毕业设计（论文）-F钉自动排钉机的设计（全套图纸三维）.doc

毕业设计(论文) F钉自动排钉机的设计学 号：姓 名：专 业：机械设计制造及其自动化系 别： 机械工程系指导教师：XXX讲师XXX副教授二一五年三月摘 要本课题来源于当今社会机械工业加工设备的改良和更新换代基础之上，通过设计出F钉自动排钉机，从而来满足当今社会排钉设备不足的缺陷。 国内F钉自动排钉机的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。近期对机械行业中排钉设备的使用情况进行了调查，发现在机械行业中，钉是起到连接两个零件的关键零配件。自然而然在装配中它们的安装也非常平凡。在排钉时如果使用临时设备加工，不但劳动强度太大而且相互尺寸不易保证，所以设计一个专用的F钉自动排钉机势在必行。本文运用大学所学的知识，提出了F钉自动排钉机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了F钉自动排钉机总的指导思想，从而得出了该F钉自动排钉机的优点是高效，经济，并且安全系数高，运行平稳的结论。关键词：自动排钉机；关键零配件；设备；高效全套图纸，加153893706iABSTRACTWith development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt F hthdirec tionpro cedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Fthesimulationofthesystemismadeby.KEYWORDS：pneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Fout degrees of freedomiv目 录摘 要iABSTRACTii目 录iii1绪论1 1.1课题的来源与研究的目的和意义21.2本课题研究的内容3 1.3 Solidworks设计基础6 1.3.1 草图绘制7 1.3.2 基准特征，参考几何体的创建10 1.3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建12 1.3.4 工程图的设计12 1.3.5 装配设计12 2 F钉排钉机总体结构的设计12 2.1 F钉排钉机的总体方案图12 2.2 F钉排钉机的工作原理13 2.3 机械传动部分的设计计算14 2.3.1出料输送线电机的选型计算15 2.3.2直线导轨的设计计算17 2.3.3 V带传动的设计计算173各主要零部件强度的校核18 3.1传动轴的校核与计算19 3.2轴承强度的校核计算204 F钉自动排钉机中主要零件的三维建模21 4.1电机的三维建模22 4.2主动滚筒的三维建模23 4.3移动板的三维建模24 4.4F钉自动排钉机的三维建模255三维软件设计总结25结论26致 谢26参考文献27附录 一38附录 二451 绪论 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。1.1课题的来源与研究的目的和意义机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对F钉自动排钉机进行改良和优化是当务之急。有大型排钉设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内F钉自动排钉机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。F钉自动排钉机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 近期对机械行业中F钉的使用情况进行了调查，发现在机械行业中F钉是用得非常多的物件。自然而然在装配中它们的安装也非常平凡。所以设计一个专用的F钉自动排钉机势在必行。本次的毕业设计课题的是F钉自动排钉机的设计。本文介绍了F钉自动排钉机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，该F钉自动排钉机的优点是高效，经济，并且安全系数高，运行平稳。本次F钉自动排钉机的设计，大大地提高了对F钉进行排钉的工作效率和质量，并且对后续的F钉自动排钉机的开发和研制都有着一定的影响，在某种程度上大大提升了该设备在国内外的竞争力，体现了机械工业重要性这一核心价值。1.2本课题研究的内容 本论文主要研究运用SolidWorks对F钉自动排钉机进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。1.3 Solidworks设计基础 熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。1.3.1草图绘制掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。1.3.2 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。1.3.4工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。1.3.5装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。2 F钉排钉机总体结构的设计2.1 F钉排钉机的总体方案图本次设计的F钉自动排钉机采取的方案是：该设备具有自动送料，定长进料，压紧剪切，墩粗打帽，机构退回及自动出料等功能。由送料卷筒对该机进行自动送料，然后通过定长送料气缸对卷筒装的钉带进行拉料，并且每次所拉的距离是一样的，然后当传感器感应到了钉带的到来后，墩粗大帽装置开始动动作，使F钉自动成型，接着压紧剪切装置就开始动作，气缸驱动切断刀下移并起到切断钉带的作用，最后切断的F钉排被安装在与出料槽同轴的气嘴吹出到外面的出料输送线上面，如此循环。