自动排钉机结构设计 (2)

I摘 要本文首先综述了国内外在制作钉排、自动挂胶方而的研究成果，对于现阶段各类钉排制作方法的利弊进行了分析。为了降低成本，对自动装配技术的现状和发展进行了分析后，决定利用现有技术设计一种简单的自动排钉机构。在现有的各类研究成果的基础上，提出了自动平铺式排钉的方法，因为在实际生产钉排过程中，平铺式挂胶方法是一种行之有效的方法, 可有效弥补其它方法存在的不足。这种钢钉平铺式排列的方法为后续平铺式挂胶工作提供了方便。在此，对此方法的原理、制作过程进行了详细的说明。针对自动排钉机构设计了传动系统。钢钉种类繁多，针对各类钢钉钉排的制作方法也不同，通过对钢排的生产特点的分析，运用相对运动原理及钢钉自身的重力特性针对某种具有代表性的钢钉（350mm），提出了一种在生产过程中钢钉自动排列的新技术。这种新的排钉方式是利用机械动力和钢钉自身重力，使钢钉在滑道上自动平铺排列，以便在后续工序中，完成挂胶质量良好的平铺式挂胶，实现高质量钉排的制作。本文提出了两种设计方案，两个方案各有特点，最后从中选取一个最优方案。关键词：钢钉；自动装配技术；排列 AbstractThis paper firstly summarize the research achievements on making a nail row and hanging plastic. And compare different manufacture process. Due to promote productivity and reduce cost,I decide to design a simple automatic rowing nails machine system.base on the research ,achievements.I propose the concept of the tiled row of nails which can effectively solve the drawbacks of traditional processes. This paper introduced the details of theory and manufacture process, and specially design the transmission system to satisfied the demand of power and strength.The type of steel nails is various.Different nail row has different manufacture process.Through analyzing the characteristics of manufacture process using relative motion theory and the gravity of steel nail, focus a common size steel nail (3*50 mm), I propose new technology which steel nail can automatically arrange in manufacture process,this technology can ensure the subsequent processes run well and keep the quality of products .In this paper, there are two design schemes, each of them has their own features。 in order to select an optimal solution.In the end ,I will select one of the best of both。