装钉机结构设计毕业论文

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）装钉机结构设计摘 要 随着人们生活水平的日益提高，角钉机的需求量在不断增加，同时对角钉机的质量和性能也提出了更高的要求。提高角钉机的质量很容易，但改善角钉机的性能却很难，而改善角钉机的性能是提高其质量的唯一途径。 在机械加工中，角钉机主要包含机壳和压掣装置所机构，该机壳内部设有出钉装置上端面设有呈九十度的定位架而定位架可于机壳的上端面前后位移调整距离；该压掣装置包含有两气缸、一固定架、一调整块及一压掣杆，两气缸设于机壳内部，并令气缸的缸轴凸出机壳上端面，固定架则横设于两气缸的缸轴顶端，固定架的中央位置利用螺栓锁合调整块关键词：角钉机；气缸；固定架 AbstractAs people's living standards increasing, corner of the nail in the ever increasing demand, while the angle of nailing the quality and performance have a higher demand. Kok improve the quality of nails very easily, but to improve the performance angle nail-but it is very difficult, and improve the angle of the nail is to improve the quality of performance the only way.In machining, Kok nail-contained chassis and the main pressure valves installed by the body, the internal chassis with a nail on the end device with a Jiu Shiduo the frame and chassis frame to be the top post in front of Displacement adjustment distance of the pressure valves device contains two cylinders, a fixation, an adjustment blocks and a pressure-valve, the two cylinders at the inside case, the cylinder and the cylinder axis protruding chassis end, Fixator is horizontal cylinder in the two top of the cylinder axis, the fixation of the central position of a bolt lock adjustment block.Keywords ：Kok nail；Cylinder; fixation目录 第1章 绪论41.1 题目来源及调研情况51.2 课题选择的意义51.3 设计任务要求5第二章 装钉机结构设计62.1 概述62.2装钉机结构设计62.2.1动力来源72.2.2结构的选用72.2.3机构的联接72.2.4 导向的设计72.3装钉枪的设计82.3.1前言82.3.2使用要求92.3.3使用说明92.3.4 安全细则102.3.5 钉枪的形状与尺寸10第三章 水平滑台的设计123.1设计任务123.2设计参数的确定123.2.1脉冲当量的确定123.2.2传动比的确定123.2.3初选步进电机123.3丝杠的选型及计算133.3.1计算丝杠承受的质量133.3.2滚珠丝杠螺母的选型和校核133.3.3最大工作载荷的计算143.3.4传动效率计算143.3.5刚度计算153.3.6滚珠丝杠螺母副的选择163.4轴承的选择173.4.1滚动轴承的分类及选用173.4.2安装方式及尺寸选择183.4.3润滑与密封193.5联轴器的选择203.6导轨的选型及计算213.6.1初选导轨型号及估算导轨长度213.6.2计算滚动导轨副的距离额定寿命223.6.3滚动导轨副的选择223.7电机的选择233.7.1选择电动机的基本原则233.7.2选择电动机的方法和主要步骤233.7.3电动机的种类和选择233.8电机的验算243.8.1传动系统等效传动惯量计算243.8.2电机转子转动惯量JD的折算253.8.3联轴器转动惯量JL的折算253.8.4滚珠丝杠转动惯量JS的折算253.9水平滑台的总体外形26第四章 结论28参考文献29致谢32声明33装钉机结构设计 第1章 绪论 1.1 国外装钉机械概述及发展 随着科学技术的发展和为满足人类生产及生活的需要，工业发展经历了一个从简单到复杂的过程，在这个过程中制造发明出了种类繁多、功能多样的机器。 装钉机属于高技术、高智能、高竞争的机电一体化产品，高技术成果都会在装钉机械产品中得到应用。