具体方案布局图如下：2.2 F钉排钉机的工作原理当送料卷筒对该机进行自动送料，然后通过定长送料气缸对卷筒装的钉带进行拉料，并且每次所拉的距离是一样的，然后当传感器感应到了钉带的到来后，墩粗大帽装置开始动动作，使F钉自动成型，接着压紧剪切装置就开始动作，气缸驱动切断刀下移并起到切断钉带的作用，最后切断的F钉排被安装在与出料槽同轴的气嘴吹出到外面的出料输送线上面，这样就实现设备的自动上料，压紧剪切，墩粗，打帽和自动出料等功能了。2.3 机械传动部分的设计计算2.3.1出料输送线电机的选型计算 已知整个出料输送线的总重量150KG,其他重量50KG，我们取总重量为200Kg，钉排移动速度为12r/min。即：具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载转矩式中：4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为160BL-A，此无电机厂家为机电产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.37KW，额定转矩为7.62N.m，最大转矩为9N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸292x232，电机输出轴径为24mm。2.3.2直线导轨的设计计算1直线轴承的选择 用于测试的POM工程塑料支架；钢架适用于工作温度；不锈钢轴承适用于水，蒸汽，硝酸等腐蚀性介质和真空的工作场所，按下列公式确定型轴承的计算。硬度：硬度系数FH HRC58的硬度，hrc52-58，FH = 0.6-1.0 FH = 1。FT的温度系数：工作温度小于100C，FT = 1，温度100oc-125oc，FT = 1.0-0.95。接触系数FC：每根导轨装一套轴承，FC=1.0每根导轨装二套轴承，FC=0.81每根导轨轴装三套轴承，FC=0.72每根导轨装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW：小于15米/分钟的速度，无冲击，无振动，FW = 1.0-1.5；小于60米/分钟的速度，超调量小或振荡，FW = 1.52.0；运行速度大于60米/分钟，或有更大的冲击，振动，FW = 2.05.0。时间是生命的LH =（100001）/ 2 * L（S * N1 * 60）（单位：小时小时）L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数 已知行程L=0.2米，工作温度60oC，每分钟往复次数n1=20，微小冲击，轴承工作载荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望寿命Lh=5000小时，试选择轴承型号。按以上工作条件：根据本次载荷重量为2000N，我们选用两个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为166N。本次设计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。根据每个滑动轴承的负载承受166N，我们选用滑动轴承为LMF20，轴承中间孔径为20mm，这样导向光杆的直径也为20mm。2）直线轴承安装：轴承座孔推荐H7，J7系列，线性轴公差推荐G6，H6级，轴承的安装必须使用步芯棒压痕；线性轴必须对齐到轴承孔，轻轻地斜插进入行动，将导致保持架和滚动轴承脱变，安装方向应在表1所示，可以提高承载能力，延长寿命。轴承座孔可能会导致承压，间隙变小，用手转动轴，若轴可以接触球，可以轻松地转动，以0 0.01mm的间隙；如果一点力旋转，随着-0.01 0mm间隙（干扰）；如果力不能旋转，配合间隙已超过0.01mm，也可以让球滚动滑动，将减少轴承与轴的使用寿命，只能应用于低速、轻负荷，在高要求的情况下定心。3直线轴承润滑和灰尘：轴承厂是涂上防锈油，使用时需要添加润滑油。低噪音润滑脂，常用的有2锂基润滑脂和低噪音轴承润滑脂填脂量为边间隙1 / 3，在轴承使轴的摩擦，造成非预期的轴承损坏。铁将大大降低轴承的使用寿命，灰尘和污物阻塞球体保持航道，不能转动，造成损坏，橡胶球架。密封轴承可用于一般的无尘车间，如木工机械，在尘土中铸造机械等许多场合，在两端的轴承和密封，以防止灰尘和降低油品损耗。4轴承载荷和冲击载荷下的生活：运动和变化，或当轴承是固定的，本机和其他因素的振动会使与形成凹坑接触。外部硬盘进入轴承，而且在表面压痕的形成，超过一定限度，直线的永久变形，这将阻碍运动平稳，振动和噪声引起的振动，将进一步削弱周围的物质，造成恶性循环，凹面积扩大，基本额定静载荷由永久变形有限公司。静态负荷容量等于钢球直径的1 / 10000球环的两个时间之间的接触点的永久变形，称为基本额定静载荷C0。轴承的使用，影响是难以衡量的，常用的静态负荷选择适当的安全系统，保证轴承静负荷不超过额定静负荷。静载荷P0 C0 / FS选择轴承，振动和冲击。FS 1 FS 2 7 1.5，由振动和冲击的场所。 由于重复荷载作用下轴承工作在地表以下一定深度，对裂纹形成的较弱的部分，然后用金属片状剥离表面的接触，这被称为疲劳剥落。在安装过程中，润滑，密封在正常情况下，轴承失效是绝大多数人的疲劳失效，寿命一般在轴承，是指轴承疲劳寿命。额定寿命直线轴承是50000米，通过定义基本额定动载荷确保。由于轴承的寿命是分散的，使用同样的材料，同样的过程，使用相同的轴承寿命的条件是不一样的，所以轴承基本额定动载荷C被定义为一组相同的轴承在相同的条件下运行50000米，没有任何疲劳剥落现象的动态承载能熊。