Kewords :steel nail；automatic manufacture technology；arrangement III目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 排钉的类型 .11.1.2 排钉的生产方式 .11.1.3 排钉的生产特点 .21.2 装配自动化简介 .21.2.1 装配自动化的概念 .21.2.2 装配自动化系统的类型和选择 .31.2.3 装配自动化系统应具备的条件 .41.2.4 国外装配自动化发展概况 .61.3 本文主要研究内容 .72 自动供料及输送添加的方案设计 .82.1 机械加工自动化的三种形式 .82.2 不宜采用自动供料的情况 .82.3 供料器的选择 .82.3.1 供料器的选择原则 .82.3.2 常见供料器的选择 .93 给料传动机构的设计 .123.1 传动装置的选择原则 .123.1.1 传动装置在机器中的应用 .123.1.2 传动装置的分类 .123.1.3 传动方案的确定 .133.2 电动机的选择 .144 方案一的设计及计算 .164.1 供料器的确定 .164.2 电动机的确定 .164.3 减速器传动零件设计计算 .174.3.1 齿轮模数的初步计算 .174.3.2 计算齿轮的具体结构尺寸 .194.3.3 初算轴径 .205 方案二的设计及计算 .225.1 供料器的确定 .225.2 电动机的确定 .225.3 减速器传动零件设计计算 .255.3.1 减速箱传动比的分配 .25ai5.3.2 传动系统的动力和运动参数计算 .255.3.3 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 .275.3.4 低速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 .335.4 低速输出轴的设计计算 .405.4.1 轴材料的选择 .405.4.2 按扭转强度估算最小轴径 .405.4.3 设计轴的结构 .41结 论 .46参考文献 .47致 谢 .4811 绪论1.1 课题背景随着社会的发展，人们的生活水平也日益提高。居住的环境也随着日益改善，房屋的装修需求大增。为了提高装修质量和和装修的效率，射钉枪在装修中得到了广泛的使用。但是射钉枪对于装填的钉子有特定的要求，以往的单发射钉枪并不能提高效率，便形成了后来的“钉排” 。人工手动进行这类“钉排”的包装费时费力，因其首先需将钉子排成一排，再涂胶粘好，晾干。即手工排钉，手工涂胶，一方面生产效率低下，另一方面乳胶存在的挥发性也易对人体造成伤害。为了提高钉排的生产效率和生产质量、改善生产环境、减少污染，便产生了对本课题的研究。实际生产的过程是一条自动生产线，包括自动上料装置、自动挂胶装置、自动烘干装置、自动切断装置。考虑到维修及操作的方便性和设计时间的有限性，本次设计做了简化的设计，这里只做了自动排钉机结构方面的设计。1.1.1 排钉的类型排钉是把规则排列的单个钉子用粘结剂或其他方式粘接在一起的一种新型木工用钉，排钉被放入特定的射钉枪中，以电或压缩空气为动力，通过冲击作用射入木板、塑料或其他复合材料中，它在建筑、装修、家具、包装、装潢、沙发、皮鞋、皮具等等行业也得到了越来越广泛的应用。根据生产过程的不同，排钉可以分为两类：一类是：纸排钉、塑排钉等。此类排钉所用的材料为碳钢。其一般生产过程如下：圆线材经压扁机拉直、压扁。并集于一定数量的线轴上。经上胶机上胶、烘干制成线带。再将线带送入成型主机中，进行切断、成型、打头。从而完成整个制作程序。由于此类排钉主要用于强度、硬度不太高的场合，故在生产过程中省去了很多工序，能够实现自动化生产，且技术比较成熟。目前生产所用设备主要有：上胶机、压扁机、成型机。另一类是：钢排钉。它是众多排钉系列中的一种，因其强度高、硬度大，能够钉入比较坚硬的材料中，称其为钢排钉。1.1.2 排钉的生产方式钢排钉的生产过程主要分为两个过程： （1）单个钢钉的生产。其生产过程如下：以盘圆线材（高、中或低碳钢）为原材料，经拉丝机数次拔拉（冷拉）至钢排钉要求之线径，由制钉机生产出规格钢钉，经热处理进行淬火处理，然后用抛光机进行抛光。再经镀锌设备进行电镀。（2）工人把钢钉按要求排成一排如图 1.1 所示，最后上胶制成成品。图 1.1 典型钉排 1.1.3 排钉的生产特点钢排钉与其他排钉相比有很大的区别。