钢排钉自动成排定向装置的设计 毕业设计论文.doc

新乡广播电视大学机械设计制造及其自动化专业（本）毕业论文钢排钉自动成排定向装置的设计学 号： 姓 名： 指导教师： 所在单位：新乡广播电视大学答辩日期： 2012 年 12 月钢排钉自动成排定向装置的设计【摘要】：随着国内外市场对钢排钉需求量的增加，要求研制出一种提高钢排钉生产效率、符合市场需求的钢排钉自动成排设备的呼声越来越高。在此基础上，本设计主要针对钢排钉自动成排定向装置进行了研究和设计，结合钢钉本身的特点，提出了利用钢排钉在条形磁钢的磁场中改变方向的原理，通过对钢排钉自动成排定向装置的各个功能进行分析与计算，完成了总装图、部装图，设计了钢排钉自动成排定向装置，有效地解决了钢排钉生产过程中的定向问题，达到了提高生产效率，节约成本的目的，取得了良好的生产、经济效益。【关键词】：钢排钉 定向装置 条形磁钢 输送机构 目录绪论31.1.钢排钉的应用及特点31.2研究的背景41.3研究的意义51.4研究内容5设计内容621总体方案的设计62.2定向装置的设计72.2.1 条形磁钢的安装72.2.2.输送机构的设计82.2.3收集斗的设计15结论16致 谢17参考文献18绪论1.1.钢排钉的应用及特点排钉，是把规则排列的单个钉子用粘结剂或其它方式粘接起来的一种新型木工用钉。排钉被放入特制的射钉枪中，以电或压缩空气为动力，通过冲击作用射入木板、塑料或其它复合材料中。目前，市场上排钉的类型主要有：纸排钉、塑排钉、钢排钉等。它在建筑、装修、家具、包装、装潢、沙发、皮鞋、皮具等行业得到越来越广泛的应用，排钉的使用将逐步取代用榔头打进钉子的陈旧紧固方式。钢排钉是众多排钉系列中的一种，因其强度高、硬度大，能够钉入到混凝土等比较坚硬的材料中，故称其为钢排钉，如图1-1所示图1-1钢排钉因为钢排钉具有其它排钉所不具有的特性强度高，硬度大，可打入较硬材料中，所以钢排钉具有其它排钉不能替代的作用。1.2研究的背景钢排钉具有其它排钉所不具有的特性，因此钢排钉不能被替代。随着房地产、装饰行业的飞速发展，在市场对钢排钉的需求逐年增加的情况下，现有钢排钉的生产方式不能很好的满足需求。钢排钉的自动成排仍是提高供应量的一个瓶颈，人工排钉，不但效率低，而且胶水释放的有毒气体影响工人的身体健康，并且在冬季胶水还要有一定的温度，更增加了毒气的挥发。这显然大大地影响了钢排钉的规模化生产。目前，在钢排钉自动化生产研究领域内，钢排钉的生产工艺过程逐步达成了共识，那就是该工艺过程包括以下几部分：分离、定向、排列、涂胶、烘干、切断等。其生产流程如图1-2所示。图1-2 钢排钉生产流程图由钢排钉的生产工艺可知，钢排钉不能用纸、塑、直等排钉的生产工艺进行自动化生产。如果采用普通排钉的生产工艺的话，就必须先对原材料（钢丝）进行热处理（淬火）及镀锌，然后把这些钢丝做成线带。但是热处理后钢丝的强度、硬度大幅度提高，势必造成制钉的困难，且对模具的硬度要求很高，同时先前镀上的锌也会在剧烈振动中脱落。在钢排钉的生产过程中，分离、涂胶、烘干、切断在工程中较容易实现。比如分离工序就可以采用较常用的电磁振动器完成，这种技术已经非常成熟，市场上销售此种类的设备也较多。难以实现的就是自动定向、排列，因为钢排钉所用的钢钉是t字形而非常见的圆形，比较特殊，常规方法不易实现。在这种情况下，高效的自动排钉装置不仅提高生产效率还能降低对工人的危害。随着国内外对钢排钉的需求越来越多，要求研制出一种提高钢排钉生产效率、符合市场需求的钢排钉自动成排设备的呼声越来越高。1.3研究的意义随着国内经济的迅速发展，建筑业也得到了大规模发展，房子装修中必不可少的钢排钉的需求量也逐年增加。同时随着经济全球化的快速发展，世界产业格局的重新调整，中国逐渐成为世界的加工厂。