǐng)域的物流配送領(lǐng)域。
圍板箱的優(yōu)點(diǎn)：
1) 圍板箱的長(zhǎng)、寬根據(jù)托盤(pán)的尺寸確定，使用層數(shù)由內(nèi)裝物的高度來(lái)決定，最大限度地提高箱體的空間利用率。
2)可重復(fù)使用，相同規(guī)格的圍板，層與層之間，新與舊之間完全可以互換，節(jié)約包裝成本。不存在因箱體的部分損壞而令整箱報(bào)廢的情況，對(duì)于同一尺寸，可實(shí)現(xiàn)完全互換使用。
3)無(wú)釘化作業(yè)，降低了工人操作時(shí)發(fā)生工傷的風(fēng)險(xiǎn)。
4)周轉(zhuǎn)回收時(shí)，可以將折疊起來(lái)運(yùn)輸，減少儲(chǔ)運(yùn)體積，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。
1.4 本文的課題設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)方法
本文主要內(nèi)容：
1）本文針通過(guò)圍板現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的討論和分析，提出三種改進(jìn)方案，通過(guò)比較，確定最為合適的方案，依據(jù)所選擇的方案實(shí)現(xiàn)對(duì)圍板包裝箱生產(chǎn)工藝上的改進(jìn)。
2）依據(jù)凸輪技術(shù)為基礎(chǔ)，完成圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置設(shè)計(jì)的改進(jìn)，通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程的分析，繪制出機(jī)床的工作循環(huán)圖，裝配圖，各部分結(jié)構(gòu)工程圖等。
3）利用UG軟件對(duì)圍板加工生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，完成了對(duì)機(jī)構(gòu)主要機(jī)構(gòu)的繪制，如:凸輪機(jī)構(gòu)，溝槽凸輪機(jī)構(gòu)等，完成機(jī)構(gòu)的實(shí)體三維建模。
4）對(duì)設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、鉚接機(jī)構(gòu)、鉆孔機(jī)構(gòu)部分復(fù)雜零件的進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算和校核。
2. 圍板箱生產(chǎn)線的工藝分析
生產(chǎn)工藝是一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)水平的體現(xiàn)。企業(yè)生產(chǎn)、管理是依據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝展開(kāi)的。因此上說(shuō)，生產(chǎn)工藝的先進(jìn)與否，直接影響到企業(yè)運(yùn)營(yíng)。企業(yè)要想提高生產(chǎn)率，就需要從改進(jìn)生產(chǎn)工藝開(kāi)始。圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的研究就是對(duì)圍板箱的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，因此，在圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置設(shè)計(jì)前只有熟悉了原有生產(chǎn)工藝才能夠?qū)υ猩a(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，才能提高圍板箱的生產(chǎn)效率。
2.1 圍板箱生產(chǎn)現(xiàn)狀的介紹
在現(xiàn)在的生產(chǎn)中采用的是人工鉆空鉚接的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率很低。人工生產(chǎn)圍人工生產(chǎn)圍板箱的過(guò)程如下：
1)對(duì)木板鉆孔。依據(jù)所裝鉸鏈孔的位置確定口位置，在多頭鉆床上對(duì)木板進(jìn)行鉆孔(多軸鉆床)，如圖2．1(a)。一塊木板要分兩次操作(鉆圍板的兩端8個(gè)孔)。
2)將鉚釘插入木板孔。在工廠中采用人工插鉚釘?shù)姆绞?。取單個(gè)鉚釘，將鉚釘與木板上的孔對(duì)齊，用錘子錘擊鉚釘，是鉚釘插入木板上的孔中(每次僅插入1個(gè)鉚釘)，如圖2-1(b)。
3)上鉸鏈、鉚接。取鉸鏈，將鉸鏈放到木板上，將木板孔中的已放好的鉚釘頭穿過(guò)鉸鏈上的孔，工人用手將鉸鏈和木板壓緊，然后，人工用手將裝好鉸鏈和鉚釘?shù)哪景?，在鉚接機(jī)上分別對(duì)鉚釘頭進(jìn)行鉚接(單個(gè)鉚頭鉚接4次，才能鉚接半面鉸鏈)，如圖2．1(c、d)。鉚接不完全時(shí)，工人采用錘子敲擊，以保證鉚接的完好。4)合圍。將用鉸鏈連接起來(lái)的4片或6片木板兩端鉚接起來(lái)。連接起來(lái)的木板鏈一端是插好了鉚釘，另一端是僅鉚接了半面鉸鏈(另半面沒(méi)有鉚接)，將兩端對(duì)齊，將插好鉚釘?shù)囊欢说你T釘對(duì)準(zhǔn)目測(cè)對(duì)齊穿過(guò)沒(méi)有鉚接的半面鉸鏈上的孔，然后，人工在鉚接機(jī)上分別進(jìn)行鉚接(每次僅插入1個(gè)鉚釘，鉚接4次)，完成合圍(類似于圖2．1(d))。
現(xiàn)存的生產(chǎn)方式有這樣一些缺陷：
1)生產(chǎn)工藝分散，生產(chǎn)效率低。
2)鉚釘很難與鉸鏈孔對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)致鉚接效率低下、且質(zhì)量不穩(wěn)定。
3)在上生產(chǎn)中工人參與生產(chǎn)較多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。
