排釘機(jī)設(shè)計(jì)

排釘機(jī)設(shè)計(jì),排釘機(jī),設(shè)計(jì) 自動(dòng)排釘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 系 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 負(fù)責(zé)教師 I 摘 要 自動(dòng)裝配技術(shù)是機(jī)械自動(dòng)化的關(guān) 鍵技術(shù)。本文對(duì)基于機(jī) 械自動(dòng)化的鐵釘自動(dòng)排 序進(jìn)行了詳細(xì)研究。 自動(dòng)排釘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是個(gè) 非常重要的工作，這項(xiàng)工作的 目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)鐵釘?shù)淖詣?dòng) 排序，從而提高工作效率，減少 時(shí)間、人力和財(cái)力的消耗。 首先，考察了國(guó)內(nèi)鐵釘?shù)母鞣N形狀并總結(jié)了 它們的共同特征，提出了在理想情 況下鐵釘?shù)臉邮?，并基?此進(jìn)行了自動(dòng)排釘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ；其次，查找了各種資料， 比較了各種電動(dòng)和氣動(dòng)設(shè) 備，從中選擇了比較理想的驅(qū) 動(dòng)方式；第三，查找了目前 較為流行的 SolidWorks 軟件資料， 并在此基礎(chǔ)上建立了本次設(shè) 計(jì)中較為重要的部分 ——定向控制部分的 三維模型；第四，采用 AutoCAD 軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)部分和裝配圖進(jìn) 行了繪制。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了設(shè)計(jì)的“虛擬 裝配”問(wèn)題，并在指導(dǎo)老師的幫助下， 運(yùn)用 SolidWorks 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行了裝配。 關(guān)鍵詞 ：自動(dòng)裝配；排序；鐵釘；虛擬裝配 II Abstract It is the key technology of mechanical automation to assemble technology automatically. The paper is based on the nail’s automatic order of mechanical concentratively, and has detailedly designed. It is an important job to design the nail’s order-automatic machine. That is to make nails orderly, to raise working efficiency, and to reduce the expenses of time, manpower and financial resources. First of all, I observe present different forms of nails and have summarized their common character, also design machine of nail’s automatic order under the ideal cases of the patterns of nails. Secondly, I look up various kinds of materials and compare various kinds of the equipment while being kind and being electronic, and choose the ideal form from them. Thirdly, I look up the software of SolidWorks which is very popular currently, and I use it to draw the most important part in the design--order_control part. Lastly, I use AutoCAD to draw the expel-part and assemble-drawing. During drawing, I consider adequately the “assembling fictitiously” that has already existed, and with the help of my guide-teacher, I have made parts assembled under Solidorks. Keywords: Automatic assembling; order; nail; assembling fictitiously III 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................... 1 1.1 課題背景 .................................................................................................................... 1 1.2 裝配自動(dòng)化簡(jiǎn)介 ........................................................................................................ 2 1.2.1 裝配自動(dòng)化的概念 .............................................................................................. 2 1.2.2 裝配自動(dòng)化系統(tǒng)的類型及其選擇 ...................................................................... 2 1.2.3 裝配自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的條件 .......................................................................... 3 1.2.4 國(guó)外裝配自動(dòng)化發(fā)展概況 .................................................................................. 6 1.2.5 國(guó)內(nèi)裝配自動(dòng)化發(fā)展概況 .................................................................................. 7 1.3 本文主要研究的內(nèi)容 ................................................................................................ 7 2 自動(dòng)供料及輸送的方案設(shè)計(jì) ........................................................................................... 