首先他们的应用场合不同；其次，两类排钉所用的材料、生产设备和生产工艺都存在很大的区别，到目前为止，钢排钉还不能实现生产自动化，只能先生产单个的钢钉，然后人工完成排钉；而纸排钉、塑排钉等的生产基本上都实现了自动化，效率较高。钢排钉具有其他排钉所不具备的特性强度大、硬度高。可打入较硬的材料，因此国内外的需求量逐年增加。但由于钢排钉在生产的过程中，钢钉的有序排列还没有实现自动化，由人工完成排钉工作，劳动生产率低，有必要研究钢排钉的自动成排技术。这就需要从装配自动化和成本等方面多重考虑。 1.2 装配自动化简介1.2.1 装配自动化的概念所谓装配就是按照规定的技术要求，通过搬送、联结、调整、检查等操作，把具有一定几何形状的零件配合联结成配件、组件、部件和产品的工艺过程。它是整个生产系统的重要组成部分，也在很大程度上决定机器的最终质量。装配自动化的目的在于提高生产效率、降低成本、保证生产质量与可靠性，以及完成某些手工无法胜任的含微小零件的产品装配以及需要在洁净空间内进行的精密装配。它对产品质量和生产效率有着重大的影响。31.2.2 装配自动化系统的类型和选择（1）装配自动化系统的类型装配自动化的类型如果按照其系统的装配对象是否可换，是否在一定范围内可调，可以分为柔性自动装配和刚性自动装配。可变换装配对象，在一定范围内可调的为柔性自动装配。反之，就是刚性自动装配。（2）装配自动化类型的选择装配自动化类型的选择原则是根据产品的生产纲领和生产类型。产品是大量大批生产类型的要考虑选择自动化装配，如果是单件小批量生产类型要选择柔性自动化装配。零件生产纲领是包括备品和废品在内的年产量。生产纲领不同，生产规模也不同。人们按照产品的生产纲领，投入生产的批量活生产的连续性，把它分为三种生产类型：大量生产、批生产和单件生产。批生产的类型有分为：大批、中批和小批生产。生产类型支持者装配工作而各具特色，如组织形式、装配方法、工艺装配等方面各有不同。大批大量生产类型其装配工艺主要是采取完全互换法装配。而单件及小批量生产类型其装配工艺主要是采取修配法和选配法装配。因此，如果考虑采用自动化装配的方式，大量大批生产应采用刚性自动化装配。对于单件及小批生产类型，其装配工艺只能是选配法，所采用的装配方式为柔性制造化装配方式。如果对于单件小批生产中对那些只能采用修配法的装配一般实行人工装配。以上方案的选择除技术原因外（如修配法装配很难实现自动化，但不等于绝对不能实现，但那要以经济损失为代价） ，主要是从经济利益为原则考虑的。图 1.2 表示不同装配方式下的产量和装配成本的关系曲线。由图中可见：当生产批量不大时，柔性自动化装配的单件成本低于刚性自动化装配。但大批量生产时，刚性自动化装配单件成本最低。而人工装配的单件成本基本上不随年产量的变化而变化。人工柔性刚性图 1 . 2 产量与装配成本关系曲线产品装配单件成本图 1.2 产量与装配成本关系曲线1.2.3 装配自动化系统应具备的条件装配系统的装配功能主要包括零件的传输、抓取和装配。为了实现装配的自动化，对零件、装配工具和传输机构等都要提出相关的要求，使装配工作得以顺利进行。（1）对零部件的结构工艺性要求采用自动装配时，对零部件的结构工艺性提出以下要求：1）零件几何形状尽量规则，结构要便于自动传输、自动上料和定向识别。2）零件结构要便于夹持，其刚度要满足夹持力的要求，受力后的变形应该在弹性范围内，而且变形量不应给装配带来困难。3）零件结构设计时应考虑避免采用在自动上料时互相镶嵌等不易顺利分开的结构。4）设计者应考虑零件初始连接时易于导入，如设计倒角，锥面等。5）零部件间的定位销，从易于装配考虑从尽量采用锥销。6）应尽量采用便于装配的连接方式，而且，尽可能的减少零件的数量。7）零件的设计尽量做到标准化、通用化和系列化，这样可以减少装配工装的种5类。8）设计时应尽量考虑统一的装配方向，减少翻转装配的次数。（2）对装配工具的要求装配工具是自动装配的执行机构，装配效率的高低、质量的好坏与装配工具有直接的关系，所以，对装配工具提出以下要求：更具总体布局、零件结构尺寸和几何形状及重量、经济性等合理选择机械手、机器人还是其他结构装置抓取活推进零件装配。