4)自動(dòng)化程度低
a）.鉆孔 b）.上鉚釘
c）.上鉸鏈 d).鉚接
圖2.1 傳統(tǒng)鉚接工藝方式
2.2對(duì)圍板加工工藝方法的確定
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有圍板工藝的綜合分析，提出針對(duì)圍板加工工藝的幾種設(shè)計(jì)方案通過(guò)比較分析選擇較為合理的方案。
方案一工作流程:放第一塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭)→ 插4個(gè)鉚釘→ 放鉸鏈→ 鉚接圍板和鉸 → 放第二塊圍板→ 2次鉆孔(4鉆頭) → 插4個(gè)鉚釘 → 鉚接圍板與鉸鏈插4個(gè)鉚釘 → 放鉸鏈 → 鉚接圍板和鉸鏈→ 放第三塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭) → 插4個(gè)鉚釘→ 鉚接圍板和鉸鏈 → 插4個(gè)鉚釘→放鉸鏈→鉚接圍板和鉸鏈→放第四塊圍板→2次鉆孔(4鉆頭)→插4個(gè)鉚釘→鉚接圍板與鉸鏈→插4個(gè)鉚釘→放鉸鏈→鉚接圍板和鉸鏈。
方案二工作流程：放第一塊圍板→放鉸鏈→放第二塊木板→定位夾緊→鉆8個(gè)孔→插8個(gè)鉚釘→移動(dòng)到鉚接工序→鉚接8個(gè)鉚釘→放第三塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個(gè)孔→插8個(gè)鉚釘→移動(dòng)到鉚接工序→鉚接8個(gè)鉚釘→放第四塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個(gè)孔→插8個(gè)鉚釘→移動(dòng)到鉚接工序→鉚接8個(gè)鉚釘→放第五塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個(gè)孔→插8個(gè)鉚釘→鉚接4個(gè)鉚釘(鉚接第四塊處的鉚釘)。
方案三工作流程：放第一塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭)→第一塊板移動(dòng)到鉚接位置放鉸鏈→放第二塊木板→定位夾緊→插4個(gè)鉚釘→鉚接一半鉸鏈→插四個(gè)鉚釘→鉚接→移位
比較這3種方案：
方案一：圍板箱生產(chǎn)工藝分散，這使生產(chǎn)線的相對(duì)較長(zhǎng)，在生產(chǎn)過(guò)程中，原料的搬
運(yùn)較為頻繁，這無(wú)形中增加了生產(chǎn)中的輔助生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)，相對(duì)也必須增加生產(chǎn)線上
的工人數(shù)量，來(lái)完成輔助加工，這些對(duì)提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本起到的負(fù)面作用。但
是，在生產(chǎn)線上每一步完成的生產(chǎn)加工動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，這相對(duì)使得生產(chǎn)線上的機(jī)械設(shè)計(jì)
變得簡(jiǎn)單。
方案二：與方案一相比，圍板箱生產(chǎn)工藝現(xiàn)對(duì)集中，但是由于在生產(chǎn)中需要移動(dòng)定
位后的木板和鉸鏈，而在移動(dòng)過(guò)程中木板孔和鉸鏈孔之間容易發(fā)生對(duì)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，影響
生產(chǎn)線中的下一步工序(插鉚釘)的進(jìn)行，這使得生產(chǎn)存在可靠性的問(wèn)題。因此，此方
案排除。
方案三： 與方案一，二相比，對(duì)傳送到鉚接位置的兩塊木板上鉸鏈后一次定位夾緊，避免了因?yàn)槟景逡苿?dòng)而使鉸鏈孔與木板上已加工孔的錯(cuò)位而導(dǎo)致鉚釘無(wú)法插入的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝集中綜合分析比較選擇方案三為最佳方案。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工作方案的研究提出對(duì)圍板加工的改進(jìn)方案如下：實(shí)現(xiàn)對(duì)圍板定位夾緊后的鉆孔，對(duì)鉆孔后圍板的一次定位夾緊送鉸鏈鉚釘，移動(dòng)到鉚接位置，進(jìn)行鉚接工序。在自動(dòng)鉆鉚機(jī)和鉚接機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后，依據(jù)我們的構(gòu)思，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)方案生產(chǎn)工藝進(jìn)行布局，生產(chǎn)線就可以簡(jiǎn)化成：
a).鉆孔 b).裝鉸鏈上鉚釘
c). 鉚接 d).完成鉚接移位
圖2.2 改進(jìn)后的鉚接工藝流程
輸送木板→自動(dòng)鉆孔→上鉸鏈→送釘機(jī)構(gòu)送釘裝配鉚釘→自動(dòng)鉚接→成品入庫(kù)
這樣我們就完成了生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)方式的改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)工藝中的人為因素帶來(lái)的圍板質(zhì)量上的不足，提高了圍板箱的生產(chǎn)效率，保證了圍板箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
3. 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)要求及整體結(jié)構(gòu)的分析
3.1 圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)要求