8 2.1 機(jī)械加工自動(dòng)化的三種形式 .................................................................................... 8 2.2 不宜采用自動(dòng)供料的情況 ........................................................................................ 8 2.3 幾種具有代表性的供料器 ........................................................................................ 8 2.3.1 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（滾筒式） （ A） ................................................................. 9 2.3.2 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（滾筒式） （ B） ............................................................... 10 2.3.3 提升式料斗供料器 ............................................................................................ 10 2.3.4 帶有固定導(dǎo)向刃的料斗式供料器 .................................................................... 11 2.4 自動(dòng)供料器選擇方案的確定 .................................................................................. 11 3 給料傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 12 3.1 傳動(dòng)總論 .................................................................................................................. 12 3.1.1 傳動(dòng)裝置在機(jī)器中的應(yīng)用 ................................................................................ 12 3.1.2 傳動(dòng)裝置的分類 ................................................................................................ 13 3.1.3 傳動(dòng)方案確定 .................................................................................................... 13 3.2 V 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 14 3.2.1 V 帶輪的設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 14 3.2.2 確定 V 帶的型號(hào) ............................................................................................... 15 3.2.3 驗(yàn)算帶的速度 .................................................................................................... 15 3.2.4 確定中心距 a 和 V 帶的長(zhǎng)度 Ld...................................................................... 16 IV 3.2.5 確定 V 帶的根數(shù) z............................................................................................ 17 3.3 主要傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 17 3.3.1 計(jì)算軸所受的初拉力 0 F .................................................................................. 17 3.3.2 初算軸徑 ............................................................................................................ 18 3.4 齒輪的設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 19 3.4.1 系統(tǒng)傳動(dòng)圖 ........................................................................................................ 19 3.4.2 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 ....................................................................................... 20 3.4.3 計(jì)算齒輪的具體結(jié)構(gòu)尺寸 ............................................................................... 21 3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇 .......................................................................................................... 23 4 定向控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 24 4.1 輸送管道的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 24 4.2 定向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 24 4.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 24 4.3.1 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 ................................................................................................ 