機械系統(tǒng)設(shè)計大作業(yè)-螺釘排列機

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)機械系統(tǒng)設(shè)計大作業(yè)題目： 螺釘排列機設(shè)計學(xué) 院： 機械工程與自動化學(xué)院 專業(yè)班級： 機設(shè) 081 學(xué) 號： 080103027 學(xué)生姓名： 游 龍 螺釘排列機設(shè)計摘要：螺絲排列機行業(yè)內(nèi)也稱之為螺絲機、螺絲整列機、螺絲送料機等。主要是為在傳統(tǒng)螺絲鎖付工藝過程中簡化工人操作流程，降低工人勞動強度而開發(fā)設(shè)計的。主要作用是將螺絲整齊排列送至指定位置，由電批操作工直接取料，簡化傳統(tǒng)鎖付動作，提高生產(chǎn)效率。廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)。目前市場上主要是日本品牌和國產(chǎn)品牌占據(jù)市場主導(dǎo)地位，價格差異較大。根據(jù)國內(nèi)市場的發(fā)展和各螺絲機生產(chǎn)廠家技術(shù)的不斷完善，國內(nèi)少部分廠家的品質(zhì)完全已經(jīng)達到進口產(chǎn)品的

2、品質(zhì)！其中深圳市尚格鼎工科技有限公司開發(fā)的HAOAN品牌旗下的GE1050可實現(xiàn)多種規(guī)格螺絲公用同一臺設(shè)備，依托其螺絲鎖付自動化的技術(shù)背景開發(fā)出垂直電批支架、螺絲鎖付控制系統(tǒng)，結(jié)合其螺絲排列機使用，可完全實現(xiàn)螺絲鎖付過程中漏鎖、浮鎖、滑牙、計數(shù)等功能，完全不同于市場上所謂計數(shù)螺絲機，可真真意義上實現(xiàn)上述功能！關(guān)鍵詞：螺絲機 螺釘排列 螺絲送料 螺絲整列目錄第一章總體方案設(shè)計51.1確定給定的設(shè)計任務(wù)51.2設(shè)計任務(wù)抽象化51.3確定工藝原理51.4工藝路線圖61.5功能分解、畫功能樹61.6確定每種功能方案、構(gòu)造形態(tài)學(xué)矩陣61.7確定邊界條件61.8方案的評價、確定一種方案61.9方案簡圖71

3、.螺釘?shù)墓┧蜋C構(gòu)72.螺釘?shù)呐帕休敵鰴C構(gòu)71.10總體布置設(shè)計、畫出總體布置圖81.11主要參數(shù)的確定8第二章執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計92.1擬定運動方案，確定執(zhí)行機構(gòu)類型及組合92.2運動分析（凸輪設(shè)計）91.確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸92.確定推桿的運動規(guī)律93.求凸輪工作廓線104.驗證壓力角并求推桿平底長度14第三章傳動系統(tǒng)設(shè)計153.1傳動系統(tǒng)類型選擇153.2傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計151.系統(tǒng)運動設(shè)計152.執(zhí)行體統(tǒng)輸出功率的確定153.查表得出各傳動副的效率154.用靜態(tài)法計算動力機所需功率155.電動機的選擇166.計算總傳動比，分配傳動比167.減速器的選擇168.計算各軸功率和轉(zhuǎn)速169.傳動

4、零件（鏈）的設(shè)計計算18第一章總體方案設(shè)計51.1確定給定的設(shè)計任務(wù)51.2設(shè)計任務(wù)抽象化51.3確定工藝原理51.4工藝路線圖61.5功能分解、畫功能樹61.6確定每種功能方案、構(gòu)造形態(tài)學(xué)矩陣61.7確定邊界條件61.8方案的評價、確定一種方案61.9方案簡圖71.螺釘?shù)墓┧蜋C構(gòu)72.螺釘?shù)呐帕休敵鰴C構(gòu)81.10總體布置設(shè)計、畫出總體布置圖81.11主要參數(shù)的確定9112循環(huán)圖設(shè)計9第二章執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計102.1擬定運動方案，確定執(zhí)行機構(gòu)類型及組合102.2運動分析（凸輪設(shè)計）101.確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸102.確定推桿的運動規(guī)律103.求凸輪工作廓線114.驗證壓力角并求推桿平底長度15第