2.3.3 V带传动的设计计算1）设计功率 工况系数，查B1表8122 ，取1.2 P传递的功率2）选定带型根据和查B1图812选取普通V带A型，小带轮转速，为1440r/min2.2.3 传动比 1.76 3）小带轮基准直径（mm） 由B1表8112和表8114选定 100mm75r/min 4）大带轮基准直径（mm） 由B3表87得=180mm5）带速验算 6）初定轴间距（mm） 7）所需带的基准长度（mm） 886mm 依B1表818取900mm，即带型为A9008）实际轴间距 9）小带轮包角 = = 10)单根V带的基本额定功率 根据带型号、和普通V带查B1表8127（c） 取1.32kw11) 时单根V带型额定功率增量根据带型号、和查B1表8127（c） 取0.15kw12)V带的根数ZZ =小带轮包角修正系数查B1表8123,取0.96带长修正系数查B1表818，取0.8713)单根V带的预紧力 = =134（N） mV带每米长的质量（kg/m）查B1表8124，取0.1k/gm14)作用在轴上的力 考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍15)带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。 轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度）以减轻带的磨损。 带轮的材料为HT150。查B1表8110得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查B1表8116确定轮辐3各主要零部件强度的校核3.1传动轴的校核与计算1、轴的特点:轴是组成机械的主要零件之二。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上刁能进行运动及.力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成个以轴为基准的组合体一轴系部件。2、轴的种类1、根据承受载荷的不同分为: 1)转轴:定义既能承受弯矩又承受扭矩的轴2)心轴:定义:只承受弯矩而不承受扭矩的轴3)传送轴:定义:只承受扭矩而不承受弯矩的轴z、根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴 3、根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。 4、轴的设计重点1、轴的设计W轴的工作能力设计。主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。一般的设计步骤为: 选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。2、轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括:碳素钢:该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料常用牌号有:30、35、40、45、50。采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。.力较小或不重要的轴，也可以选用X235,Q255等普通碳钢。合金钢:对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲合金钢具有史好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要汁意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。铸铁:对于形状比较复杂的轴，可以选用球铸铁和高强度。铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且.力集中不敏感，但铸造质量不易保证。3.轴的结构工艺性(1)从装配来考虑:应合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装过程中尽量减少不必要的配合;为了装配方便，轴端应设计45。的倒角;在装键的轴段，应使键槽靠近轴与轮毅先接触的直径变化处，便于在安装时零件上的键槽与轴上的键容易对准采用过盈配合时，为了便于装配，直径变化可用锥面过渡等。(2)从加工来考虑:当轴的某段须磨削加工或有螺纹时，须设计砂轮越程槽或退刀槽根据表面安装零件的配合需要，合理确定表面粗糙度和加工方法为改善轴的抗疲劳强度，减小轴径变化处的应力集中，应适当增大其过渡圆角径，但同时要保证零件的可靠定位，过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径或倒角尺寸。 轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。由此看来合理的进行轴的强度校核成为轴设计的主要内容，同时也是评定轴的设计成败得先决条件。校核结果如不满足承载要求时，强度校核是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为一前提。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于传动轴应按扭转强度条件计算。3.2轴承强度的校核计算根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；(1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6204型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N；深沟球轴承 =3；4 F钉自动排钉机中主要零件的三维建模4.1电机的三维建模4.2主动滚筒的三维建模4.3移动板的三维建模4.4F钉自动排钉机的三维建模5三维软件设计总结 通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。 学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能