国外的装钉机机械近些年有了新特点，主要有：一是生产高效率;二是资源的高利用率，高度的综合利用和发展循环经济；三是产品高度重视节能，重视降低成本； 四是高新技术实用化，提高生产效率，产品上水平、上档次；五是科研成果商品化， 使装钉机机械产品向知识密集化、技术综合化、产品智能化等方面发展。美国、日本、德国、意大利是世界上装钉机械四大强国。美国是世界上装钉机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的机械体系，其品种和产量均居世界之首。10多年来，美国始终保持着世界装钉机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制新型机械产品.从上世纪90年代初以来，美国装钉机械业一直保持着良好的发展势头。日本的装钉机械制造厂以中小企业为主，装钉机械的品种齐全，产品品种近 500 种，规格有 700 多个。装钉机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90年代以 来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在装钉机械中。德国、意大利、英国、瑞士和法国等， 都是世界上很重要的装钉机械生产国家。欧洲各国装钉机械业的一个共同特点，是出口比例(出口额占产值的比例)都很大，如德国和意大利近 80070 ,瑞士超过 90000，荷 兰出口额甚至大于产值，因为荷兰是欧洲很重要的贸易转口地。德国的装钉机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，享誉全球一些大公司生产的装钉机械集机一电一仪 及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。德国装钉机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占 80%左右，德国是世界上最大的装钉机械出口国。意大利是继美国、日本、德国之后的世界最大的装钉机械生产国，又是仅次于德国的第二大装钉机械出口国。意大利的装钉机械多用于食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点.在这样的形势下，我国的装钉机械产品由于品种少、技术水平低、产品可靠性差等原因，面临着激烈的国际竞争。 特别是我国近 5 年来，加快发展农产品深加工，建设节约型社会，发展循环经济和加大技术创新力度，造成新一轮技术引进高潮。如我国近年对农产品深加工总投资达到 320 多亿元，加工和装钉设备 80%以上靠进口。装钉机械作为专业性机械，除了同于普通机械的一般要求外紧凑、运转平稳、还有外表美观、传动装置精度高、生产效率 高等要求以很好地完成自身功能，适应市场需求。 1.2角钉机简介 角钉机是适用于制造照相、美术行业的木框架所使用的专用设备，此机是对已切下的框架木条进行拼装，在两相拼木条的接缝处打入长钉，使其牢固地连接从而拼装成长方形的装饰框架。角钉机设计的发展也经历了好几个阶段，过去的角钉机发展水平一般是可以同时打4颗钉的，而且速度比较慢，通常还只能钉一种钉，不能制作模钉，需要很大的改进和发展。 随着角钉机最近成为一个新兴的制造行业，角钉机的设计也在国际上属于比较先进的技术，近年来国内外有很多专家学者对角钉机的设计进行了研究，但由于受各方面技术条件的限制，有很多细节问题没有得到解决，还没有看到具有实用化价值的角钉机开发研究的报道，因此通过这一课题的研究可以对我国这方面的研究做点贡献。 角钉机采用气动装置为动力，整个压紧、送钉、打钉工序动作自动完成，其主要结构由压紧机构、送钉机构、；中钉机构、定位机构和气动系统组成。该机壳内部设有出钉装置上端面设有呈九十度的定位架而定位架可于机壳的上端面前后位移调整距离；该压掣装置包含有两气缸、一固定架、一调整块及一压掣杆，两气缸设于机壳内部，并令气缸的缸轴凸出机壳上端面，固定架则横设于两气缸的缸轴顶端，固定架的中央位置利用螺栓锁合调整块。 压紧机构由压缩空气驱动两压紧气缸同步向下动作，带动连接板、连杆和橡胶压头向下运动，将两相拼的木条压紧在工作台而实现压紧动作。在连接板上设有调节锁紧装置，实现连杆和橡胶压头的上下调节，适应不同厚度的木条。 送钉机构它是保证钉角机实现连续冲钉和使用相应不同高度的钉片。其利用拉簧将推钉座拉向冲钉座的方向，使推钉头压住钉片向前，实现连续送钉动作。 冲钉机构它是由冲钉气缸、冲钉头、冲钉座等组成工作原理是由压缩空气驱动冲钉气缸，推动冲钉头快速向上运动，将钉片从冲钉座里冲出，使钉片高速压入两木条内，实现冲钉动作。定位机构它是用来确定两相拼木条的；中钉位置主要由V形定位板、定位支座、定位接杆和定位挡圈等构成。操作时将两木条放在工作台上，由V形定位板定位相拼成90。直角，由定位挡圈确定前后的定位，可进行前后滑移。 角钉机的气动元件不多，但对其执行件气缸的回路动作顺序有较高的技术要求。其工作要求是在定位机构确定了两相拼木条的合理冲钉位置。接着踩下控制阀后，由两压紧气缸带动橡胶压头快速向下压，将两相拼的木条压紧在工作台上，完成压紧动作。