生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)是按照產(chǎn)品加工工藝過(guò)程，用工件處儲(chǔ)存、傳送裝置把專用自動(dòng)機(jī)以及輔助機(jī)械設(shè)備連接起來(lái)而形成的、具有獨(dú)立控制裝置的生產(chǎn)系統(tǒng)，在自動(dòng)生產(chǎn)線上，工件(原料、毛坯或半成品)上線后便以一定的加工順序，自動(dòng)經(jīng)過(guò)各個(gè)加工工位，完成預(yù)定的加工，最后成為符合設(shè)計(jì)要求的成品而下線。
根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)要求，來(lái)確定自動(dòng)線鉚接裝置的生產(chǎn)效率；按照自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作特點(diǎn)及功能要求，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)原理的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)；生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性好操作方便工作效率提高；設(shè)計(jì)加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)。圍板箱生產(chǎn)線研制與開(kāi)發(fā)必須符合安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。要求采用國(guó)際上先進(jìn)成熟的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)改造起點(diǎn)要高，投資要少，不但要滿足當(dāng)前的工藝要求，還要給工藝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步創(chuàng)造條件，留有空間。根據(jù)以上原則，我們對(duì)圍板箱生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2 自動(dòng)化鉆孔鉚接技術(shù)的概述
按工作方式分，鉚接可分為手工鉚接和自動(dòng)鉆鉚。手工鉚接由于受工人熟練程度和體力等因素的限制，難以保證穩(wěn)定的高質(zhì)量連接。自動(dòng)鉆鉚技術(shù)即利用其代替手工，自動(dòng)完成鉆孔、送釘及鉚接等工序，是集電氣、氣動(dòng)、自動(dòng)控制為一體的，在裝配過(guò)程中不僅可以實(shí)現(xiàn)組件(或部件)的自動(dòng)定位，同時(shí)還可以一次完成夾緊、鉆孔、送釘、鉚接／安裝等一系列工作。它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工鉚接技術(shù)，提高生產(chǎn)速率、保證質(zhì)量穩(wěn)定、大大減少人為因素造成的缺陷。
3.3 圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接裝置設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)分析
3.3.1 整體機(jī)構(gòu)的分析
依據(jù)實(shí)際對(duì)圍板包裝箱的生產(chǎn)工藝的要求，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)鉆鉚機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及圍板生產(chǎn)過(guò)程中的整體結(jié)構(gòu)分析，圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)工藝可以由下面幾個(gè)部分構(gòu)成，在論文中著重論述鉆孔機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、送釘機(jī)構(gòu)、電氣控制，對(duì)于機(jī)架部分以及傳動(dòng)系統(tǒng)部分只作簡(jiǎn)介。
壓緊機(jī)構(gòu)
鉆孔機(jī)構(gòu)
圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線鉚接裝置
鉚接機(jī)構(gòu)
送釘機(jī)構(gòu)
電氣控制部分
傳送部分
圖3-1 圍板自動(dòng)化生產(chǎn)工藝各部分結(jié)構(gòu)的組成
3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1）通過(guò)對(duì)圍板加工工藝流程的分析，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)原理，對(duì)整體結(jié)構(gòu)做以下布局，模型圖見(jiàn)圖10-1,總體結(jié)構(gòu)反應(yīng)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的整體思路，用UG三維仿真比較直觀的反應(yīng)出個(gè)部分的裝配步驟。
圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接裝置的設(shè)計(jì)流程圖：
加工完孔的圍板通過(guò)傳送帶傳送到鉚接工作臺(tái)
送鉸鏈，完成圍板鉸鏈的裝配
鉆孔機(jī)構(gòu)對(duì) 壓緊后的第一塊圍板鉆孔
傳送帶傳送圍板到工作臺(tái)
第二塊木板傳送到加工位置后壓緊機(jī)構(gòu)下壓夾緊
送釘裝置完成送釘動(dòng)作
通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)換圍板位置完成對(duì)圍板另一端的鉆孔加工
木板通過(guò)限位裝置限定到合適位置