5、三章傳動系統(tǒng)設(shè)計16第一章 總體方案設(shè)計1.1確定給定的設(shè)計任務(wù)確定任務(wù)書 螺釘排列機設(shè)計任務(wù)書編號名稱螺釘排列機設(shè)計說明書設(shè)計單位遼寧工業(yè)大學(xué)起始時間11.11.25-11.12.01主要設(shè)計人員游龍設(shè)計費用設(shè)計要求1功能對螺釘?shù)呐判?、定位、輸?適應(yīng)性工作對象：螺釘 環(huán)境：220V電源 3性能動力:50W 整機外形尺寸: 123mm*181mm*145mm（長*寬*高） 整機質(zhì)量:3.0kg（凈重）4可靠度99.9%5使用壽命壽命可達53年，多次維修可達8年6經(jīng)濟成本800元7人機功能人工控制起停,自動連續(xù)工作，人工上料，造型美觀總體方案設(shè)計1.21設(shè)計任務(wù)抽象化散亂的螺釘 排列好的螺釘電

6、 能 黑 箱 機械能驅(qū)動信號 - - 1.32確定工藝原理手動將螺釘放入料斗利用凸輪實現(xiàn)滑動板的上下移動通過特殊形狀的受料槽實現(xiàn)螺釘?shù)呐判蚶弥亓崿F(xiàn)螺釘?shù)妮敵雠帕姓R的螺釘散亂的螺釘1.43工藝路線圖 加工散亂的螺釘排列整齊的螺釘 1.54功能分解、畫功能樹螺釘排列機主功能動力功能控制功能螺釘排列人機輸送動停1.65確定每種功能方案、構(gòu)造形態(tài)學(xué)矩陣1234A螺釘?shù)南蛏陷斔屯馆喦瑝K槽輪氣缸B螺釘?shù)呐帕袡C械臂人工特殊形狀的槽C螺釘?shù)妮敵鲋亓魉蛶P1.76確定邊界條件螺釘?shù)闹睆?，長度16201.87方案的評價、確定一種方案確定的方案：A1+B3+C1方案評價：由于滑動板運動到最上面時需要

7、一個短暫的停歇使螺釘能夠順利的輸送出去，又考慮到經(jīng)濟方便的問題，故選用凸輪實現(xiàn)螺釘?shù)南蛏陷斔?；考慮到成本、效率的問題，螺釘?shù)呐帕胁捎锰厥庑螤畹氖芰喜?；螺釘?shù)妮敵隼弥亓t經(jīng)濟可靠。1.98方案簡圖 1a.螺釘?shù)墓┧蜋C構(gòu) 2b.螺釘?shù)呐帕休敵鰴C構(gòu) 1.108總體布置設(shè)計、畫出總體布置圖1.119主要參數(shù)的確定動力參數(shù)：電源220V 功率50W尺寸參數(shù)：（1）整機外廓尺寸：123*181*145（2）特性尺寸：螺釘直徑6 長度1620運動參數(shù)：凸輪轉(zhuǎn)速12轉(zhuǎn)/分112循環(huán)圖設(shè)計無第二章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計2.1擬定運動方案，確定執(zhí)行機構(gòu)類型及組合為實現(xiàn)滑動板的往復(fù)式直線運動，且滑動板達到最高時需停頓一定

8、時間使得螺釘滑出，執(zhí)行機構(gòu)可采用盤形凸輪。2.2運動分析（凸輪設(shè)計）根據(jù)任務(wù)要求可采用對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)1a.確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸行程30mm新版機械設(shè)計手冊第2卷 圖 13.5-5作圖求得Rp = 100mm，則2b.確定推桿的運動規(guī)律由于工作條件為中高速輕載，應(yīng)選用和較小的運動規(guī)律，以保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。由教材機械原理表91可知，對該凸輪推程運動規(guī)律可選用正弦加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可選用五次多項式運動規(guī)律。規(guī)律3c.求凸輪工作廓線如上圖所示，設(shè)取坐標(biāo)系的y軸與推桿軸線重合，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角為時，推桿的位移為s，根據(jù)反轉(zhuǎn)法可知，此時推桿平底與凸輪應(yīng)在B點相切。又由瞬心