再由冲钉气缸将钉冲出钉座，将钉压入两木条里，压紧动作与冲钉动作要按次序进行，即冲钉气缸要有延时要求。最后完成冲钉动作后，松开控制阀三只气缸同时快速回程，恢复初始状态。根据该机的工作技术要求，于是气动回路中采取以下的结构：在冲钉气缸的回路中串入可调单向节流阀。利用单向节流阀的原理作用，使气缸在冲钉动作中实现调速延时作用。调整时将单向节流阀微调至在压紧动作完成时， 中钉头才能将钉片冲出，且保证冲钉时有足够的压力，且较高速地压入木条里。为保证压紧气缸能快速向下动作，提高整机的工作效率，同时为了防止回路气压对冲钉气缸调速延时的影响，于是在压紧气缸的回路上加装有快速气阀，压紧气缸快速向下动作时，无杆腔的压缩空气可以经快速排气阀的0端快速排出。 本人通过对现有各种角钉机资料对比，根据机械结构、传动结构、生产效率、生产成本、噪声震动影响等多方面考虑，确定出一套先进的角钉机的设计方案，为未来工业对角钉机加工的需求提供一定的技术参考，带动角钉机的发展，为社会带来一定的社会效益和经济效益. 1.3 课题选择的意义随着人们生活水平的日益提高，角钉机的需求量在不断增加，同时对角钉机的质量和性能也提出了更高的要求。提高角钉机的质量很容易，但改善角钉机的性能却很难，而改善角钉机的性能是提高其质量的唯一途径。 角钉机可以广泛使用到木、塑料框中。但是目前国内关于角钉机的设计这一方面基本上属于空白，通过进行这一课题的研究可以对我国这方面的研究做点贡献。同时通过角钉机的设计训练，能够将所学的专业知识综合运用到机械工程设计中，熟悉并掌握机械设计的过程、步骤和方法，得到有关机械设计课题的研究与设计工作方面的基本训练。 14 设计任务要求 1.查阅文献了解目前国内外角钉机的发展概况 2.完成角钉机的方案设计，并作方案比较和技术经济分析 3.完成角钉机的结构设计，绘制结构草图 4.对运动机构进行校核计算、分析，写入设计说明书 5.计算机绘制角钉机的装配图，要求设计合理并符合国家有关标准 6.完成轴类、盘类或箱体等零件的零件图设计，计算机绘制零件图 7.设计总图量A0图纸1张；A1图纸2张；A2图纸一张 8按毕业设计指导书要求完成 1.5 进度安排 1. 03-503-15 调查研究、收集资料，完成开题报告； 2. 03-1603-26 确定设计方案； 3. 03-2705-21 设计、有关说明及计算； 4. 05-2206-2 打印图纸及说明书； 5. 06-3066 修改完善图纸及说明书。 6. 06-6 学生答辩第二章 装钉机构设计 21 概述 角钉机主要包含机壳和压掣装置所机构，该机壳内部设有出钉装置上端面设有呈九十度的定位架而定位架可于机壳的上端面前后位移调整距离；该压掣装置包含有两气缸、一固定架、一调整块及一压掣杆，两气缸设于机壳内部，并令气缸的缸轴凸出机壳上端面，固定架则横设于两气缸的缸轴顶端，固定架的中央位置利用螺栓锁合调整块。 22 装钉机结构设计 22.1 气缸结构选用气缸的效率取决于密封的种类，气缸内表面和活塞杆加工的状态及润滑状态。此外，气缸的运动速度、排气腔压力、外载荷状况及管道状态等都会对效率产生一定的影响。气缸的特性分为静态特性和动态特性。气缸的静态特性是指与缸的输出力及耗气量密切相关的最低工作压力、最高工作压力、摩擦阻力等参数。气缸的动态特性是指在气缸运动过程中气缸两腔内空气压力，温度，活塞速度、位移等参数随时间的变化情况。它能真实地反映气缸的工作性能。（1） 气缸缸径。根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力，由此计算出气缸的缸径。气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。首先，根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载F，再由气缸平均运行速度来选定气缸的负载率，初步选定气缸工作压力（一般为0.4 MPa0.6 MPa），再由 F，计算出气缸理论出力Ft，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径。 选用缸径为50mm。（2）气缸的行程。气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选用满行程。多数情况下活塞杆承受的是推力负载，细长杆件受压易产生弯曲变形，必须考虑压杆稳定性。 由于钉子的尺寸为42*19mm，因此气缸的行程不必选的过大，一般选用行程30-50mm的就可以。（3）气缸壁厚。一般气缸缸筒壁厚与内径之比为 按公式计算出的壁厚通常都很薄，加工比较困难，在此设计过程中按照加工工艺需求，适当增加壁厚，尽量选用标准钢管或铝合金管，此处选用标准钢管5mm。缸筒材料常用20钢无缝钢管，铝合金2al2，铸铁HT150和HT200等，此处选用不锈钢材料。（4）气缸的安装形式。气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。一般情况下，采用固定式气缸。在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。