机械手或机器人的手腕夹爪的夹紧力要与零件的允许变形量和零件表面的精度的要求相匹配。应尽量避免抓取零件精加工表面，如果无法避免时，不得损坏零件表面精度，并且夹爪要采取保护措施。在计算装配工具对零件的夹紧力时，应考虑装配力和零件的重力，其装配力与零件的配合种类有直接关系。机械手或机器人手腕移动时一定要平稳，注意惯性力，接近装配位置时要减速。零件初始装入时，装配工具在装配力作用下应有一定柔性，发生异常发警报信号。（3）对传输机构和整体布局的要求为满足自动装配，对传输机构和整体布局提出以下要求：1）涉及传输机构时要方便零件的传输与定向。2）零件传输到装配位置时，要有准确的定位系统及安全保护系统，不到位不能发生装配指令。3）如果采用柔性自动化装配，应考虑传输系统设计时的柔性，以适应零件品种规格的变换。4）零件的传输和自动上料机构设计时，要尽量减少振动和噪声。5）在考虑自动化装配线时，应考虑装配中的自动检索、清理、不合格零件的自动识别和剔除、故障诊断和报警等。6）总体平面布置时充分利用现有面积、计算好装配的节拍和设备及工位的数量。7）对于单件小批量生产的柔性自动化装配的选配法，应该做好分组选配的装配方式的设计，分组选配即是组内的完全互换法。1.2.4 国外装配自动化发展概况随着国际关系的多极化、消费多样化、经济全球化和贸易的自由化，促使世界各国更加重视制造业的社会地位和作用，重新审视生产方式，对制造业的发展提出更高的要求，加速了自动化的进程。然而，由于加工技术远远超前与装配技术，目前大多数产品还都是传统的手工装配，所以说装配工艺已成为现代生产的薄弱环节，必须加大力度进行装配自动化技术的研究工作。装配自动化比加工自动化实现起来难度大，它是一项更为复杂的生产过程，具有很多特殊性。在某些装配情况下，施力的大小、推进的速度、安装的姿态等需要感知、需要判断、需要抉择、需要经验，这一切属于智能的要求，所以人工操作较多。但是人工操作已经难以适应现代制造技术发展的要求，因为这样难以保证产品质量的一致性和稳定性。自动化水平的高低，以成为一个国家科技水平的重要标志之一。一些发达国家在自动装配技术和柔性装配技术的研究方面都取得了卓越的成果，有的已经成功的在生产中得以运用。如美国的克罗斯公司除从事小型产品、汽车发动机及有关部件的自动装配机的研制外，还从事装配机器人、集成装配系统、装配单元等方面的研究。该公司从 1986 年到 1990 年间开发制造了 30 条左右自动装配机和生产装配线。另外，日本的小汽车柔性装配线；瑞士成功研制的手表自动装配线；比利时 New Lachaussee 公司研制的具有模块化工作的雷管自动装配线；美国的 King Sburg 公司研制的全自动或半自动装配系统，可以用于冰箱压缩机、汽车主动转向泵、汽车自动化变速器和减振器以及制动器等多种产品的装配。美国政府 1980 年拨款由伦敦BRSL 公司用 8 年时间对柔性装配系统（FAS）做了可行性研究，研究出一种 FAS能对质量小于 15 千克，体积小于 0.03 立方米的电器、电子和机械场频进行柔性装配，年产量可达 2030 万套，更换产品的调整时间仅为 12 小时。1.2.5 国内装配自动化发展概况7我国在装配自动化技术的研究方面还很少，这里面既有观念问题，也有客观需求不够的迫切问题。但是从现代化工业发展的总趋势来看，装配自动化技术研究的尽快开展是具有战略意义的一项工作。1.3 本文主要研究内容本文的内容是有关自动排钉机机构的设计，重点内容是机构的核心部件控制器定向机构的设计。所要研究的主要内容包括：（1）自动供料及输送的方案设计；（2）给料传动机构的设计；（3）定向控制机构的设计；（4）绘制二维工程图；2 自动供料及输送添加的方案设计2.1 机械加工自动化的三种形式机械加工自动化可分为半自动、全自动和完全自动化三种类型。（1）半自动化加工系指被加工零件的装料及卸料凭靠人工进行，仅仅加工过程是自动进行的。（2）全自动化加工有称为滑道式自动化加工或料仓式自动化加工，它仅利用人手将被加工的零件装入滑道或者是料仓，而零件的装夹、加工、卸料全部都由机器自动完成。（3）完全自动化加工是指利用具有定向能力的供料器、料斗等设备向滑道或者料仓供给被加工零件的自动化加工，这种机械允许一次向供料器和料斗投放较多的零件。