25 4.3.2 凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ................................................................................... 25 4.3.3 凸輪機(jī)構(gòu)確定 .................................................................................................... 26 4.4 定向控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介 .................................................................................. 26 5 定向控制機(jī)構(gòu)的虛擬裝配及有限元分析 .................................................................... 27 5.1 虛擬制造技術(shù) .......................................................................................................... 27 5.2 定向控制機(jī)構(gòu)零件三維造型實(shí)例 .......................................................................... 28 5.3 零件的裝配 .............................................................................................................. 31 5.3.1 裝配體工具部分功能簡(jiǎn)介 ............................................................................... 31 5.3.2 子裝配體的展示 ................................................................................................ 36 5.3.3 總裝配體的展示 ................................................................................................ 39 5.3.4 總裝配體爆炸視圖的展示 ............................................................................... 39 5.4 軸的校核 ................................................................................................................... 40 5.4.1 有限元分析插件簡(jiǎn)介 ........................................................................................ 40 5.4.2 軸受力的有限元仿真 ........................................................................................ 40 5.4.3 結(jié)果分析 ............................................................................................................. 47 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 48 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 49 V 致 謝 ................................................................................................................................. 51 1 1 緒論 1.1 課題背景 目前國(guó)內(nèi)射釘槍用射釘最常用的 結(jié)構(gòu)形式有六種，而這六種形式之中最最常用 的有二三種，此次設(shè)計(jì)就 選擇了其中最常用中的一種。 現(xiàn)今國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的射釘槍多為單發(fā)，這樣既耗 時(shí)又費(fèi)力，為提高工作效率，需設(shè) 計(jì)出一種連發(fā)機(jī)構(gòu)，因此，就需要一種自動(dòng) 排序鐵釘?shù)臋C(jī)構(gòu)，只有這樣，才能很好 地把鐵釘整齊包裝，用于連發(fā)機(jī)構(gòu)，但是在 一般情況下，由于鐵釘很不規(guī)則，因此 在排序方面會(huì)出現(xiàn)較大的困難。所以， 在此需要尋求一個(gè)最佳方案，在某種意義上 能夠使鐵釘規(guī)則化?，F(xiàn)在 對(duì)六種鐵釘做一個(gè)綜合分析， 根據(jù)鐵釘都有大端這樣一個(gè) 共同特點(diǎn)來(lái)出發(fā)考慮問(wèn)題 。六種鐵釘結(jié)構(gòu)類型如圖 1.1 所示： 圖 1.1 常見(jiàn)的六種鐵釘類型 2 1.2 裝配自動(dòng)化簡(jiǎn)介 1.2.1 裝配自動(dòng)化的概念 裝配就是按照技術(shù)要求將零件進(jìn) 行組合連接成部件、復(fù)合件或成品的過(guò)程。裝 配工藝過(guò)程是指裝配的方法、路線及內(nèi)容的 安排。其中包括裝配、調(diào)整、檢測(cè)和試 驗(yàn)等工作。裝配工藝規(guī)程是指將裝配工藝過(guò) 程按一定的格式以文件 的形式固定下來(lái) 的過(guò)程。 裝配自動(dòng)化是指將對(duì)某種 產(chǎn)品用某種控制的方法和手段 ，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其 按預(yù)先規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行裝配 ，而無(wú)需人直接干預(yù)的過(guò)程 [1] 。 1.2.2 裝配自動(dòng)化系統(tǒng)的類型及其選擇 （ 1）裝配自動(dòng)化系統(tǒng)的類型 [2] 裝配自動(dòng)化的類型如果按 照其系統(tǒng)的裝配對(duì)象是否可換 ，是否在一定范圍內(nèi)可 調(diào)，可以分為柔性自動(dòng)裝配和剛性自動(dòng)裝配 ?？勺儞Q裝配對(duì)象，在一定范圍內(nèi)可調(diào) 的為柔性自動(dòng)裝配，反之 ，就是剛性自動(dòng)裝配。 （ 2）裝配自動(dòng)化類型的選擇 裝配自動(dòng)化類型的選擇原 則是根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生 產(chǎn)類型。產(chǎn)品是大量大 批生產(chǎn)類型的要考慮選擇自動(dòng)化裝配，如 果是單件小批量生 產(chǎn)類型要選擇柔性自動(dòng) 化裝配。 