有特殊要求时，应选用相应的特种气缸。 （5）气缸的缓冲装置。根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。 气缸在行程末端的运动速度较大时，仅靠缓冲垫已不足以吸收活塞对端盖的冲击力，可在缸内设置气缓冲装置。气缓冲装置是由缓冲套、缓冲密封圈和缓冲阀等组成。 活塞向右运动时，右缓冲套接触右缓冲密封圈，活塞右侧便形成一个封闭气室，称为缓冲腔。此缓冲腔内的气体只能通过缓冲阀排出。当缓冲阀开度很小时，缓冲腔向外排气很少，活塞继续右行，则缓冲腔内气体处于绝热压缩，使腔内压力较快上升。此压力对活塞产生反作用力，从而使活塞减速，直至停止，避免或减轻了活塞对缸盖的撞击，达到了缓冲的目的。调节缓冲阀的开度，可改变缓冲能力，故带缓冲阀的气缸，称为可调缓冲气缸。缓冲阀顺时针回转，缓冲能力增强，逆时针回转，缓冲能力减弱。缓冲阀节流过大，活塞接近行程终端前，可能会出现弹跳现象，需注意。当活塞反向向左运动时，缓冲密封圈的作用如同单向阀一样，气压力压开缓冲密封圈的唇部，允许压缩空气流向活塞，推动活塞返回。因缓冲密封圈有节流作用，为使活塞能迅速返回，缓冲行程不宜长。 对小缸径长行程气缸，没有缓冲阀，在端盖上开有很小的横节流孔。当活塞运动到行程末端，由于排气不畅而形成较大背压，也可起到气缓冲作用，这种结构称为不可调气缓冲气缸。加大恒节流孔，可使气缸的运动速度增大。 （6）磁性开关。当气动系统采用电气控制方式时，可选用带磁性开关的气缸。 （7）其它要求。如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。（8）气缸密封。气缸密封的好坏，直接影响气缸的性能和使用寿命，正确设计，选择和使用密封装置，对保证气缸的正常工件非常重要。对密封件的基本要求有如下几点：在一定的压力和温度范围内具有良好的密封性能。摩擦阻力小，摩擦系数稳定。磨损小，磨损后在一定程度上能自动补偿，工作寿命长。与工作介质相适应。结构简单，装拆方便，价格低廉。密封元件的材料选用耐油橡胶密封，形状选用0形密封圈工作可靠，静摩擦因素大，活塞的结构比较简单，适用范围广。 最终选用气缸缸径为50mm，其行程为40mm，使用压力为3.5-7kgf/cm2.如图2-1所示：图 2-1 法兰式气缸 22.2 结构的设计气缸的活塞杆头部有螺纹孔，用来推钉子的扁板头部有一段焊接的螺纹杆与活塞杆装配成一体，之后就是通过气缸的行程和压力来完成扁板冲击钉子实现装钉的。在冲压气缸上面应当还要有一个用来使下端装订机构上下移动的气缸，来保证在装钉时使钉枪顶住三合板，而在装钉完成后水平工作台移动时把装订机构提起，这样就实现了装钉的顺利完成。 22.3 机构的联接冲压气缸与移动气缸之间使通过联接板用螺栓联接在一起的，联接板上下都是气缸的法兰盘，通过法兰盘的四个孔再把联接板打成同样大的孔来用螺栓把住。此连接优势在于易于安装，无需特殊工具，易于检测，连接耐用 （，不易损坏），紫外线稳定，非金属材料可重复使用等。由于底部的装钉枪也要固定，因此通过一U型板使枪把和墙头联接在上面，而U型板则是在冲压气缸下部的法兰盘处通过螺栓与联接板都联接在一起，这样就保证了装订机构的联接稳定。 22.4 导向的设计为了保证整套装钉机构能够按着预定的轨迹运动，而不使得枪头跑偏，应在联接板的两端设有导向杆来确保装钉枪能够准确的上下移动。为了提高导向杆的工作效率和延长寿命，在联接板里应装有导向轴套。而导向杆的头部制作成螺纹杆，在其下面要有一段光杆深入联接板里，这样才能固定住导向杆。考虑到所要钉装的结构厚度不同，所要使用的钉子也要有所不同，考虑使用三种型号钉子小型，中型与大型。所以设计气缸缸径不同的三种装订结构依附在导向杆上可以旋转使用，依照钉装物体不同选择需要的钉装结构。如2-2图所示：图 2-2 装钉机构 23 装钉枪的设计 23.1 本产品属风动工具，用于家具制作、木箱及模板制作等。适用钉规格：线径：1.2*0.6mm; 肩宽:42mm; 长度:19mm. 23.2 使用要求1请配置空气过滤器，确保空气之清洁，以保证工具寿命；2. 导气橡胶管长不宜超过5米；3.无漏气现象，并保持清洁、干燥及管内无杂质、杂屑，以免对工具之零部件造成损害。 23.3 使用说明一、装钉1. 卸下气缸接头，在无动力下进行，以免造成伤害；2. 选择需要之规格的钉子；3. 拉开推钉器将钉子装入钉槽；4. 将推钉器推入，关闭弹匣。二、打钉作业1. 请将枪头对准工作物，之后再准备启动气缸打钉；2. 请勿空打，以免损坏钉枪零件；3. 请勿向我工件处击射，以免造成伤害。三、保养1. 请与使用前在接头处向内加入1-2滴润滑油，以保持内部零部件润滑，增加工作效率与工具寿命；2. 请保持钉匣与枪头内外清洁，无任何杂物或胶水；3. 请勿任意拆卸工具，以免损坏；4. 工具如不能正常作业，请及时维修。 23.4 安全细则1、使用工具前，请详细阅读说明书；2、请保证使用之空气压力在8kgf/cm2以内； 3、请勿接近工作处，以免造成伤害；4、请勿使用氧气、瓦斯气体等易燃易爆气体作为工具的动力来源；5、请正确选用钉子规格，以免发生卡钉，造成工具损坏；6、钉枪的头部必须要有端盖用螺钉把在上面，以免钉子会飞出来；7、如发生安全装置故障，请勿继续使用；8、工具停止使用或维修时，请务必卸下接头。 