2.2 不宜采用自动供料的情况有下列情况时，不宜采用自动供料，应该考虑采用半自动化供料：（1）零件的生产纲领偏低；（2）零件的品种繁多；（3）不希望零件的外表有毛疵、碰伤等缺陷；（4）切屑缠绕在工装设备上面将导致故障时；（5）零件形状复杂或者是不宜采用简单的方法对零件定向时；（6）自动机制造经费不足时；（7）在刚开始搞自动化工作而经验不足时。2.3 供料器的选择2.3.1 供料器的选择原则（1）供料器种类和数量9供料器的的种类和数量应根据元器件的封装形式和元器件种类进行配置，必须配置适当。由于供料器的费用比较高，配少了不够用，配多了又浪费经费。应按照封装形式和元器件种类最多的产品种类进行配置，并适当留有余量。（2）供料器的通用性生产线上一定考虑供料器的通用性，可以节约购买设备成本。同一品牌的机器在不同型号上最好都能通用。多功能机和高速机之间的供料器最好能通用，同是8mm 带，2mm 步进和 4mm 步进可通用，塑料和纸袋可通用。一般制造商都会考虑供料器在其机器上的通用性，但有时制造商也会为其某种特定机器设计供料器，这样就限制了送料器在其它机器上的通用。专用机器不仅会导致大量送料器闲置，而且还需要控件存储它们，在选择时应该注意。（3）供料器的送料方式动臂式机器可支持不同类型的送料器，如如带式、盘式、散装式和管式等。这一点与高速安装系统形成鲜明对照，后者只能选择带式和散装式两种送料形式送料器。在安装许多大型 IC 时，如 QFP 和 BGA，动臂式机器是唯一的选择。粗了贴装精度外，高速安装系统不支持盘式送料器也是原因。2.3.2 常见供料器的选择（1）离心式圆柱形工件供料器这类供料器的工作原理是，料斗 1 以一定的速度转动，装于其内的工件在离心力的作用下，移离中心并压到料斗的内壁上。于料斗铰接的摆杆 2 随料斗一起转动，当碰到固定凸轮 3 时，绕 A 点摆动，并将工件推向中心，其中部分工件将落入垂直通道中，装置如图 2.1。如图 2.1 所示 ，该供料器适合的是标准柱形工件的供料 ，对于本课题形状并不对称的钢钉并不适用，因其不规则的形状会造成垂直通道的堵塞。故在此不选择。图 2.1 离心式圆柱形工件供料器如上图所示 ，该供料器适合的是标准柱形工件的供料 ，对于本课题形状并不对称的钢钉并不适用，因其不规则的形状会造成垂直通道的堵塞。（2）摇杆式供料器工作特点：摇杆 1 和摇杆 2 往复反向摆动，将短柱形工件以定向位置送至推杆3 处。推杆再将工件向右推，至垂直通道口落下。装置如下图 2.2：对于非正规圆柱的铁钉来说，在摇杆 1 和 2 往复反向运动的过程中，并没发按照设计的规则路线运动，这会导致多个铁钉搅合在一起，卡住摆杆，造成机械故障，影响送料的正常进行。图 2 . 1 摇杆式供料器图 2.2 摇杆式供料器（3）带有固定导向刃的料斗式供料器图示为带有固定导向刃的料斗，底盘是转动的，由于底盘的旋转和固定导向刃的作用，将零件避靠在外圈，并送入导向道。其主要特点是运行平稳，料斗内零件的数量，对供料速度无影响。但这需要零件的形状规则，以此避免零件卡在导向道内，导致导向通道堵塞。11图 2.3 带有固定导向刃的料斗式供料器（4）平铺式蜗杆供料器该机构采用的是用特制的螺杆来传送钉排，螺杆螺纹的截面形状与钢钉自身的横截面完全一致，钢钉的自身与螺杆的螺纹相啮合，而钉头则在另一边的切槽内向前运动。在传送的过程中必须保证钢钉时刻平铺式传送。图 2.4 平铺式蜗杆送料装置简图3 给料传动机构的设计本设计研究的就是将钢钉有序规则排列的机构，在此设计该机构功能实现的方法及传动过程。3.1 传动装置的选择原则3.1.1 传动装置在机器中的应用机械都必须有动力系统，设计中的传动装置又是重点。它将原动机的运动和动力传递给工作机的中间装置，它常起以下的作用：（1）减速（或者增速） 。工作机速度往往和原动机速度不一致，用传动装置可以达到改变速度的目的。（2）调速。许多工作机的转速需要能根据工作要求进行调整，而依靠原动机调速往往不经济，甚至不可能，而用传动装置很容易达到调速的目的。（3）改变运动形式。