零件生產(chǎn)綱領(lǐng)是包括備品 和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，生產(chǎn)規(guī)模也不 同。人們按照產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)，投入生產(chǎn)的 批量或生產(chǎn)的連續(xù)性，把它分為三種生 產(chǎn)類型：大量生產(chǎn)、批生產(chǎn)和單件生 產(chǎn)。批生產(chǎn)的類型又分為：大批、中批和小批 3 生產(chǎn)。生產(chǎn)類型支配著裝配工作而各具特色 ，如組織形式、裝配方法、工藝裝配等 各方面各有不同 [3] 。 大批大量生產(chǎn)類型其裝配 工藝主要是采取完全互換法裝 配。而單件及小批量生 產(chǎn)類型其裝配工藝主要是 采取修配法及選配法裝配。 因此， 如果考慮采用自動(dòng)化裝配的方式， 大量大批生產(chǎn)應(yīng)采用剛性自動(dòng)化裝配。 對(duì)于單件及小批生產(chǎn)類型其裝配 工藝只能是選配法，所采 用的裝配方式為柔性自動(dòng) 化裝配方式。 如果對(duì)于單件小批生產(chǎn)中對(duì)那些只能 采用修配法的裝配一般實(shí)行人工裝配。 以上方案的選擇除技術(shù)原因外（如修 配法裝配很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但不等于絕對(duì) 不能實(shí)現(xiàn)，要以經(jīng)濟(jì)損失為代價(jià)）， 主要是從經(jīng)濟(jì)效益為原則考慮的。圖 1.2 表示 不同裝配方式下的產(chǎn)量和 裝配成本的關(guān)系曲線。由圖中 可見(jiàn)：當(dāng)生產(chǎn)批量不大時(shí)， 柔性自動(dòng)化裝配的單件成本低于 剛性自動(dòng)化裝配。但大批 量生產(chǎn)時(shí)，剛性自動(dòng)化裝 配單件成本最低。而人工裝配的單件 成本基本上不隨年產(chǎn)量的變化而變化 [4] 。 圖 1.2 產(chǎn)量與裝配成本的關(guān)系曲線 1.2.3 裝配自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的條件 裝配系統(tǒng)的裝配功能主要 包括零件的傳輸、抓取和裝配 。為了實(shí)現(xiàn)裝配的自動(dòng) 4 化，對(duì)零件、裝配工具和傳輸機(jī)構(gòu)等都要提 出相關(guān)的要求，使裝配工作得以順利進(jìn) 行。 （ 1）對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)工藝性的要求 采用自動(dòng)裝配時(shí)，對(duì)零部件的結(jié) 構(gòu)工藝性提出以下要求： 零件幾何形狀盡量規(guī)則，結(jié)構(gòu)要便于 自動(dòng)傳輸、自動(dòng)上料和定向識(shí)別。 零件結(jié)構(gòu)要便于夾持，其剛度要滿足夾持力 的要求，受力后的變形應(yīng)該在彈性 范圍內(nèi)，而且變形量 不應(yīng)給裝配帶來(lái)困難。 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮避免采用在自 動(dòng)上料時(shí)相互鑲嵌等不易順利分開(kāi)的結(jié) 構(gòu)。 設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮零件初始連接時(shí)易 于導(dǎo)入，如設(shè)計(jì)倒角，錐面等。 零部件間的定位銷，從易 于裝配考慮盡量采用錐銷 [5] 。 應(yīng)盡量采用便于裝配的聯(lián)接方式，而 且，盡可能的減少零件的數(shù)量。 零件的設(shè)計(jì)盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化和系列化， 這樣可以減少裝配工裝的種類。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量考慮統(tǒng)一的裝配方 向，減少翻轉(zhuǎn)裝配的次數(shù)。 （ 2）對(duì)裝配工具的要求 裝配工具是自動(dòng)裝配的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，裝配效率 的高低、質(zhì)量的好壞與裝配工具有 直接關(guān)系，所以，對(duì)裝配 工具提出以下要求： 根據(jù)總體布局、零件結(jié)構(gòu) 尺寸和幾何形狀及重量、經(jīng)濟(jì) 性等合理選擇機(jī)械手、 機(jī)器人還是其他結(jié)構(gòu)裝置 抓取或推進(jìn)零件裝配。 5 機(jī)械手或機(jī)器人的手腕夾爪的夾緊力 要與零件的允許變形量和零件表面的精 度的要求相匹配。應(yīng)盡量 避免抓取零件精加工表面， 如果無(wú)法避免時(shí)，不得損壞零 件表面精度，并且?jiàn)A爪要采取保護(hù)措施 [6] 。 在計(jì)算裝配工具對(duì)零件的 夾緊力時(shí)，應(yīng)考慮裝配力和零 件的重力，其裝配力與 零件的配合種類有直接關(guān)系。 機(jī)械手或機(jī)器人手腕 移動(dòng)時(shí)一定要平穩(wěn)， 注意慣性力， 接近裝配位置時(shí)要減速。 零件初始裝入時(shí)，裝配工具在裝配力 的作用下應(yīng)有一定的柔性，發(fā)生異常應(yīng)發(fā) 報(bào)警信號(hào)。 （ 3）對(duì)傳輸機(jī)構(gòu)和整體布局的要求 為滿足自動(dòng)裝配，對(duì)傳輸機(jī)構(gòu)和 整體布局提出以下要求： 設(shè)計(jì)傳輸機(jī)構(gòu)時(shí)要方 便零件的傳輸和定向。 零件傳輸?shù)窖b配位置時(shí)， 要有準(zhǔn)確的定位系統(tǒng)及安全保 護(hù)系統(tǒng)，不到位不能發(fā) 生裝配指令。 如果采用柔性自動(dòng)化裝配，應(yīng)考慮傳 輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的柔性，以適應(yīng)零件種類規(guī) 格的變換。 零件的傳輸和自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)，要盡量減少振動(dòng)和噪聲。 在考慮自動(dòng)化裝配線時(shí)， 應(yīng)該考慮裝配中的自動(dòng)檢測(cè) 、清理、不合格零件的自 動(dòng)識(shí)別和剔除、故障診斷和報(bào)警等 [7] 。 總體平面布置時(shí)充分利用現(xiàn)有面積、 計(jì)算好裝配的節(jié)拍和設(shè) 備及工位的數(shù)量。 6 對(duì)于單件小批生產(chǎn)的柔性 自動(dòng)化裝配的選配法，應(yīng)該做 好分組選配的裝配方式 的設(shè)計(jì)，分組選配即 是組內(nèi)的完全互換法 [1] 。 1.2.4 國(guó)外裝配自動(dòng)化發(fā)展概況 隨著國(guó)際關(guān)系多極化、消費(fèi)多樣化、經(jīng)濟(jì) 全球化和貿(mào)易的自由化，促使世界各 國(guó)更加重視制造業(yè)的社會(huì)地位和作用，重 新審視生產(chǎn)方式，對(duì)制造業(yè)的發(fā)展提出更 高的要求，加速了自動(dòng)化的進(jìn)程。 然而，由于加工技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于裝配技術(shù)， 目前大多數(shù)產(chǎn)品還都是傳統(tǒng)的手工 裝配，所以說(shuō)裝配工藝已成為現(xiàn)代生產(chǎn)的薄 弱環(huán)節(jié)，必須加大力度進(jìn)行裝配自動(dòng)化 技術(shù)的研究工作。 