23.5 钉枪的形状与尺寸图 2.3 钉枪第三章 水平滑台的设计 31 设计任务本课题设计的任务是设计一个X-Y水平工作滑台，运用单片机控制步进电动机，实线预定轨迹的两坐标驱动装置。 32 设计参数的确定系统分辨率 001mm由静上到最大快进速度过度时间Tp 01s一03s作台行程 横向 500mm 纵向 400mm最大快进速度 纵向和横向 5mm/min 32.1 脉冲当量的确定脉冲当量p即系统分辨率。本设计中，p=0.01mm 32.2 传动比的确定当i=1时，可使步进电机直接与丝杠联接，有利于简化结构，提高精度。因此本设计中取i=1. 32.3 初选步进电机根据公式i= bL0/360p (11) 其中i为传动比，b为电机步距角，L0为滚珠丝杠导程，p为脉冲当量。因为i=1 ，p=0Olmm，现取L0=4mm，可得b=0.9。查机电综合设计指导初选步进电机型号为HC-KFS410。 33 丝杠的选型及计算 33.1 计算丝杠承受的质量工作台的行程为 X=500mm，Y=400mm。工作台尺寸一般为工作台行程的1.1倍。所以：X=500X1.1=550mm，Y=400X1.1=440mm。圆整,取X=600mm，Y=500mm。选择工作台的型槽为T型槽，查机械工人切削手册(机械工业出版社P603)可得所选T型槽的参数： A=14mm B=24mm C=10mm H=25mm一般工作台厚度为T型槽厚度的2倍,即2X25=50mm工作台质量：M0=pv=7.8X10-3X39X33X5=50.193kg，即纵向丝杠所承受的质量。因工作台有T型槽，故取M0=46kg。(减去3个t型槽的重量得到的大概数值)横向丝杠所要承受的质量M为工作台质量加上拖板质量，一般以工作台质量的3.5倍计。即M=3.5X46=161kg。 33.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核滚珠丝杠螺母副初步选型的主要依据是根据最大工作载荷和最大静载荷。初步选型后，进行轴向刚度验算和压杆稳定性验算。 33.3 最大工作载荷的计算本设计中，选用矩形滚动直线导轨。见机电综合设计指导P16，得滚珠丝杠上的工作载荷：Fm=KFL+f(FV+FC+G) (1-3)其中，FL为工作台纵向进给方向载荷, FV为工作台垂直进给方向载荷，FC为工作台横向进给方向载荷，G为移动部件重力。K和f分别为考虑颠覆力矩影响的实验系数和导轨上的摩擦系数，对于矩形滚动导轨取K=1.1，f= 0.005。Fm =1.1X308.378+0.005X(205.586+102.793+161X9.8)=348.647Nn=1000v/L0=1000X5X0.3/4=416.667r/min因为，L=60nt/106=60X461.667X15000/106=375X106r得C=3771N本设计选外循环滚动螺旋副：FFB3204-2查袖珍机械设计师手册表P1014表19-24，根据工。L0=4mm，选丝杠公称直径dm=32mm。 33.4 传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为=tg/tg(+) (1-4)式中：为丝杠螺旋升角，为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f=0.0030.004，其摩擦角约等于10，。所以，=tg/tg(+)=tg3039/tg(3039+10)=0.96 33.5 刚度计算滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计，只要滚珠丝杠支承的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不予考虑。A. 丝杠的拉压变形量1滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量，其计算公式为 1=±FmL/EA (1-5)式中: 1为在工作载荷Fm作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量(mm)： Fm为丝杠的工作载荷(N)；L为滚珠丝杠在支承间的受力长度(mm2)；E为材料弹性模量，对钢E=20.6BXl04MPa;A为滚珠丝杠按内径确定的截面积(mm2)；“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。 根据滚珠直径DW= 2.38lmm， 公式见机电一体化设计基础P25，其中，dm为丝杠公称直径; d1为丝杠底径。 取纵向进给的丝杠长度L=500mm，横向进给的丝杠长度L=400mm。 1=348.647x400/20.6x10-4x242.941=31.350x10-4mm=0.0031mmB滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。