鉚接凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉚頭的向上共進(jìn)，進(jìn)行鉚接工序
完成鉚接，移位
鉚釘壓入裝好鉸鏈的木板中完成上釘工序
圖3-2 自動(dòng)化工藝生產(chǎn)流程圖
2) 圍板生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型見(jiàn)圖3-3
圖3-3 圍板生產(chǎn)工藝機(jī)構(gòu)三維實(shí)體模型
圖中1為鉚接壓緊機(jī)構(gòu)，2為鉆孔機(jī)構(gòu)，3為送釘機(jī)構(gòu)，6為料斗，7為鉸鏈自動(dòng)送料裝置，8為鉆孔壓緊機(jī)構(gòu)，9為木板換位裝置。
3.4 圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接裝置的工作循環(huán)分析
根據(jù)圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接機(jī)的工作行程可以描繪出其工作循環(huán)圖，循環(huán)圖以鉚接凸輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)720°作為其坐標(biāo)，以弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)剛剛轉(zhuǎn)過(guò)位處于間歇段為起點(diǎn)(0。)為起點(diǎn)用曲線來(lái)表示工作區(qū)域和特定位置。循環(huán)工作進(jìn)程依次為鉆孔凸輪機(jī)構(gòu)、弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)、鉚接機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、送釘機(jī)構(gòu)、壓釘機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿凸輪機(jī)構(gòu)。
3.4.1 鉆孔機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)
鉆孔凸輪從0°開(kāi)始運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)到62°的位置，鉆孔動(dòng)力頭向下移動(dòng)了23mm，從62°位置鉆孔凸輪運(yùn)動(dòng)到140°的位置時(shí) 鉆孔動(dòng)力頭向下運(yùn)動(dòng)了10mm，完成圍板鉆孔工序，從140°開(kāi)始到180°時(shí)，鉆孔機(jī)構(gòu)的鉆孔動(dòng)力頭上升了33mm，完成加工后的回程工序，在180°到360°之間鉆孔凸輪處于遠(yuǎn)休止階段。
3.4.2 弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)
弧面凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)于機(jī)構(gòu)本身來(lái)說(shuō)是兩個(gè)工作循環(huán)。之所以用兩個(gè)工作循環(huán)作為基準(zhǔn)來(lái)繪制工作循環(huán)圖，原因是在于再完成一次分度機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)時(shí)，僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉸鏈一半的鉚接工序，對(duì)整個(gè)工藝流程來(lái)說(shuō)并不能滿足要求，只有分度機(jī)構(gòu)完成兩次工作循環(huán)才能夠?qū)崿F(xiàn)在上號(hào)鉸鏈鉚釘后一次夾緊定位后完成完成對(duì)圍板的鉚接工序，分度角為180°，間歇角度為180°。
3.4.3 鉚接機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)
鉚接機(jī)構(gòu)和弧面凸輪機(jī)構(gòu)一樣也必須完成兩個(gè)工作循環(huán)才能完成對(duì)圍板的鉚接工序，鉆鉚凸輪從0°上升到62°位置時(shí)，鉚接動(dòng)力頭向上移動(dòng)了距離23，從62°位置上升到130.5°位置時(shí)，鉚接動(dòng)力頭向上移動(dòng)距離為3mm，完成對(duì)圍板的鉚接工序，從130.5°位置處開(kāi)始，鉆鉚凸輪運(yùn)動(dòng)到位置175°處時(shí)，鉚接機(jī)構(gòu)中的鉚接動(dòng)力頭或鉆孔動(dòng)力頭下降26mm，完成鉚接工序后的回程，之后在凸輪從175°的位置上升到360°的位置的階段，鉆鉚凸輪處于遠(yuǎn)休止階段，在工作循環(huán)中第一個(gè)循環(huán)是完成對(duì)一半鉸鏈的鉚接，需要第二個(gè)循環(huán)完成完整的鉚接工序。
3.4.4 壓緊機(jī)構(gòu)的工作工作循環(huán)
為實(shí)現(xiàn)對(duì)上完鉸鏈的圍板壓緊后完成送釘鉚接工序在動(dòng)力源的輸入速度方面就產(chǎn)生了比率，擬設(shè)定弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)動(dòng)力源的輸入速度與壓緊機(jī)構(gòu)動(dòng)力源的輸入速度比值為2：l，也就是說(shuō)鉚接凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與壓緊凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度比為2：l。在設(shè)計(jì)中壓緊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)夾具上下運(yùn)動(dòng)的凸輪，與壓釘機(jī)構(gòu)中用到的下壓鉚釘?shù)耐馆喪峭粋€(gè)， 只是壓釘機(jī)構(gòu)中用到的是凸輪的端面，在壓緊機(jī)構(gòu)中用到的是凸輪的外圓面。0°～257°階段為下壓夾緊，對(duì)木板定位后的夾緊，確保下面送釘鉚接工序的順利進(jìn)行，從257．5°～297°階段為松開(kāi)夾具階段，夾緊機(jī)構(gòu)緩慢的將已經(jīng)鉚接好的木板松開(kāi)，從297°～320°段為放完全放松階段，完成對(duì)圍板鉚接的一個(gè)循環(huán)工序。從320°～360°階段，又一個(gè)循環(huán)的開(kāi)始，夾緊機(jī)構(gòu)緩慢的將放好鉸鏈的圍板夾緊。