国外的劳动密集型企业不断把工厂搬到了中国，现在呈现出这样的现象：国外的企业在中国进行生产，然后把产品重新销售到本国，属于劳动密集型的钢排钉行业也不例外。目前，很多钢排钉生产企业都有对外出口的业务，且销量越来越大。面对市场对钢排钉需求量的不断增加，而钢排钉的产量却提高不大（因为手工作业生产效率毕竟比较低），现在设计出一种钢排钉自动成排设备非常适合市场的需求。高效的自动排钉装置不仅能大大提高企业的生产效率还能改善工人的工作环境，降低对工人的危害。同时还能充分利用现有的钢钉生产设备，大大降低生产成本。鉴于以上原因，本文主要针对钢排钉自动化生产过程中的重要环节钢排钉自动成排定向装置进行了研究设计。如果此装置能够研制成功，那么整套钢排钉自动生产设备的关键技术也就解决了。1.4研究内容为适应钢排钉的自动化生产，现对一种钢排钉自动成排装置进行设计与研究。其以钢排钉在条形磁钢的磁场中改变方向的原理以及钢钉本身的特点为基础，采用plc对气动及电气进行自动控制，以实现钢排钉的自动成排。研究的主要内容有：1）收集资料，对钢排钉自动成排装置的相关资料进行研究。2）对钢排钉自动成排装置的总体进行研究分析重点是自动成排定向装置的研究与分析，完成总装图、部装图。3）对自动成排定向装置的各个功能进行分析与计算，并绘制出零件图。4）根据对定向装置各个功能的分析完成对定向装置的设计。 设计内容21总体方案的设计钢排钉定向装置是钢排钉自动化生产设备中的重要环节，其主要作用是把方向混乱的钢钉调整方向，为钢排钉的排列做好准备，整体结构如图2-1所示。1.排列装置 2.定向装置 3.机架 4.电气控制板图2-1 总体结构图该机工作流程为：由电磁振动器等装置分离出的钢钉逐个落到定向装置的输送带上，并在输送带的带动下一起向前运动。当运动到条形磁钢正上方时，钢钉在磁钢磁场的作用下由不规则的方向转变为钉尖朝前或朝后。输送带为平带，其动力由电动机通过链传动提供。输送带的速度可由变速器调节，使其满足生产者的需要。定向后的钢钉通过位于输送带末端的收集斗滑落到排列装置的滑板上，当滑到推钉接近开关检测范围内时，钢钉使接近开关产生感应电压，可编程控制器检测到此信号后使在活塞杆顶端固定有推板的推钉气缸动作。钢钉被垂直推入到特制的滑道中，先前进入的钢钉在后进入钢钉的相互挤压下紧密排列。由于此时钢钉会出现钉头钉尖不一致的情况，所以当钉头检测接近开关（检测钉头）检测到与要求不一致的时候，产生电压信号，plc检测到此信号后使在活塞杆顶端固定有电磁铁的吸钉汽缸动作，进而吸出不一致的钢钉。方向一致的钢钉在滑道中不断地排列整齐，最后达到要求。2.2定向装置的设计 该部分主要包括条形磁钢、输送机构和收集斗。其结构如图2-1中2所示。工作原理：经电磁振动器等装置分离后的钢钉落到输送带上并在其带动下一起向前运动，当运动到条形磁钢正上方时，钢钉在条形磁钢磁场的作用下被磁化（使原来没有磁性的物体具有磁性的过程，叫做磁化）。钢钉是细长型的，根据磁化原理，磁化后的钢钉，一端为s极，另一端为n极。此时条形磁钢的n极就会吸引钢钉的s极，磁钢的s极吸引钢钉的n极。这样钢钉就会在输送带上发生旋转，直到与条形磁钢方向即磁力线方向一致。定向原理如图2-2所示。 1.钢钉 2.输送带 3.条形磁钢图2-2 定向原理2.2.1 条形磁钢的安装条形磁钢也是定向装置最重要的一部分，下面简单介绍一下磁钢的定位方法，其安装效果如图2-3所示，若钢钉离磁钢越近，所受的吸引力就越大。为了使改变方向后的钢钉在输送带上顺利通过，必须逐渐减小钢钉受到的吸引力，因此把条形磁钢安装成前低后高。通过试验，条形磁钢与输送带的夹角为15度时效果最好，另外磁钢不能碰着输送带，其高度可以调整。 1.胶质帆布带 2.条形磁钢图2-3 条形磁钢安装示意图2.2.2输送机构的设计输送机构由电动机、减速器、链传动和带传动四个部分组成。