其计算公式:有预紧时 2=0.00013Fm/DWFYJZE2 (1-6)式中：DW为滚珠直径(mm)；ZE为滚珠总数量; ZE=ZX圈数X列数； Z为一圈的滚珠数，Z=3.14dm/DW(外循环)；dm为滚珠丝杠的公称直径(mm); Fm为滚珠丝杠的工作载荷(kgf)；FYJ为预紧力(kgf，lkgf=9.8N)，取工作载荷Fm的1/3。因为，Z=3.14x20/2.381=27ZE=ZX圈数X列数=27X2.5X1=67.5因为滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为工作载荷的1/3时，2值可减少一半左右。所以纵向和横向2=0.0021mm。C滚珠丝杠副刚度的验算丝杠的总的变形量=1+2应小于允许的变形量。一般不应大于机床进给系统规定的定位精度值的一半。机床进给系统规定的精度值为0.0lmm，其一半为0.005mm。所以，总的变形量和机床进给系统规定的定位精度值的一半相差不大，故纵向和横向的滚珠丝杠可以满足要求。本设计中，丝杠为短丝杠，故支承方式选用一端轴向固定一端自由，即fZ=0.25。I=3.14d14/64=3.14x17.5924=4699.055(mm4) (1-7) 33.6 滚珠丝杠螺母副的选择根据最大动载荷选用，其代号为：FFB3204-2如图3-1：图 3-1 丝杠副 34 轴承的选择 34.1 滚动轴承的分类及选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件的滚动接触来支承转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等优点。如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。主要承受径向载荷Fr的轴承叫做向心轴承，其中有几种类型还可以承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷Fa的轴承叫做推力轴承，轴承中与轴颈紧套在一起的叫轴圈，与机座相联的叫座圈；能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫作向心推力轴承。向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点（线）处的法线N N与半径方向的夹角叫作轴承的接触角。轴承实际所承受的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的合力与半径方向的夹角，则叫做载荷角。根据设计的需要我选择了角接触球轴承，它属于向心轴承类，这类轴承可以承受轴向载荷及径向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关。接触角大的，承受轴向载荷的能力也高。 34.2 安装方式及尺寸选择轴承的安装方式我采用了面对面排列方式（如图3-2）图 3-2 面对面式轴承这种方式载荷作用中心处于轴承中心线之内，此时轴承外圈窄端面相对。这种排列结构简单、拆装方便。当轴受热伸长时，轴承游隙减小，容易造成轴承卡死，因此要特别注意轴承游隙的调整。选定轴承型号7004DFGMP5，径向额定静载荷（由机械手册可知）Cor = 13800N ，极限转速n = 420r/min1计算附加轴向力轴承径向载荷由力学公式计算：Fr1 = 2100N , Fr2 = 810N附加轴向力（由参考文献4P619式12-14可知）S1 = 1428N,S2 = 551N2. 当量静载荷验算由机械手册可知，Por1 = 1593 , Por2 = 10353极限转速验算由由机械手册可知，f1 = 1 , f2 = 0.95f1f2No = 9025r/min n 故选用合适4. 轴承尺寸如图3-3：图 3-3 角接触轴承 34.3 润滑与密封滚动轴承润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，也有吸振、冷却、防锈和密封等作用。在设计中我选用了脂润滑的方式，脂润滑能承受较大的载荷，且结构简单，易于密封。润滑脂的装填量以填满轴承空间的1/3 1/2为宜。高速时应仅充填至1/3后或更少。装填量过多，易于引起摩擦发热，影响轴承的正常工作。润滑脂的更换期限，应适合一般中修期，或在拆卸部件时进行更换。为使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境，充分发挥轴承的性能，滚动轴承必须具有适当的密封装置。设计中我采用单毡圈式密封，它主要用于脂润滑，工作环境比较干净的轴承密封。一般接触处的圆周速度不超过4 5m/s，允许工作温度可达90。如果轴表面经过抛光，毛毡质量较好，圆周速度可允许到7 8m/s。 35 联轴器的选择根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器型。具体选择时可考虑以下几点：所需传递的转矩的大小和性质以及对缓冲减振动功能的要求。