3.4.5 送釘機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)
送釘機(jī)構(gòu)同樣也是用凸輪機(jī)構(gòu)完成的，利用溝槽凸輪的驅(qū)動(dòng)撥叉，撥叉帶動(dòng)搓板前后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與大壓塊相互配合下，控制鉚釘沿著料槽軌道沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從而將鉚釘送到對(duì)應(yīng)的位置。送釘凸輪從0°一6l°階段，送釘凸輪所控制的搓板處于中間狀態(tài)段，隨著凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)即是61°～83．5°之間，驅(qū)動(dòng)的搓板開(kāi)始推動(dòng)鉚釘向前移動(dòng)5．5厘米，然后隨著凸輪的運(yùn)動(dòng)(在83．5°～128．5°階段)，其驅(qū)動(dòng)鉚釘又向前運(yùn)動(dòng)5．5厘米。隨后凸輪又一次推動(dòng)搓板緩慢的回到中間狀態(tài)(在128°～151°階段)，之后凸輪一直控制著搓板處在中間狀態(tài)(在151°～360°階段），等待著鉚接的結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)。
4.圍板包裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)線主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
圍板包裝箱自動(dòng)化鉚接系統(tǒng)需要完成圍板的鉆孔，鉚接動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)位與壓緊機(jī)構(gòu)相配合完成圍板的鉚接。鉆孔動(dòng)力頭和鉚接動(dòng)力頭的空間位置，鉚接動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)位，以及動(dòng)力頭的工進(jìn)以及之間的動(dòng)力傳遞是設(shè)計(jì)時(shí)需要的考慮關(guān)鍵問(wèn)題。
設(shè)計(jì)過(guò)程中依據(jù)鉸鏈上孔的位置（如圖4-1所示)確定鉆頭鉚頭的空間位置,電機(jī)通過(guò)皮帶輪將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)力軸，再通過(guò)主動(dòng)力軸將動(dòng)力傳遞到齒輪系統(tǒng)。再由齒輪系統(tǒng)帶動(dòng)鉆頭鉚頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。
圖4-1 鉸鏈結(jié)構(gòu)圖
4.1 鉆孔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
木板通過(guò)傳送帶傳送到鉆孔機(jī)構(gòu)，夾緊裝置對(duì)木板進(jìn)行定位夾緊工序，鉆孔機(jī)構(gòu)為有四個(gè)鉆頭，確保每次定位完成木板一端的鉆孔動(dòng)作，鉆孔機(jī)構(gòu)的動(dòng)力系統(tǒng)擬設(shè)計(jì)為，通過(guò)皮帶輪將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳送到主軸，再由主軸將動(dòng)力傳遞到齒輪系統(tǒng)，給鉆孔動(dòng)力頭提供動(dòng)力，考慮到鉆孔過(guò)程中，鉆頭到達(dá)正確位置后，完成鉆頭向下做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成對(duì)木板的鉆孔動(dòng)作，采用凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作。利用鉆孔凸輪推動(dòng)導(dǎo)桿的上下動(dòng)作，從而帶動(dòng)整個(gè)箱體的上下動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鉆孔動(dòng)力頭對(duì)木板的鉆孔加工，以及鉆孔結(jié)束后回復(fù)到原來(lái)位置的回程動(dòng)作。
圖4-1 鉆孔機(jī)構(gòu)
4.2 鉚接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對(duì)完成鉆孔工序的圍板，傳送到鉚接位置時(shí)，鉚接動(dòng)力頭的相互轉(zhuǎn)位（旋轉(zhuǎn)180°）的問(wèn)題上采用的是弧面凸輪結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配好鉸鏈的圍板的一次定位壓緊送釘鉚接過(guò)程做準(zhǔn)備，擬采用弧面凸輪驅(qū)動(dòng)旋鉚桶?。嫱馆喎侄葯C(jī)構(gòu)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，利用弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)使鉚接裝置整體大為簡(jiǎn)化，而且使各部分結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)相互協(xié)調(diào)，整體結(jié)構(gòu)更為緊湊。