电动机为动力源，提供总动力；减速器实现减速功能；链传动为钢钉的输送传递动力；带传动的作用为输送钢钉。根据输送机构的功用及本机要求，其结构如图2-4所示。 1.带轮 2.输送带 3.大链轮 4.链条 5.小链轮 6.减速器 7.电动机 图2-4 输送机构示意图 1输送机构参数的确定为了适应不同的工作情况，要求输送带的速度必须能够实现一定范围内的无级调速。由于钢钉比较细小，推钉速度不宜过大，同时考虑到普通气缸的速度一般为30800mm/s，所以保守估计推钉机构的生产率为6000个/小时。由此可知推钉一次所用最短时间为： （2-1） 其中钢钉长为50mm，则输送带的速度为： （2-2）为了钢排钉自动成排装置将来功能的扩展，有更好的工作能力，且带速是可调的，故此在设计时将带速的调节范围加大，设计能力为100mm/s，即0.lm/s。由于要在输送带下方连续放置多个条形磁钢，且带轮直径较大，所以输送带要长一些，同时为节省空间，输送带不宜过宽。故设计的输送机构长1200mm，宽400mm，高600mm。2.电机及减速器的选择(1) 选择电动机类型考虑到产品的通用性，电机的电源选用ac220v，又要求无级变速，通过比较各种电机 的工作性能和条件，选用电子调速电机。(2) 选择电动机容量由于钢钉质量较小，所以输送机构所需功率不大，估计不超过80w。所设计钢排钉自动成排装置属小型机械，受空间限制链传动的传动比不能过大。同时考虑到链传动中链轮齿数一般取奇数，故选取小链轮，大链轮 则链传动比为： （2-3）由前面已知带速约为100mm/s，带轮直径取140mm，则 （2-4） （2-5） 电机主轴转速为： （2-6）根据功率与转速，最后选用浙江佳雪微特电机有限公司生产的90yyjt90-3型齿轮减速电子调速电动机，调速范围901400r/min，功率为90w。齿轮箱所需减速比i=1400/28=50，根据标准减速比，取i=50。由此可以得出 电机最大输出转速为： （2-7） 带轮最大转速为： （2-8） 带最大速度为： （2-9）3带传动的设计输送带的作用主要是输送钢钉，并使钢钉在其上运送过程中完成定向，所以输送带的厚度不能太大，否则会减弱输送带下方的磁钢对钢钉的吸引力。在这里选用的输送带厚度为3mm，宽度为120mm，环形周长为2150mm，材料为塑胶和帆布压制而成。带轮由45号钢制作而成，宽150mm，直径为140mm。由于输送带在安装过程中易跑偏，所以带轮加工成中间略凸，中凸度为0.4mm。轴承选用型号为深沟球轴承6205，轴承座与其配套。输送带张紧度调节方式采用的是在机架上开长孔，主动轮通过平键与大链轮相联。4链轮的选择与计算由前面已知，大链轮齿数，小链轮齿数，电动机功率p=90w。根据工作要求，采用滚子链传动，设计步骤如下：（1）修整功率 由设计手册查的工作情况系数=1，主动轮齿数系数=1.2，则 （2-10）（2）确定链条链节数 初定中心距=25p （2-11） =83（节） 为了避免产生过度链节，链节数取偶数即lp=84节 (3)确定链条的节距p 根据小链轮转速=28r/min，修正功率pc=108w，查设计手册选用链号08a单排链，链节距p=12.7mm。 (4)确定链长l和中心距a （2-12） （2-13） 中心距减小量： （2-14） 实际中心距： （2-15） 取 (5)计算链速v （2-16） (6)验算小链轮毂孔 由于电机轴直径为15mm，所以dk=15mm。查手册得，小链轮毂孔许用最大直径 =18mm，大于，故合适。 (7)链轮尺寸的确定 己知链号为08a，节距p=12.7mm，滚子外径= 7.95 mm，内链板高度 =12.07 mm，小链轮齿数 =19，大链轮齿数 =39 1) 小链轮尺寸 分度圆直径d： （2-17） =39.7（mm） 齿顶圆直径da： （2-18） （2-19） 取da=45mm。