例如，对大功率的载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器，由于良好的综合性能，广泛使用于一般的中小功率传动。因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角速度应相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力。从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。本次设计中选用的是SEA系列的凸缘联轴器，它是把两个带有凸缘的半联轴器通过配合分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递运动和扭矩。这种联轴器有两种主要的结构形式：普通的凸缘联轴器，通常是靠饺制孔用螺栓来实现两轴对中。联轴器尺寸见图3-4：图 3-4 联轴器 36 导轨的选型及计算 36.1 初选导轨型号及估算导轨长度导轨为直线滚动矩形导轨，本设计中共用4条导轨，每条导轨用2个滑块，根据纵向最大动载荷C=3710.317N，横向最大动载荷C=3771.270N，初选4条导轨的型号都为GGB20BA。其部分参数如下：l1=20mm，l2=60mm根据工作台的长度和工作台的行程，得公式l= 2l1+ nl2;式中l为支座长度；n为导轨两孔之间的距离。可算得纵向导轨的n=12，横向导轨的n=11。估算出导轨的长度为：横向进给的导轨长度为1200mm，纵向进给的导轨为1100mm。 36.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命L滚动导轨副的距离额定寿命可用下列公式计算：滚动体为球时 L=50(CafHfTfC/FfW)3 (3-8)式中：L为滚动导轨副的距离额定寿命(km)；Ca为额定载荷(N)，从机电综合设计指导表2-10查得Ca=19lOON；fH为硬度系数导轨面的硬度为5864HRC时,fH=1.0;fT为温度系数，当工作温度不超过1000C时，fT=1;fC为接触系数，每根导轨条上装二个滑块时fC =0.81; fW为载荷/速度系数，有冲击振动或v>60mmin时，fW=2.0。F为每个滑块的工作载荷(N)。纵向:F=Fm/4=343.012/4=85.753N横向:F=Fm/4=348.647/4=87.162N当加工时，考虑到工作台要承受工件的重量和铣削力等载荷，而这些载荷都通过工作台直接作用滑块上，故取纵向和横向都为F=100N。所以，纵向和横向：L=50X(19100X1.0XlX0.81/100X2.0)3=23143827.08km>50kmL大于滚动导轨的期望寿命，满足设计要求，初选的滚动导轨副可采用。36.3 滚动导轨副的选择根据工作台的长度和工作台的行程,其代号为:GGB20BA由机电综合设计指导书查得GGB20BA的安装联接尺寸(mm) 如图3-5表示:图 3-5 导轨副3.7 电机的选择37.1 选择电动机的基本原则首先应考虑电动机的主要性能（包括运动、过载及调速等性能）、额定功率的大小、额定转速及结构型式等方面满足生产机械的要求；其次是在这个前提下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便的电动机。37.2 选择电动机的方法和主要步骤1.根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类和转速。2.根据供电电源的情况，选择电动机的额定电压。3.根据生产机械所需要功率和工作方式，确定电动机的额定功率。4.根据电动机安装的位置要求和场所环境，选择电动机的结构和防护型式。37.3 电动机种类的选择选择电动机的种类，首先要考虑的是电动机性能应满足生产机械的要求，例如过载能力、起动能力、调速性能指标及各种运转状态等。在此前提下，再优先选用结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便的电动机。在这几方面，交流电动机优于直流电动机；交流异步电动机优于交流同步电动机。根据以上原则和方法确定本次设计中选用步进电动机。因为设计中要保证水平滑台能够运行平稳，而且需要达到足够的功率，所以在选择电动机时要严格的按照选取原则来进行选择。再根据水平滑台的形状特点，确定使用两个电动机，而且根据水平滑台的设计要求，分别布置在不同的位置，一个在横向上，一个在纵向上。这既保证了水平滑台的运行功率同时也考虑了机器的运行平稳性，而且也大大的减少了占地位置，并且从经济上来看也是非常节约成本的。步进电机具有以下特点：1.步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在他们的大小未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；2.步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一步，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；3.控制性能好，在启动、停止、反转时不易产生“丢步”。