9、知識可知，此時凸輪與推桿的相對瞬心在P點，故推桿的速度為或 而由圖可知，B點的坐標(biāo)為 (a)此即為凸輪工作廓線的方程式式中，位移s應(yīng)分段計算推程階段 取 遠休止階段 取 s30 假設(shè)凸輪轉(zhuǎn)速為12r/min，則凸輪轉(zhuǎn)一周時間T5s，可得凸輪轉(zhuǎn)過遠休止階段的時間為1/4T即1.25s驗證在這個時間內(nèi)，螺釘是否能滑出受料槽當(dāng)滑動板運動到最高時對螺釘進行受力分析：螺釘質(zhì)量：取最小螺釘計算得： 7.2g通過上網(wǎng)查得摩擦系數(shù)0.005假設(shè)受料槽傾斜角度為30°則螺釘所受合力為代入數(shù)值計算得：0.035N假設(shè)滑動板寬度為L30mm則螺釘滑出受料槽的時間為代入數(shù)值計算得：=0.38s<1.2

10、5s因此，螺釘能順利的從受料槽滑出。回程階段 取 近休止階段 取 推程段的壓力角和回程段的壓力角 取計算間隔為5°，將以上各相應(yīng)值代入式(a)計算工作廓線上各點坐標(biāo)值，在計算時，推程階段取 = 0，遠休止階段取=0 +01+02，回程階段取=0 +01+2，近休止階段取=0 +01+02 +03 計算結(jié)果見下表：sds/dxy推 程000085050.033640931.1517887398.5585984.60970.77603100.2642497764.46823159419.206483.1932.99981150.8650371089.54931475831.447580.

11、46776.34595201.96456429915.7821817844.574176.322110.286253.63123705622.4150534257.772270.854114.1926305.86505464628.6479037770.242464.367417.499358.59760997933.7289556181.314657.324419.81724011.7003405637.0453562790.536350.264320.96154515.0000350838.1970970297.720243.701120.90535018.2997253637.04526

12、029102.94438.021319.72885521.4024437633.72877524106.50633.400717.58826024.1349804328.64766075108.83829.757614.70816526.3687751322.41477707110.40726.751511.37967028.0354235215.78190543111.61623.82997.948197529.134927829.549071742112.71720.31634.782498029.735696484.468051221113.76915.52312.230098529.9

13、66293151.151692766114.6298.872260.573959029.999929852.06149E-09115-0.00041E-09遠休止95300114.562-10.0230100300113.253-19.970105300111.081-29.7650110300108.064-39.3330115300104.225-48.602012030099.5926-57.5012530094.2021-65.962013030088.0947-73.921013530081.3168-81.318014030073.9201-88.096014530065.9607

14、-94.203015030057.4994-99.593015530048.6004-104.23016030039.3316-108.06016530029.7634-111.08017030019.9688-113.25017530010.0221-114.560180300-0.0008-1150回 程18529.84736695.015026844-15.006-113.972.5003319028.9351851916.57860114-36.112-109.338.2789319526.8945312530.21450057-58.158.846-100.2615.11120023

15、.703703742.44121891-77.061-87.63221.327120519.6014178250.77196598-90.222-73.34325.89122101553.71466769-96.519-59.74428.242321510.3985821850.77196598-96.309-49.02328.02222206.29629629642.44121891-91.196-42.65624.93242253.1054687530.21450057-83.665-40.93418.92862301.06481481516.57860114-76.586-42.6211

16、0.90332350.1526331025.015026844-72.63-44.7333.3705124000-73.613-42.4990近休止24500-77.037-35.922025000-79.874-29.071025500-82.104-21.999026000-83.709-14.759026500-84.677-7.4073027000-850.00094027500-84.6767.40919028000-83.70814.7611028500-82.10322.0006029000-79.87429.0727029500-77.03635.9235030000-73.6

17、1242.5009030500-69.62748.7549031000-65.11354.6378031500-60.10360.1048032000-54.63665.1145032500-48.75369.6286033000-42.49973.6127033500-35.92177.0367034000-29.07179.8743034500-21.99882.104035000-14.75983.7089035500-7.40784.67670360000.001258504d.驗證壓力角并求推桿平底長度推程段最大壓力角為20.9615°,相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為40°，回