原动机的输出轴常用等速回转运动，而工作机要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、螺旋运动、间歇运动等，靠传动装置可以实现运动形式的改变。（4）增大转矩。工作机需要的转矩往往是原动机输出转矩的几倍甚至是几十倍，通过减速装置可以实现增大转矩的要求。（5）动力和运动的传递和分配。一台原动机常要带动若干个不同的速度、不同负载的工作机，这时传动装置还起到分配动力和运动的作用。显然，传动装置是机器的重要组成部分，机器质量的好坏，精度额高低也常与传动装置的质量密切相关，机器的成本也常取决于传动装置的造价，因此，合理的设计传动装置是机械设计工作的重要组成部分。3.1.2 传动装置的分类（1）传动装置按工作原理分类如下：机械传动，包括摩擦传动（如摩擦轮传动、V 带传动、绳传动）和啮合传动（如齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、链传动、同步传动） 。13流体传动，包括液力传动和气力传动。电力传动，包括交流电力传动和直流电力传动。（2）机械传动按改变传动比可能性分类如下：定传动比传动，如带、键、摩擦轮、齿轮、蜗杆传动，变传动比传动，包括有级变速传动（如齿轮变速箱、塔轮传动） 、无极变速传动（如各种机械无级变速器） 、按周期行规律变化传动（如非圆齿轮、凸轮、连杆机构）。3.1.3 传动方案的确定如前所述，机器的工作性能很大程度上取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。因此，合理拟定传动法案具有重要的意义。对传动方案的要求最主要是能实现工作部分的工作要求，另外还要求结构简单、效率高、尺寸紧凑、工作可靠、成本低、使用维护方便等，应针对各种可能的方案结合各种传动形式和主要特点和性能，分析比较，合理选择。传动方案选择时常考虑以下情况：（1）大功率、高速的、长期工作的工况，适用齿轮传动。（2）低速、大传动比，可采用单极蜗杆传动和多级齿轮传动，也可采用带齿轮传动；带齿轮链传动；但是带适宜放在高速级，链放在低速级。（3）带传动多用于平行轴传动，链传动只能用于平行轴传动，齿轮可以用于各向轴线传动，蜗杆常用于空间垂直交错轴传动。（4）带传动可以缓冲吸振，同时还有过载保护作用，但是因摩擦生电，不宜用于易燃、易爆场合。（5）链传动、闭式齿轮传动和蜗杆传动，可用于高温、潮湿、粉尘、易燃、易爆的场合。（6）有自锁要求的时候，宜采用螺旋传动或者蜗杆传动。（7）改变运动形式的机构（连杆、凸轮等）应布置在运动系统的末端或者是低速级。（8）一般外轮廓尺寸较大的传动（如带传动）和传动能力较低的传动（如锥齿轮传动） ，分配给较小的传动比。（9）小功率的机械宜采用结构简单的、标准化高的传动，如减速器、液压缸、带传动、链传动等。由上面可以知道，在本次设计中，采用的传动类型是皮带传动和齿轮传动的混合型。3.2 电动机的选择供料带的平稳性和供料效率是首要考虑条件，本课题所供料为钢钉，质量体积均不大，对供料带的冲击也小，这里暂且设定理论初始数据如下：输送带有效拉力 F=2000 N输送机滚筒转速 n=120 r/min（允许误差 5%）输送机滚筒直径 mD150设计寿命 10 年 （250 天/年）选择三相异步电动机时，首先要根据运行性能要求及经济性，考虑是选择鼠笼式电动机还是选择绕线式电动机。另外，还要考虑以下几个方面：1.结构形式、额定电压及转速的选择。1）结构形式三相异步电动机根据结构形式可以分为一下几种：（1）开启式电动机。在结构上，其转动部分及带电部分无专门的防护装置，用于干燥少灰尘的场所。（2）防护式电动机。外壳有遮盖装置，能防止外接杂物落入电动机内部，并能在与垂直线成 45的方向上防止水滴和铁屑等杂物掉入电动机内部，这种电动机用于水泵和鼓风机上。（3）封闭式电动机。外壳全封闭，可防止水分和灰尘等进入电动机内部。电动15机的热量靠内部风扇和外部散热片散出。这种电动机适用于水滴飞溅和灰尘飞扬的场所。（4）防暴式电动机。结构密封，外壳机械强度较强。当几个内气体发生爆炸时，能使爆炸和外部隔离，不至于使外部也发生爆炸。这种电动机常用于具有爆炸性气体的场所，如矿井和化工厂等。