考慮到在對(duì)圍板的鉆孔，鉚接加工過(guò)程中，鉆孔動(dòng)力頭或鉚接動(dòng)力頭轉(zhuǎn)到準(zhǔn)確的位置后，依靠齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)無(wú)法讓鉆孔機(jī)構(gòu)和鉚接機(jī)構(gòu)完成上下工進(jìn)的動(dòng)作，需要給系統(tǒng)提供一個(gè)上下工進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)。基于對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，擬采用鉆孔凸輪實(shí)現(xiàn)鉆孔動(dòng)力頭的上下運(yùn)動(dòng)，至于鉚接部分?jǐn)M采用旋鉚凸輪驅(qū)動(dòng)撥叉來(lái)實(shí)現(xiàn)鉚接動(dòng)力頭的上下運(yùn)動(dòng)。
具體的工作流程為，撥叉固定于一根定位軸上，撥叉的一端旋鉚凸輪嚙合，另一端安裝于一個(gè)弧形滑塊上，滑塊置于一個(gè)半圓形導(dǎo)軌上，當(dāng)弧面凸輪驅(qū)動(dòng)從動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)旋鉚桶的旋轉(zhuǎn)移位（180°換位），實(shí)現(xiàn)鉚頭的轉(zhuǎn)位時(shí)，滑塊能在半圓形槽型軌道中做轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，半圓形槽型導(dǎo)軌與拖桿相連接，當(dāng)旋鉚凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋鉚凸輪作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)撥叉帶動(dòng)半圓形槽型軌道向上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉚頭向上的動(dòng)作，完成鉚接這一工序，然后回程向下回到原來(lái)位置。
國(guó)外對(duì)鉚接過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了研究。法國(guó)的Langrand,B等基于FE模型的材料疲勞特性模型特征的數(shù)值過(guò)程進(jìn)行了鉚接分析，并測(cè)量了再準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下應(yīng)變速度的影響，提出了考慮鉚釘材料的非線性因素。UrbanMR等對(duì)于旋翼飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中使用普通鉚接的誤差傳播進(jìn)行了測(cè)試和分析。BillyKelly等仿真了鉚釘?shù)陌惭b過(guò)程。V．Blanehot等人建立部分、軸對(duì)稱和3D這3種可調(diào)整數(shù)值模型來(lái)仿真鉚釘連接。我國(guó)在鉚接過(guò)程研究方面還處于初級(jí)階段。
1)施加鉚接力的最初階段，由于鉚釘剛剛開(kāi)始發(fā)生彈性形變，還沒(méi)有產(chǎn)生塑性變形，因此滿足胡克定律
式中：是鉚釘桿原有長(zhǎng)度：FN為施加的鉚接力；E為彈性模量；A為鉚釘橫截面積。
設(shè)鉚釘頭部的微小變形為，鉚釘半徑為d，則對(duì)公式求導(dǎo)得：
故當(dāng)施加力F時(shí)，鉚釘頭的變形為
2)隨著沖頭逐漸下壓，鉚釘剛開(kāi)始接觸到孔周，尚未形成鐓頭，此時(shí)鉚釘桿的受力狀態(tài)與平面鐓粗的受力狀態(tài)相似，如圖3．22所示。
圖3.22 鐓粗時(shí)基元受力分析
根據(jù)平衡方程得
整理得
（4-1）
式中：，m為摩擦因子，，Y為真實(shí)應(yīng)力。
3)鉚釘桿塑性變形開(kāi)始后，鉚釘中部金屬向下流動(dòng)，近似于擠壓型的金屬流動(dòng)；而鉚釘鐓頭部分的金屬向兩側(cè)流動(dòng)，如圖3．23(a)所示。到了鐓粗末期，作為極端情況，當(dāng)縱向流動(dòng)阻力大于橫向流動(dòng)阻力時(shí)，可以近似認(rèn)為只有側(cè)向金屬流動(dòng)，而沒(méi)有軸向的金屬流動(dòng)，即只發(fā)生鐓粗變形，這個(gè)階段的鉚接力達(dá)到最大。
此時(shí)，鉚釘可以分為①區(qū)和②區(qū)，如圖3．23(b)所示。
a 鐓粗初期的金屬流動(dòng) b 鐓粗末期的金屬流動(dòng)
圖3.23 鐓粗的金屬流動(dòng)
對(duì)于①區(qū)，，式(3.21)轉(zhuǎn)化為
（4-2）
因?yàn)槭晴叴肿冃?，可以直觀的認(rèn)為
按絕對(duì)值列出的簡(jiǎn)化屈服方程為
（4-3）
將式（4-2)和(4-3)聯(lián)立求解，得
應(yīng)用應(yīng)力邊界條件求積分常數(shù)C，當(dāng)
故有
代入得
（4-4）
式中：表示鉚釘鐓粗的長(zhǎng)度；是①區(qū)邊界處的垂直壓應(yīng)力。
對(duì)于②區(qū)，，，從式（3.20），推出
應(yīng)用應(yīng)力邊界條件求積分常數(shù)C，當(dāng)
得出
代入得
（4-5）
故所需鉚接力為
（4-6）
把式(3.24)和(3.25)代入(3.26)得
整理得
式中, 為鉚釘桿面積；為鉚釘鐓頭的圓環(huán)面面積。
本設(shè)計(jì)中鉚釘直徑d=5mm，鉚接后鐓頭直徑約為，釘桿原有長(zhǎng)度l=15mm，鋼與鋼接觸有潤(rùn)滑的情況靜摩擦系數(shù)，屈服極限。
將數(shù)據(jù)代入公式得：
由得，接力為3．08噸力。
鉆孔結(jié)構(gòu)和鉚接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4-1，圖4-2
圖4-2 鉚接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