裝配自動(dòng)化比加工自動(dòng)化 實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度大，它是一項(xiàng)更 為復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，具 有很多特殊性。在某些裝配情況下，施力的 大小、推進(jìn)的速度、安裝的姿態(tài)等需要 感知、需要判斷、需要決策、需要經(jīng)驗(yàn)， 這一切屬于智能的要求，所以人工操作較 多。但是人工操作已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代制造技 術(shù)發(fā)展的要求，因?yàn)檫@ 樣難以保證產(chǎn)品 質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性 [8-10] 。 自動(dòng)化水平的高低，已成 為一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo) 志之一。一些發(fā)達(dá)國(guó)家 在自動(dòng)裝配技術(shù)和柔性裝 配技術(shù)的研究方面都取得了卓 越的成果，有的已經(jīng)成功的 在生產(chǎn)中得以運(yùn)用。如美 國(guó)的克羅斯公司除從事小型產(chǎn) 品、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及有關(guān)部件 的自動(dòng)裝配機(jī)的研制外， 還從事裝配機(jī)器人、集成裝配 系統(tǒng)、裝配單元等方面的研 究。該公司從 1986 年到 1990 年間開(kāi)發(fā)制造了 30 條左右自動(dòng)裝配機(jī)和生產(chǎn)裝配線。 另外，日本的小汽車柔性裝配線；瑞士成功研制的手表自動(dòng)裝配線；比利時(shí) New 7 Lachaussee 公司研制的具有模塊化工 作的雷管自動(dòng)裝配線；美國(guó)的 King Sburg 公司 研制的全自動(dòng)或半自動(dòng)裝配系統(tǒng)，可用于家 用冰箱壓縮機(jī)、汽車主動(dòng)轉(zhuǎn)向泵、汽車 自動(dòng)化變速器和減振器以及制動(dòng) 器等多種產(chǎn)品的裝配。美國(guó)政府 1980 年撥款由倫 敦 BRSL 公司用 8 年時(shí)間對(duì)柔性裝配系統(tǒng) （ FAS） 作了可行性研究， 研究出一種 FAS, 能對(duì)質(zhì)量小于 15 千克，體積小于 0.03 米 3 的電器、電子和機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行柔性裝配， 年產(chǎn)量可達(dá) 20~30 萬(wàn)套，更換產(chǎn)品的調(diào)整時(shí)間僅為 1~2 小時(shí) [11,12] 。 1.2.5 國(guó)內(nèi)裝配自動(dòng)化發(fā)展概況 我國(guó)在裝配自動(dòng)化技術(shù)的 研究方面還很少，這里面既有 觀念問(wèn)題，也有客觀需 求不夠迫切的問(wèn)題。但是 從現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)看 ，裝配自動(dòng)化技術(shù)研究的盡 快開(kāi)展是具有戰(zhàn)略意義的一項(xiàng)工作。 1.3 本文主要研究的內(nèi)容 本文內(nèi)容是有關(guān)自動(dòng)排釘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，重 點(diǎn)內(nèi)容是機(jī)構(gòu)的核心部件控制器—— 定向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。所要研 究的主要內(nèi)容包括： 1. 自動(dòng)供料及輸送的方案設(shè)計(jì)； 2. 給料傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 3. 定向控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； 4. 定向控制機(jī)構(gòu)的虛擬 裝配及有限元仿真； 5. 繪制二維工程圖。 8 2 自動(dòng)供料及輸送的方案設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械加工自動(dòng)化的三種形式 機(jī)械加工自動(dòng)化可分為半自動(dòng)、 全自動(dòng)及完全自動(dòng)化三種類型。 1. 半自動(dòng)化加工系指被加工零件的裝 夾及卸料憑靠人手進(jìn)行，僅僅加工過(guò)程是 自動(dòng)進(jìn)行的。 2. 全自動(dòng)化加工又稱為滑道式自動(dòng)化 加工或稱料倉(cāng)式自動(dòng)化加工，它僅利用人 手將被加工的零件裝入滑道或者是料 倉(cāng)，而零件的裝夾、加工、卸料全部都由 機(jī)器自動(dòng)完成。 3. 完全自動(dòng)化加工是指利用具有定向 能力的供料器、料斗等設(shè)備向滑道或者料 倉(cāng)供給被加工零件的自動(dòng)化加工，這 種機(jī)械允許一次向供料器和料斗投放較多 的零件 [1] 。 2.2 不宜采用自動(dòng)供料的情況 有下列情況時(shí)，不宜采用自動(dòng)供 料，應(yīng)該考慮采用半自動(dòng)化供料： 1．零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)偏低； 2．零件品種繁多； 3．不希望零件外表有毛疵、碰傷等缺陷； 4．切屑纏繞在工裝設(shè)備上面將導(dǎo)致故障時(shí)； 5．零件形狀復(fù)雜或者是不宜采 用簡(jiǎn)單的方法對(duì)零件定向時(shí)； 6．自動(dòng)機(jī)制造經(jīng)費(fèi)不足時(shí)； 7．在剛開(kāi)始搞自動(dòng)化工作而經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)。 2.3 幾種具有代表性的供料器 具有代表性的供料器是有 螺旋槽的圓盤式振動(dòng)供料器。此外，還有其他形式的 9 供料器，這些供料器對(duì)于 各種不同的零件通用性較差， 但是當(dāng)供料器的特性與零件 的特性相適應(yīng)時(shí)，可以高 效的完成定向及供料等工作。 振動(dòng)供料器對(duì)供應(yīng)的零件 損傷較輕，適用于多種零件， 堪稱為供料器中的第一 流設(shè)備，其缺點(diǎn)是有噪音（由零件碰撞引起 ），不過(guò)，其它一些供料器有的噪音和 它一樣大，有的甚至比它還要大。 通常的供料器可以分為振動(dòng)式、回轉(zhuǎn)式 、往復(fù)式、皮帶傳動(dòng)式、氣動(dòng)式、氣泡 式等 [2] 。 2.3.1 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（滾筒式）（ A） 圖 2.1 為回轉(zhuǎn)式料斗供料器，當(dāng)零件沒(méi)有完 全落入滑道時(shí)，料斗不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所 以，料斗應(yīng)作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，若將滑道做成雙導(dǎo) 軌時(shí)，可以對(duì)帶有凸緣的零件進(jìn)行定向 供料。