2）额定电压我国中小型三相异步电动机的额定电压多为 380V，只有大功率的电动机才会选择 6000V 以上的高电压。额定电压的选择应尽可能与工厂的电源电压一致。3）转速相同功率的异步电动机，如果转速低，级数就多，体积就大。因此价格也高。所以，选择转速较高的电动机较为经济。但是转速过高时，就要配一套相应的加速装置及相应的安装位置。所以，电动机转速的选择要总体考虑，要既经济又实用。2.功率的选择电动机的功率选大了，不仅价格贵，而且效率低，功率因数也低，是不经济的。若选小了，则电动机不能正常运行，甚至损坏。所以电动机功率的选择是十分重要的。根据电动机的负载情况，电动机可有三种不同的工作方式：连续（长期）工作制、短时工作制和重复短时工作制。电动机的功率也要按上述三种不同的工作方式来选择，这就是使得功率的选择较为复杂。在连续（长期）工作制中，负载又分为常值负载和变动负载。在选择电动机功率时，对启动条件沉重（静阻转矩大或者带有较大飞轮力矩）的机械，如冲床活塞泵和压力机等。若采用鼠笼式电动机，除按负载功率选择电动机的额定功率外，还应检验最小启动转矩及允许的机械最大飞轮转矩，以保证生产机械能顺利的启动和电动机在启动的过程中不至于过热。4 方案一的设计及计算4.1 供料器的确定根据所选钉子的特点，选用图 4.1 所示的供料器模版，对其做进一步的改善处理，去除固定导向刃，转动的底盘改装设计成圆锥形，当它以一定的速度旋转的时候，工件（钢钉）自动靠在料斗壁上，然后被送入滑道，进而完成排序。本设计中需要应用到管道，其设计主要参照了机械设计手册（3） 中的“管道与管道附件”一章节，遵循了 GB/T1047-1995 中的规定。设计中利用步进电机控制和专门设计的输送通道来实现机械定向方式，使钉子输出后排列的方向完全一致，以实现定位功能。其中，分料轮有 3 个/秒的输出速度，定向轴的转速也定为 3r/s，来保证钉子在传送带上不出现空位和钉子能顺利进入定向机构，为此还需要换向器需要每转半周就有一个停顿时间。即，设钉子进入或者送出定向机构的时间为 ，1t换向机构停顿时间为 ，每个脉冲持续时间为 ，则要满足 。来保证机构的2t 3t23t正常工作。图 4.1 带有固定导向刃的料斗式供料器方案中还采用了凸轮机构，来推动撞杆上下运动，进而使压杆运动，控制输送管道中钉子的通过，设计满足余弦加速度运动规律，故采用平面凸轮机构和小圆角顶尖从动件，具体尺寸和形状见图纸要求，在此不做细述。4.2 电动机的确定在本次实验中，所选择的步进电动机的型号为 90BF08 具体参数如下表 4.1 所示：17表 4.1 电动机参数型 号 相 数步距角（） 额定电压（V）静态电流（A）最大静转矩（Nm）空 载启 动频 率（Hz）空载运行频率（Hz）每相电 感（mh）分配方式90BF08 5 0.75 80 7 3.92 3600 6000 15 124.3 减速器传动零件设计计算料斗的转速大于传送带的速度，使得给料机构能供应充足的工作，避免在传送带上出现空位。因此，在设计时分料轮的线速度与传送带的线速度完全一致，而之间需要精确的传动关系，因此需要传送带必须是类似同步传送模式传送，而在去料斗的传送线上应该设计升速传动。方案一具体的传动系统如图 4.2 所示：图 4.2 传动系统图4.3.1 齿轮模数的初步计算一般同一变速组中的齿轮取同一个模数，选择负载最终的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算： 321)()(168jmdj nuZNum式中： 按接触疲劳强度计算的齿轮模数（ mm） ；j驱动电动机功率（kw） ；dN计算齿轮的计算转速（r/min）：jnu大齿轮与小齿轮齿数之比 u=1，外啮合取“+”小齿轮齿数；1Z齿宽系数， （B 为齿宽，m 为模数） ；mmb/许用接触应力（MPa） 。j（1）计算通往料斗传送线上的齿轮的模数由于 u=3, , , , , MPa.且齿轮是外啮合，56.0dN1m30Z45jn630j则有 72.)(6.)(382j所以，取 =3j（2）计算通往分料轮和传送带传动线上的齿轮模数由于 u=1, , , , , MPa，为外啮合。