4.3主動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)和校核及齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.3.1 主動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)和校核
軸是設(shè)計(jì)也和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩部分內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝定位以及軸的生產(chǎn)工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，軸的結(jié)構(gòu)形式不正確，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本，和軸上零件的難裝配等問(wèn)題。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。
軸的計(jì)算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行的校核計(jì)算的，計(jì)算準(zhǔn)則滿足軸的強(qiáng)度或剛性要求必要時(shí)還應(yīng)校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算?
適用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算；?②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前按扭矩初估軸的直徑
這種方法是只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度，如果還有受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，T為軸的扭矩,軸的抗扭截面系數(shù)，n為軸的轉(zhuǎn)速，P為軸傳遞的功率，d計(jì)算截面處軸的直徑。
表4-1 軸常用集中材料及值
軸的材料
、20
、35
45
、
軸的直徑 式中
初步估算動(dòng)力軸的最小直徑
軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑。需要鍵槽，故將最小軸增加，變?yōu)?0.9mm，查機(jī)械手冊(cè)選擇標(biāo)準(zhǔn)直徑為45mm
選擇聯(lián)軸器，取載荷系數(shù)，則聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸速度，查手冊(cè)選擇HL4彈性柱銷聯(lián)軸器 。
初選軸承，因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為45mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為7211C的滾動(dòng)軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為，
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖4-3 動(dòng)力軸
由于聯(lián)軸器型號(hào)已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定位。故軸段6的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為45mm。聯(lián)軸器是靠軸段2的軸肩來(lái)進(jìn)行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段2要比軸段1的直徑大5～10mm，取軸段2的直徑為52mm。軸段1和軸段4均是放置滾動(dòng)軸承的，所以直徑與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈直徑一樣為55mm。?考慮拆卸的方便，軸段3的直徑只要比軸段4的直徑大1～2mm就行了，這里取為58mm。?
??軸段2是一軸環(huán)，右側(cè)用來(lái)定位齒輪，左側(cè)用來(lái)定位滾動(dòng)軸承，查滾動(dòng)軸承的手冊(cè)，可得該型號(hào)的滾動(dòng)軸承內(nèi)圈安裝尺寸最小為64mm，同時(shí)軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段3的直徑(為58mm)大5～10mm的要求，故這段直徑最終取為66mm。?
??(3)確定軸的各段長(zhǎng)度?
??軸段1的長(zhǎng)度比半聯(lián)軸器的轂孔長(zhǎng)度要(為84mm)短2～3mm，這樣可保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故該段軸長(zhǎng)取為82mm，同理，軸段4的長(zhǎng)度要比齒輪的輪轂寬度(為100mm)短2～3mm，故該段軸長(zhǎng)取為98mm。?
??軸段6的長(zhǎng)度即為滾動(dòng)軸承的寬度，查手冊(cè)為21mm。軸環(huán)2寬度取為18mm。?
??軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=25mm，故取軸段2的長(zhǎng)度為45mm。?
??取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離為10mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，取5mm。已知滾動(dòng)軸承寬度為21mm，齒輪輪轂長(zhǎng)為100mm,則軸段3的長(zhǎng)度為：10＋5＋(100-98)+21=38mm
軸上零件的周向定位?
??齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得平鍵的截面尺寸寬×高=16×10(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為
80mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)?GB1096-79),同時(shí)為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為14×9×63，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。
4.3.2 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞動(dòng)率可達(dá)數(shù)十千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)，第一效率高，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)效率為最高，如一級(jí)圓柱齒輪的傳動(dòng)效率可達(dá)99%，這對(duì)大功率的傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手挥邪俜种唬灿泻艽蟮慕?jīng)濟(jì)利。第二結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需要的空間尺寸一般較小。第三工作可靠、壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)制造正確合理，使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。第四，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。
但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不適用于距離過(guò)大的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不至于失效。齒輪的失效形式常見(jiàn)的有，齒面折斷，和工作齒面磨損，點(diǎn)蝕，膠合及塑性變形等。針對(duì)各種工作情況以及上述各種失效形式，都應(yīng)該確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。由于目前對(duì)于齒面磨損和塑性變形，尚未建立起廣為工程實(shí)際使用中而行之有效的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和準(zhǔn)則，擬選擇所選擇的齒輪系統(tǒng)的材料為45或40,調(diào)制后表面淬火。
齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)是解決鉆孔和鉚接的動(dòng)力的主要結(jié)構(gòu)部分，當(dāng)傳動(dòng)主軸通過(guò)皮帶輪獲得電機(jī)所給動(dòng)力，再將動(dòng)力傳送到齒輪系統(tǒng)帶動(dòng)鉆頭鉚頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。依此來(lái)解決鉆孔鉚接時(shí)的動(dòng)力問(wèn)題。選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到空間的限制(根據(jù)鉸鏈上孔位置確定空間分布)。根據(jù)鉸鏈上孔的位置來(lái)設(shè)計(jì)各個(gè)鉆孔動(dòng)力軸、鉚接動(dòng)力軸所處的位置及各軸之間的相互關(guān)系。齒輪系統(tǒng)的布局如圖5-1，5-2所示，
圖5-1鉆孔齒輪系統(tǒng) 圖5-2鉚接齒輪系統(tǒng)
圖5-2為鉚接齒輪系統(tǒng)，最外面為旋鉚桶，內(nèi)部以中心線為對(duì)稱中心，完成鉚接工序的兩個(gè)工作循環(huán)。途中可以看出，鉚接動(dòng)力頭的空間位置在這部分設(shè)計(jì)中受到鉸鏈上距離最近的兩個(gè)孔的位置影響最大，兩相鄰孔的最短距離為50mm，也就是說(shuō)與鉆孔動(dòng)力頭(相連接的齒輪齒頂圓直徑要小于50mm，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪裝配、運(yùn)動(dòng)中才不會(huì)發(fā)生干涉，保證設(shè)計(jì)的正確性。在這一限制下對(duì)鉆孔齒輪系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，與鉆孔動(dòng)力頭相鄰近的兩齒輪的齒頂圓直徑要小與50mm，小齒輪1的齒數(shù)為24，齒輪2的齒數(shù)為35，齒輪3的齒數(shù)為77，齒輪計(jì)算相關(guān)公式：
4.3.3 鉆孔機(jī)構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
在這一限制下對(duì)鉆孔齒輪系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，與鉆孔動(dòng)力頭相鄰近的兩齒輪的齒頂圓直徑要小與50mm，小齒輪1的齒數(shù)為24，齒輪2的齒數(shù)為35，齒輪3的齒數(shù)為77，齒輪計(jì)算相關(guān)公式：
分度圓直徑計(jì)算： （4-7）
（由計(jì)算公式（4-7）進(jìn)行試算）
計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩： （4-8）
試選載荷系數(shù)，
計(jì)算齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩，
表4-1圓柱齒輪的齒寬系數(shù)
裝置狀況
兩支相對(duì)齒輪做對(duì)稱分布
兩支承相對(duì)于小齒輪做不對(duì)稱分布
小齒輪做懸臂布置
查表5-1選取齒寬系數(shù)
表4-2 彈性影響系數(shù)
齒輪材料
彈性模量
配對(duì)齒輪材料
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鑄鋼
鍛鋼
夾布塑膠
鍛鋼
162.0
181.4
188.9
189.8
56.4
鑄鋼
161.4
180.5
188
球墨鑄鐵
156.6
173.9
灰鑄鐵
143.7
由表4-2查得材料影響系數(shù)
由資料查得按齒面硬度查得
小齒輪1的接觸疲勞強(qiáng)度
齒輪2的接觸疲勞強(qiáng)度
齒輪3的接觸疲勞強(qiáng)度
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： (4-9)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
查資料取接觸疲勞系數(shù)
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)系數(shù)，由下面公式得
接觸疲勞需用應(yīng)力：， (4-10)
計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
即：
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬b
齒寬： ,