這種供料器送料量比較大，但是料筒 與零件、零件與零件間的摩擦較大，因 而，零件表面的碰傷比較嚴(yán)重。 圖 2.1 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（A） [2] 10 2.3.2 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（滾筒式）（ B） 當(dāng)被提起的零件落到滑道上，零件滑 出的形態(tài)與滑道的形狀吻合時(shí)，零件就可 沿滑道送出，料斗可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是速度 不宜太高，否則離心力太大?；赖男?狀可以做成吊頭形、 鞍形、槽形等，如圖 2.2 所示。 圖 2.2 回轉(zhuǎn)式料斗供料器（B） [2] 2.3.3 提升式料斗供料器 提升式料斗是一個(gè)圓弧板 圍繞一點(diǎn)在料斗內(nèi)做上下往復(fù) 擺動(dòng)。根據(jù)圓弧板上的 軌道形式可以分為兩種：一可對(duì) 圓柱型的零件進(jìn)行定向送料 ；二則能對(duì)帶頭的零件 進(jìn)行定向送料（例如：木釘、螺釘、鉚 釘?shù)龋?。軌道的形狀?yīng)與工件的形狀相吻合。 與回轉(zhuǎn)式供料器相比， 這種供料器對(duì)零件的損傷較小， 但是損傷仍然是難免的。 有些零件的形狀使其不易落入滑 道，可以在滑道的入口處設(shè) 置一個(gè)小轉(zhuǎn)輪，使其轉(zhuǎn) 動(dòng)，將不合適的零件剔回料斗。 11 2.3.4 帶有固定導(dǎo)向刃的料斗式供料器 圖 2.3 為帶有固定導(dǎo)向刃的料斗，底盤是轉(zhuǎn) 動(dòng)的，由于底盤的回轉(zhuǎn)及固定導(dǎo)向 刃的作用，將零件逼靠外 圈，并送入導(dǎo)向滑道。 調(diào)節(jié)底盤的轉(zhuǎn)速，可以改 變供料器的供料速度。 2.4 自動(dòng)供料器選擇方案的確定 本課題所選擇的釘子本身 具有大端和小端， 釘子總長(zhǎng) 50mm， 大端直徑 D=7mm， 小端直徑 d=4mm，表面進(jìn)行了淬火處理。利用 這些特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)定向機(jī)構(gòu)；又釘 子本身是圓柱形，從而選擇出供料器。 圖 2.3 帶有固定導(dǎo)向刃的料斗式供料器 [2] 根據(jù)所選的釘子的特點(diǎn)，選圖 2.3 所示供料器模板， 對(duì)其作進(jìn)一步的改進(jìn)處理， 去除固定導(dǎo)向刃，轉(zhuǎn)動(dòng)的 底盤改裝設(shè)計(jì)成圓錐形，當(dāng) 它以一定速度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，工 件（鐵釘）自動(dòng)靠在料斗壁上，然后 被送入滑道，進(jìn)而輸送到下一個(gè)機(jī)構(gòu)。 12 3 給料傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 給料傳送機(jī)構(gòu)是把原料（鐵釘）輸送到定向 機(jī)構(gòu)以及把由定向機(jī)構(gòu)出來(lái)后整齊 排序的鐵釘輸出的機(jī)構(gòu)。因此，本節(jié) 主要是論述鐵釘如何實(shí)現(xiàn)傳送的問(wèn)題。 3.1 傳動(dòng)總論 3.1.1 傳動(dòng)裝置在機(jī)器中的應(yīng)用 機(jī)器一般都有傳動(dòng)裝置， 它是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳 給工作機(jī)的中間裝置， 它常起以下的作用： （ 1）減速 (或者增速 )。工作機(jī)速度往往和原動(dòng)機(jī)速度 不一致，用傳動(dòng)裝置可以 達(dá)到改變速度的目的。 （ 2）調(diào)速。許多工作機(jī)的轉(zhuǎn)速需要能根據(jù) 工作要求進(jìn)行調(diào)整，而依靠原動(dòng)機(jī)調(diào) 速往往不經(jīng)濟(jì)，甚至不可能，而用傳 動(dòng)裝置很容易達(dá)到調(diào)速的目的。 （ 3）改變運(yùn)動(dòng)形式。原動(dòng)機(jī)的輸出軸常用 等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工作機(jī)要求的運(yùn)動(dòng) 形式則是多種多樣的，如直線運(yùn)動(dòng)、 螺旋運(yùn)動(dòng)、間歇運(yùn)動(dòng)等，靠傳動(dòng)裝置可以 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的改變。 （ 4） 增大轉(zhuǎn)矩。 工作機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩往往是原動(dòng)機(jī)輸出 轉(zhuǎn)矩的幾倍甚至是幾十倍， 通過(guò)減速裝置可實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩的要求。 （ 5）動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配。一臺(tái)原動(dòng) 機(jī)常要帶動(dòng)若干個(gè)不同速度、不同負(fù) 載的工作機(jī)，這時(shí)傳動(dòng)裝置還起 到分配動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。 顯然，傳動(dòng)裝置是機(jī)器的重要組成部分， 機(jī)器質(zhì)量的好壞常與傳動(dòng)裝置的質(zhì)量 密切相關(guān)，機(jī)器的成本也常取決于傳動(dòng)裝置 的造價(jià)，因此，合理的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是 機(jī)械設(shè)計(jì)工作的重要組成部分。 13 3.1.2 傳動(dòng)裝置的分類 （ 1）傳動(dòng)裝置按工作原理分類如下： 機(jī)械傳動(dòng)，包括摩擦傳動(dòng)（如摩擦輪傳動(dòng)、 V 帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)）和嚙合傳動(dòng)（如 齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng) 、鏈傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)）。 流體傳動(dòng)，包括液力傳動(dòng)和氣力傳動(dòng)。 電力傳動(dòng)，包括交流電力 傳動(dòng)和直流電力傳動(dòng)。 （ 2）機(jī)械傳動(dòng)按改變傳 動(dòng)比可能性分類如下： 定傳動(dòng)比傳動(dòng)，如帶、鍵 、摩擦輪、齒輪、蝸桿傳動(dòng)。 變傳動(dòng)比傳動(dòng)，包括有級(jí)變速傳動(dòng)（如齒 輪變速箱、塔輪傳動(dòng)）、無(wú)級(jí)變速傳 動(dòng)（如各種機(jī)械無(wú)級(jí)變速器）、按周期性規(guī) 律變化傳動(dòng)（如非圓齒輪、凸輪、連桿 機(jī)構(gòu)）。 3.1.3 傳動(dòng)方案確定 如前所述，機(jī)器的工作性能很大程度取決于 傳動(dòng)裝置的性能、質(zhì)量及設(shè)計(jì)布局 的合理性，因此，合理擬定傳動(dòng)方案具有重 要的意義。