0613.dNm41Z5jn630j则有： 321)()(8jmdj uNu3 2)156304(063.)1(6 1968.1所以，取 。2jm4.3.2 计算齿轮的具体结构尺寸（1）齿顶高 mhja21*1j32（2）齿根高 mmchjaf 5.2).01()(*1 jf 732（3）计算各个齿轮的具体尺寸如下：；mZdj 240831；haa 621；ff 5.37.；mZmdj 120432；haa 62；ff 5.87.2；mZmdj 4033；haa 262；ff 5.37.3；mZmdj 1044；mhdaa 1263024；ff 5.7.1；Zmj 845；mhdaa 92215 ；ff 3.；Zmj 846；mhdaa 92216 ；ff 35.；Zmj 847；mhdaa 92217 ；ff 35.；Zmj 848；mhdaa 92218 ；ff 35.4.3.3 初算轴径由材料力学可知，轴受转矩作用的时候，其强度条件为：mm336/)2.0/(15.9npCnpd式中 p轴传递的功率，kw；这里 p=0.0314kw；n轴的转速，r/min；这里 n=150r/min：许用扭转剪应力， MPa；21C扭转剪应力确定的系数；C=106。从而，可得： 336/)2.0/(15.9npCnpdm94.5/.按扭矩算出的直径太细，考虑到刚度问题，也为了避免再次按刚度校核轴的直径，此处确定轴的最细端为 。md10in5 方案二的设计及计算5.1 供料器的确定采用平铺式螺杆的设计形式，来完成钢钉排列。如图 5.1：图 5.1 平铺式蜗杆送料装置简图该设计方案是每个钢钉都单独被运送，这就避免了钢钉之间因为形状不规则而造成的相互影响。同时也能满足供料的连续性。理论设计应达到的效果是，供料带轮带动供料皮带将钢带送至定向机构。这里需要说明的是，通过查询资料，钢钉的生产是存在一定的规律，多为多条钢线排成一排后并列送入锻压机进行锻造。这里假定每次锻压出 8 枚钉子，从送料到完成每次锻压成型需要耗时 2 秒。那么供料带上的钢钉就会分堆（每 8 颗钉子为一堆）排放钉子，这样就在送料和定向时就会避免钉子因为聚集成团而造成通道堵塞的状况。对与分料过程，钉子送入滑道后，由于滑道存在坡度，钉子会因自身的重力向下滑动，由滑道中的的分流装置进行分流后，进入定向机构。这里设定钉头能挂住定向滑道的钉子为正方向排列，反之则定为反方向。进入定向机构的钉子在蜗杆的带动下，缓缓移动，最终靠自身重力及蜗杆的带动滑入滑道，依次滑落的钢钉就自动排成一排。由于蜗杆表面的很粗糙，那么，钉头接触蜗杆后，在蜗杆的带动下，钉子顺着蜗杆的螺纹槽滑道特定的定向滑道中，依靠重力向下滑落的过程中，完成排列工作。5.2 电动机的确定在此对电动机的设计参数等进行详细的计算。并结合数据综合选定符合条件有23符合经济性的电动机。（1）确定工作机（卷筒）所需功率 Pw10dn式中 smdnv942.6560kwFPw8.10.21（2）确定传动总效率 一对滚动轴承效率 ；9.01闭式圆柱齿轮传动效率 ；7.2V 带传动效率 ；96.03卷筒效率 ；2.4联轴器效率 。9.05故减速器的总效率为：8764.09.23321 d输送带卷筒的总效率为： 9108.2.041w传动装置的总效率为：7982.01.876.0wd（3）选择电动机的功率电动机首选 Y 系列，380V，三相异步电动机。选择电动机功率 ：edPkwwe 36.2798.041查手册取电动机的额定功率 。ked3（4）确定电动机转速 n已知卷筒的转速是 ，二级转速器的总体传动装置电动机转速合理范mi/120r围为： min/3096)58(rninad该范围的转速有 1000r/min,1500r/min,3000r/min。其主要数据及计算的减速器传动比如下表 3.2 所示：表 5.1 电动机方案比较电动机转速方 案 电动机型号 功率同步转速/（r/min）满载转速/（r/min）减速器传动比 ai1 Y132S-6 3KW 1000 960 82 Y100L2-4 3KW 1500 1440 123 Y100L-2 3KW 3000 3000 24通过比较得知，方案 2 的电动机转速较高，传动适中，故选此方案比较合理。25所