18、程段最大壓力角為28.2423°，相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角為210°，因推程時 = 20.9615°< = 30°,回程時 = 30.83°< = 70°80°（力封閉的凸輪機構(gòu)），所以r0 取值合適。推桿平底長度l為：查上表可得=53.7,代入上式得：l115mm第三章 傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1傳動系統(tǒng)類型選擇由任務(wù)書要求，根據(jù)實際要求，傳動系統(tǒng)可采用機械式固定傳動比的減速傳動機構(gòu)3.2傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計1a.系統(tǒng)運動設(shè)計傳動系統(tǒng)采用減速器,鏈初步選定減速器為兩級硬齒面圓柱齒輪減速器，鏈為單排滾子鏈2b.執(zhí)行體統(tǒng)輸出功率的確定

19、通過類比可知，執(zhí)行系統(tǒng)的輸出功率為50W3c.查表得出各傳動副的效率鏈傳動效率： = 0.955聯(lián)軸器效率： = 0.99深溝球軸承： =0.99斜齒輪嚙合效率：= 0.97減速器效率： 0.972* 0.9940.90傳動總效率: = 0.95 *0.90*0.99=0.854d.用靜態(tài)法計算動力機所需功率 所需電動機功率 : =0.05/0.850.0588kW58.8W5e.電動機的選擇執(zhí)行機構(gòu)凸輪的轉(zhuǎn)速n12r/min查機械設(shè)計手冊，可選Y系列三相異步電動機Y90S-6，額定功率P00.75kW，同步轉(zhuǎn)速1000r/min;或選Y2系列三相異步電動機Y2-801-8，額定功率P0=0.

20、18kW，同步轉(zhuǎn)速630r/min.均滿足P0>Pr。電動機數(shù)據(jù)及傳動比方案號電機型號額定功率效率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速質(zhì)量總傳動比1Y90S-60.750.72510009102375.82Y2-801-80.180.517506301752.5比較兩種方案可見，方案2選用的電動機質(zhì)量和價格較低，傳動比也不太大。也使得傳動裝置緊湊，所以決定選用方案2電動機型號為Y2-801-8.查表得其主要性能如下電動機額定功率 P0/ kw0.18電動機軸伸長度E/mm40電動機滿載轉(zhuǎn)速 n0/(r/min)630電動機中心高H/mm80電動機軸伸直徑 D/mm19電動機效率/%516f.計算總傳動比，分

21、配傳動比總傳動比: I總=no/n =630/12=52.5 鏈V帶傳動比為<724，取 3則減速器的傳動比：=52.5/3=17.57g.減速器的選擇查機械設(shè)計手冊第3卷：選用減速器ZLY 112-17.5-，其主要性能如下(單位：mm)：長A385寬B215高H265輸入輸出軸間距a192輸入軸伸直徑d122輸出軸伸直徑d248輸入軸伸長l136輸出軸伸長l282輸入軸距中心長L1141輸出軸距中心長L2192輸入軸鍵槽寬b16輸出軸鍵槽寬b214輸入軸鍵高t124.5輸出軸鍵高t251.58h.計算各軸功率和轉(zhuǎn)速0軸：即電機軸P0=0.18*0.51=0.0918kW=91.8Wn

22、0=630r/min T0=9550×P0/n0=9550×91.8×0.0010.18/630=12.3973軸：即減速器高速軸P1= 91.8×0.995=90.987.2Wn1= n0/ =630/13=630210r/minT1=9550×P1/n1=9550×90.987.2×0.001/63210=1.383.97軸：即減速器低速軸P2= P1·=90.987.2×0.90=81.878.5Wn2=n1/=630210/17.5=3612r/minT2=9550×P2/n2=9550×81.878.5×0.001/3612=21.7062.47軸：即凸輪軸P3= P2·=81.8×0.95=77.71Wn3=n2/=36/3=12r/minT2=9550×P2/n2=9550×77.71×0.001/12=61.84將上述結(jié)果匯總?cè)缦卤恚焊鬏S運動及動力參數(shù)軸序號功 率P/ W轉(zhuǎn) 速n/(r/min)轉(zhuǎn) 矩T/N.m傳動形式傳動比i效率0軸91.86302.73帶傳動3095軸87.2