對(duì)傳動(dòng)方案的要求最主要是 能實(shí)現(xiàn)工作部分的工作要 求，另外還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、尺寸緊湊、工作可靠、 成本低、使用維護(hù)方便等，應(yīng)針對(duì)各 種可能的方案結(jié)合各種 傳動(dòng)形式的主要特點(diǎn)和 性能，分析比較，合理選擇。 傳動(dòng)方案選擇時(shí)?？紤]以下情況： （ 1）大功率、高速度、長(zhǎng)期工 作的工況，宜用齒輪傳動(dòng)。 （ 2）低速、大傳動(dòng)比，可用單級(jí)蝸桿傳動(dòng) 和多級(jí)齒輪傳動(dòng)，也可采用帶—齒輪 14 傳動(dòng)；帶—齒輪—鏈傳動(dòng)；但是 帶宜放在高速級(jí)，鏈放在低速級(jí)。 （ 3）帶傳動(dòng)多用于平行軸傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)只 能用于平行軸傳動(dòng)，齒輪可用于各向 軸線傳動(dòng)，蝸桿常用于空 間垂直交錯(cuò)軸傳動(dòng)。 （ 4）帶傳動(dòng)可以緩沖吸振，同時(shí)還有過(guò)載 保護(hù)作用，但是因摩擦生電，不宜用 于易燃、易爆的場(chǎng)合。 （ 5）鏈傳動(dòng)、閉式齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)，可用于高溫、潮濕、粉塵、易燃、易 爆的場(chǎng)合。 （ 6）有自鎖要求的時(shí)候宜用螺 旋傳動(dòng)或者是蝸桿傳動(dòng)。 （ 7）改變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)（連桿、凸輪等） 應(yīng)布置在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的末端或者是低 速級(jí)。 （ 8） 一般外廓尺寸較大的傳動(dòng) （如帶傳動(dòng)） 和傳動(dòng)能力較低的傳動(dòng) （如錐齒輪） ， 分配給較小的傳動(dòng)比。 （ 9）小功率的機(jī)械宜用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、標(biāo) 準(zhǔn)化高的傳動(dòng)，如減速器、液壓缸、帶 傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等。 由上面可以知道，在本次設(shè)計(jì)中，采 用的傳動(dòng)類型是皮帶傳 動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的混 合型。 3.2 V 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的要求是釘子輸出量 ≥ 3枚／秒，由于設(shè)計(jì)時(shí)分料輪采用了 12 等分 圓周的設(shè)計(jì)，所以，釘子每分鐘輸出 180 枚，亦即軸的轉(zhuǎn)速 n = 180/12 = 15 r/min。 假設(shè)轉(zhuǎn)速可提高十倍，即最大轉(zhuǎn)速為 n = 150 r/min [10] 。 3.2.1 V 帶輪的設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)需要降速， 而且降速比也不大， 從而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及指導(dǎo)老師的推薦， 初步設(shè)計(jì)大、小帶輪的直徑尺寸如下： 15 大帶輪直徑： 2 d d =160mm，為孔板輪； 小帶輪直徑： 1 d d =75mm，為實(shí)心輪。 3.2.2 確定 V 帶的型號(hào) 在本設(shè)計(jì)中選用 A 型 V 帶，因?yàn)?A、 B 型為傳動(dòng)時(shí)最常用的 V 帶，此處又沒(méi) 有特殊要求，所以選用 A 型 V 帶。 3.2.3 驗(yàn)算帶的速度 由 P=Fv／ 1000 可知，傳遞一定功率時(shí)，帶速愈 高，圓周力越小，所需帶的根 數(shù)就愈少，但是帶速過(guò)大，帶在單位時(shí)間繞 過(guò)帶輪的次數(shù)就增加，使疲勞壽命降低。 同時(shí)，增加帶速會(huì)顯著地增大帶的離心力 ，減少帶與帶輪之間的接觸壓力。當(dāng)帶速 達(dá)到某一數(shù)值后，不利因素將大 于有利因素，致使設(shè)計(jì)功率 Pd 降低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使 v≤v max ，一般在 v = 5～ 25m/s 之間選擇，以 v＝ 20～ 25 最有利 [3] 。 驗(yàn)算公式為 v = 100060 1 1 × nd d π (3.1) 式中 1 d d —小帶輪直徑（ mm） ; 1 n —小帶輪轉(zhuǎn)速（ r/min）。 因?yàn)?1 d d ＝ 75mm， 1 n ＝ 150 × （ 160／ 75）＝ 320r/mim，所以，由式（ 3.1）有 V 帶的速度為 v = 100060 32075 × ××π ＝ 1.256≤25m/s 16 故 V 帶符合要求。 3.2.4 確定中心距 a 和 V 帶的長(zhǎng)度 Ld 中心距小，可以使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，但 是也會(huì)因帶的長(zhǎng)度小，使得帶在單位時(shí)間 內(nèi)繞過(guò)帶輪的次數(shù)增多，降 低帶的壽命。同時(shí)，在傳動(dòng)比 i 和小帶輪直徑 1 d d 一定的 情況下，小帶輪包角 1 α 減小，傳動(dòng)能力降低。中心距大則反之。其次，中心距過(guò)大， 當(dāng)帶速高時(shí)，易引起帶在工作時(shí)抖動(dòng)。 在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到各種情 況，可在下列范圍內(nèi)選取 0 a 0.7（ 1 d d ＋ 2 d d ） ≤ 0 a ≤2( 1 d d ＋ 2 d d ) (3.2) 初選 0 a 后，可按下面第一式計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 d L ，根據(jù)初算的 0 d L 再選取接近 的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度 d L ，然后按下面第二式 近似的計(jì)算中心距。 0 d L =2 0 a + π （ 1 d d ＋ 2 d d ） /2+（ 1 d d － 2 d d ） 2 /（ 4 0 a ） (3.3) a = 0 a +（ 1 d d － 2 d d ） /2 (3.4) 式中 0 d L —帶的初算基準(zhǔn)長(zhǎng)度（ mm）； 0 a —初選的中心距（ mm）； d L —標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度（ mm）； 從而，在 1 d d =75mm， 2 d d =160mm 的情況下，由式（ 3.2）算得： 164.5≤ 0 a ≤470 因?yàn)橐蠼Y(jié)構(gòu)緊湊，故取偏低值 0 a =200mm； 17 再根據(jù)式（ 3.3）計(jì)算 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 0 d L 0 d L =2 × 200+ π （ 160+75） +（ 160－ 75） 2 /（ 4 × 200） =723mm； 從而，查得標(biāo)準(zhǔn) V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 d L =800mm； 于是，再由式（ 3.4）算得實(shí)際中心距 a a =200+（ 160－ 75） /2=242.5mm； 3.2.5 確定 V 帶的根數(shù) z 在轉(zhuǎn)距一定的條件下，速度越高，功率越大 ，如果想輸送更多的工件，可提高 輸出帶的速度，加大功率，就可以輸出較多 的工件，而轉(zhuǎn)矩不變，由此可以根據(jù)具 體的需要增加 V 帶的根數(shù)，此處在保持一定的輸送條 件下，又不需要更高的轉(zhuǎn)速， 取 V 帶 1～ 2 根。