因此步进电动机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可获得较高的位置精度。因此，本次设计选用的是HC-KFS410型号的步进电机38 电机的验算38.1 传动系统等效转动惯量计算传动系统是转动惯量是一种惯性负载，在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。本设计需要对电机转子,联轴节，丝杠，工作台进行转动惯量的计算。38.2 电机转子转动惯量JD的折算由机电综合设计指导表2-11 P34查出，初选HC-KFS410,JD=1.764kg.cm238.3 联轴器转动惯量JL的折算选用SEA系列的联轴器J10x22/J20x48 GB432384(查机械设计实用手册化学工业出版P666)，可查出它转动惯量为0.0004kg.cm2，得出了，JL=4kg.cm2。38.4 滚珠丝杠转动惯量JS的折算查机电综合设计指导表4-2 P119，得出长度为1m的滚珠丝杠的转动惯量为0.94kg.cm2，纵向进给的丝杠长度L=400mm，横向进给的丝杠长度L=500mm，所以滚珠丝杠转动惯量纵向JS=0.94X0.4=0.37kg.cm2 横向：JS=0.94X0.5=0.47kg.cm2。JG=(L0/2X3.14)2M=(0.4/2X3.14) 2X161=0.653 kg.cm2所以，纵向和横向所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。综上所述，所选用的步进电机HC-KFS410符合要求，可以使用。如图3-6：图 3-6 步进电机39 水平滑台的总体外形图 3-7 水平滑台结论 装订机的设计圆满完成了。它主要分为两大部分，一部分是装订机机构的设计，另一部分是水平滑台的设计。装订机构主要包括气缸、联接板、钉枪，通过气缸的压力来完成移动和装钉的，对气缸的缸径的选择十分关键，它关系到气缸对物件的行程和冲击力。而对于水平滑台设计也要控制好它的行程，因为工作台与放料仓的工作台是接触的，要防止两者相撞，这样对导轨、丝杠、电机的选择就尤为重要了。 完成角钉机的方案设计，并作方案比较和技术经济分析.完成角钉机的结构设计，绘制结构草图，对运动机构进行校核计算、分析，写入设计说明书，计算机绘制角钉机的装配图，要求设计合理并符合国家有关标准，完成轴类、盘类或箱体等零件的零件图设计，计算机绘制零件图设计总图量A0图纸1张；A1图纸2张；A2图纸一张 ，按毕业设计指导书要求完成 在本次设计过程中，不仅让我把在大学所学到的专业知识从理论运用到了这里，还使我学到了以前没有接触到的知识，让我进一步巩固了我的专业知识。同时也让我对自己有了更深一点的了解，让我看到了自己在某些方面的不足，使自己能更好的完善自我，为我今后的学习和工作打下坚实的基础。参考文献【1】. 郑文纬，吴克坚主编.机械原理（第7版）.北京：高等教育出版社，2007【2】. 濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第7版）.北京：高等教育出版社，2008【3】. 王三民，诸文俊主编.机械原理与设计.北京：机械工业出版社，2000【4】. 哈尔滨工业大学等机械制造理论基础上海：上海科学技术出版社， 2003【5】. 高波，机械制造基础，大连理工大学出版社，2006年8月第1次印刷.【6】龚桂义机械设计课程设计指导书第二版北京：高等教育出版社，2009【7】.邓红星,李兴粉,柳霞.车床床头箱轴承孔精度修复的办法.内燃机与动力装置.2008【8】.朱冬梅，胥北澜画法几何及机械制图第五版北京：高等教育出版社，2010【9】.刘品，刘丽华互换性与测量技术基础修订版哈尔滨工业大学出版社，2010【10】.毛谦德，李振清袖珍机械设计师手册第二版北京：机械工业出版社，2011【11】.机械设计手册编委会机械设计手册第一卷新版北京：机械工业出版社，2009【12】F.Liu, H.J.Cao. The Theory System Framework of GreenManufacturing.Chinese Mechanical Engineering,2010【13】M.A.EL.Baradie.A fuzzy logic model for maching-dataselection. Int.J.Mach. ToolsManufact.2009 致 谢经过十五周时间的设计，本人的毕业设计工作终于画上了完美的句号。我由衷的感谢学校四年来的精心培育，感谢老师们的谆谆教导，感谢同学们的大力支持与帮助。衷心感谢导师郝兆鹏老师。本论文的顺利完成离不开郝兆鹏老师的悉心指导和无私关怀。郝兆鹏老师严谨的科研作风，宽广的知识面和踏实的工作精神为我今后的学习和工作树立了榜样。在设计过程中郝兆鹏老师给予了很多指导性建议，给我创造了良好的学习、设计环境，给我带来了很多先进的研究思想和方法。为我以后的学习和工作打下了坚实的基础。- 37 -黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）