分度圆齿弦高ha： （2-20） （2-21） 取ha=3mm。齿根圆直径： =d-d1=39.7-7.95=31.75(mm) （2-22）由于=15mm，查机械设计手册得：平键的基本尺寸为，轮毂键槽宽5mm，深2.5mm。2）采用以上相同的方法可得大链轮的相关参数 分度圆直径d为： （2-23） =77.3（mm） 齿顶圆直径da为： （2-24） （2-25） 取da=83mm。 分度圆齿弦高ha ： （2-26） （2-27） 取ha=3mm 齿根圆直径： （2-28） 由于=20mm，查机械设计手册得：平键的基本尺寸为，轮毂键槽宽6mm，深2.8mm。2.2.3收集斗的设计收集斗与输送带相切，呈喇叭口状，前窄后宽，其主要功能是把定向后的钢钉过渡到排列装置上，便于进行下一道工序排列。考虑到钢钉在经过条形磁钢的磁场时都要残存一些剩磁，如果收集斗的材料选用钢铁的话，钢钉要受到收集斗的吸引，这样就会影响钢钉的下滑速度，为了避免这种现象，在试验中收集斗选用的材料为铝。实践证明: 通过对钢排钉自动成排装置的总体进行研究分析，特别是对自动成排定向装置的研究、分析与设计，改善了工人的工作环境，降低了对工人的危害。主要是有效地解决了钢排钉生产过程中的定向问题，达到了提高生产效率，节约成本的目的，取得了良好的生产、经济效益。结论通过对钢排钉的应用及特点分析，得出钢排钉具有其它排钉所不具有的特性，因此钢排钉不能被替代，并且国内外对钢排钉的需求越来越多，要求研制出一种提高钢排钉生产效率、符合市场需求的钢排钉自动成排设备的呼声越来越高。在此基础上，本设计主要针对钢排钉自动成排定向装置进行了研究和设计，提出了利用钢钉在条形磁钢的磁场中改变方向的原理，设计了钢排钉自动成排定向装置，有效地解决了钢排钉生产过程中的定向问题，达到了提高生产效率，节约成本的目的，取得了良好的生产、经济效益。通过对这个系统的设计，我掌握了机械设计系统开发的基本过程，巩固了我对机械制造方面所学的知识。毕业设计过程中，我查阅大量的文献资料，充分利用网络资源。把所学过的知识进行了一次全面而系统的综合，并融会贯通，把所学到的各种理论与思想进行了一次合理的应用，把所查阅到的各种文献及与设计相关的资料进行了合理的提取与分析，并应用到实际。这不但完善了自己的知识结构，同时把所学过的各种理论知识与专业知识进行了一次全面的总结。把所学的理论与方法应用于设计之中，从而提高了自己理论联系实际的能力。由于不断的上机操作与实践，增强了网上学习和查阅资料的能力。通过独立完成钢钉定向装置系统的分析设计开发后，发现自己在进行机械设计方面提高不少，同时积极利用所学到的新技术，将其应用于自己的设计开发过程中。在整个开发的过程中，时间也比较仓促，因此，该产品的系统必然会存在一些缺陷和不足。有待于以后进一步完善。致 谢本次毕业设计是在李红玉老师的亲切关怀和精心指导下完成的。她认真负责的工作态度，精益求精的工作作风，严谨的治学精神，深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，李老师几次审阅我的论文，提出了许多宝贵意见，没有她的精心指导，我就不能较好的完成课题设计的任务。同时还有与我一起愉快的完成毕业设计的所有同学，正是由于他们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，才能顺利地完成毕业设计。在此谨向李老师以及给过我帮助的老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意，并祝愿您永远健康，永远