此處 V 帶輪設(shè)計(jì)為兩根槽，既能保證傳動(dòng)，又可以在比較廣闊的 范圍內(nèi)變速，以致通過(guò)實(shí) 驗(yàn)取得最佳進(jìn)給速度，此處 V 帶根數(shù) z＝ 2。 3.3 主要傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3.3.1 計(jì)算軸所受的初拉力 0 F 0 F =500 d p （ 2.5 － a k ） /（ v z a k ）＋ m 2 v (3.5) 式中 m—普通 V 帶每米長(zhǎng)度的質(zhì)量；這里 m＝ 0.1kg/m; z — V 帶根數(shù)；這里 z＝ 2； a k —包角修正系數(shù)；這里 a k ＝ 0.9； v— V 帶的速度；這里 v＝ 1.256m/s； 18 d p —設(shè)計(jì)功率； d p ＝ nT/9550＝ 15 × 2/9550＝ 0.00314kw 從而，初拉力 0 F ： 0 F ＝ 500 × 0.00314 × （ 2.5－ 0.9） /(1.256 × 2 × 0.9)+0.1 × 1.2562 2 =1.269N 由于最大轉(zhuǎn)速 n＝ 150r/min，故而當(dāng)此轉(zhuǎn)速達(dá)到時(shí)， v ’＝ 10v＝ 12.56m/s, d p ’ ＝ 10 d p ＝ 0.0314kw。從而，此時(shí)的初拉力 0 F ’ 0 F ’＝ 500 × 0.0314 × （ 2.5－ 0.9） /(12.56 × 2 × 0.9)+0.1 × 12.562 2 ＝ 16.9N 由于考慮安全，取值 可以稍微大一些，即 0 F ’＝ 20N。 3.3.2 初算軸徑 由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩作用 的時(shí)候，其強(qiáng)度條件為： d ≥ [ ] 33 6 /)2.0/(1055.9 npCnp =× τ mm (3.6) 式中 p —軸傳遞的功率， kw；這里 p ＝ 0.0314kw； n—軸的轉(zhuǎn)速， r/min；這里 n＝ 150r/min； []τ —許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， MPa； C—有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力確定的系數(shù)；這里 C＝ 106； 從而，由式（ 3.6）有： d ≥ 106 3 150/0314.0 ＝ 6.294mm 19 按扭矩初算的直徑太細(xì)， 考慮剛度問(wèn)題， 也為了避免再次按剛度校核軸的直徑， 此處確定軸的最細(xì)端為 d min ＝ 10mm。 3.4 齒輪的設(shè)計(jì) 3.4.1 系統(tǒng)傳動(dòng)圖 本課題無(wú)需精密的傳動(dòng)比，只要料斗 的轉(zhuǎn)速大于傳送帶的速度，使得給料機(jī)構(gòu) 能供應(yīng)充足的工件，以免在傳送帶上 出現(xiàn)空位即可。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)分料輪的線速 度與傳送帶的線速度完全一致， 二者之間需要精確的傳動(dòng)關(guān) 系，因此需要求傳送帶 必須是類似同步帶式樣的傳送。而在 去料斗的傳送線上應(yīng)該設(shè)計(jì)升速傳動(dòng)。 具體的傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖 3.1 所示： 圖 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 20 3.4.2 齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 一般同一變速組中的齒輪取同一 個(gè)模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接 觸疲勞強(qiáng)度公式（ 3.7）進(jìn)行計(jì)算： j m =16338 [ ] 3 2 1 )/()1( jjmd nuZNu σ?± （ mm） （ 3.7） 式中 j m —按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（ mm）； d N —驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（ kw）； j n —計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min）； u —大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比 u ≥1，外嚙合取“＋”號(hào)，內(nèi)嚙合取 “－”號(hào)； Z 1 —小齒輪齒數(shù)； m ? —齒寬系數(shù)， m ? ＝ B /m （ B 為齒寬， m 為模數(shù)）； ][ j σ —許用接觸應(yīng)力（ MPa）。 （ 1）計(jì)算通往料斗傳送線上的齒輪的模數(shù) 由于 u ＝ 3， d N ＝ 0.56， m ? ＝ 10， Z 1 ＝ 30， j n ＝ 45， ][ j σ ＝ 630，且齒輪是外嚙 合的，則由式（ 3.7）有 j m j m ＝ 16338 3 22 )3456303010/(56.0)13( ×××××+ ＝ 2.726 所以，取 j m ＝ 3 21 （ 2）計(jì)算通往分料輪和傳送帶 傳送線上的齒輪模數(shù) 由于 u ＝ 1， d N ＝ 0.0613， m ? ＝ 10， Z 1 ＝ 44， j n ＝ 15， ][ j σ ＝ 630，且齒輪是外 嚙合的，則由式（ 3.7）有 ' j m ' j m ＝ 16338 3 22 )1156304410/(0613.0)11( ×××××+ ＝ 1.668 所以，取 ' j m ＝ 2 3.4.3 計(jì)算齒輪的具體結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1）齒頂高 1a h ＝ * a h ' j m ＝ 1 × 2＝ 2mm 2a h ＝ * a h j m ＝ 1 × 3＝ 3mm （ 2）齒根高 1f h ＝（ * a h ＋ * c ） ' j m ＝（ 1＋ 0.25） × 2＝ 2.5mm 2f h ＝（ * a h ＋ * c ） j m ＝（ 1＋ 0.25） × 3＝ 3.75mm （ 3）計(jì)算各個(gè)齒輪的具體尺寸如下： 1 d ＝ j m Z 1 ＝ 3 × 80＝ 240mm； 1a d ＝ 1 d ＋ 2 2a h ＝ 240＋ 2 × 3＝ 246mm； 1f d ＝ 1 d － 2 2f h ＝ 240－ 2 × 3.75＝ 232.5mm； 2 d ＝ j m Z 2 ＝ 3 ×