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無錫太湖學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 題目： 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè) 學 號： 　　0923108　 學生姓名： 張亞衛(wèi) 指導教師： 何雪明（職稱：副教授 ） 2012年5月12日 課題來源 ：工廠 科學依據(jù)： 1.課題的科學意義 圍板箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，具有可重復使用，能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點。且越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。 2. 研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 研究內(nèi)容： 圍板包裝箱作為產(chǎn)品的外包物流設(shè)備具能夠重復使用，可回收、降低運輸成本、環(huán)保等優(yōu)點。在運輸產(chǎn)品方面受到廣泛的運用，需求日益增加。現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，并且在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，嚴重影響著圍板箱的應(yīng)用。 通過對現(xiàn)有圍板箱生產(chǎn)工藝的分析研究，并結(jié)合圍板箱生產(chǎn)上的要求，提出了生產(chǎn)工藝改進方案。依據(jù)凸輪技術(shù)為基礎(chǔ)，完成圍板包裝箱自動化鉚接裝置的設(shè)計，通過對自動化鉚接裝置的分析，描繪出機床的工作循環(huán)圖，裝配圖及電氣控制圖等，利用UG軟件對鉆鉚系統(tǒng)進行三維建模。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析，熟悉圍板加工流程，對工作過程進行具體分析研究，了解圍板目前生產(chǎn)工藝，分析改進。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析： 方案：放第一塊圍板定位夾緊——鉆四個孔——移位對圍板另一端進行鉆孔——移位——定位夾緊上鉸鏈——插8個鉚釘——鉚接8個鉚釘——移位 可行性分析：實現(xiàn)圍板的鉆孔后對兩塊圍板的一次定位夾緊，上鉸鏈鉚釘，鉆鉚移位。對鉆孔后圍板的一次定位夾緊加工，避免了圍板在上鉸鏈鉚釘?shù)牡倪^程中因為移位而導致鉚釘無法裝配到位的問題。很大程度上縮短了的生產(chǎn)時間提高了圍板的生產(chǎn)效率。 研究計劃及預期成果： 2012年11月12日-2009年12月25日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。 2013年1月11日-2013年3月5日：填寫畢業(yè)實習報告。 2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。 2013年3月15日-2013年3月21日：學習并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。 2013年3月22日-2013年4月11日：UG三維建模。 2013年4月12日-2013年4月25日：圍板包裝箱自動化鉚接裝置模型的設(shè)計 2013年4月26日-203年5月20日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。 特色或創(chuàng)新之處： 通過對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的分析，提出對鉆孔后圍板的一次定位夾緊對一個鉸鏈的鉚接思想，用UG繪圖軟件進行三維建模，模擬仿真，較直觀的檢驗方案的可行性。 已具備的條件和尚需解決的問題 用UG軟件對所設(shè)計的圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線進行三維實體仿真，針對現(xiàn)有圍板生產(chǎn)工藝的分析，結(jié)合實際生產(chǎn)過程中存在的各種問題，對圍板包裝箱生產(chǎn)線做合理的改進。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室（學科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領(lǐng)導簽名： 年 月 日 編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　0923108　　　 學生姓名： 張亞衛(wèi) 指導教師： 　 何雪明（職稱：副教授） 2013年5月20日 43 無錫太湖學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械93 .學 號： 0923108 作者姓名： 2013年 5 月 20日 無錫太湖學院 信 機系 機械工程及自動化專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 題目 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源：工廠 選題依據(jù)：圍板箱是由托盤、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板的四片木板用鉸鏈連接。由于裝箱的靈活性、對裝載物的適應(yīng)性和重復使用性，圍板箱被廣泛應(yīng)用與機械、化工、電子、五金一集其他領(lǐng)域的物流配送，具有能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點。 作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，圍板箱越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而， 現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。 這嚴重影響著圍板箱的應(yīng)用。為了提高勞動生產(chǎn)率， 降低工人勞動強度， 節(jié)約生產(chǎn)成本， 我們對圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進行了研究，設(shè)計出了適應(yīng)與圍板箱生產(chǎn)的圍板自動化生產(chǎn)線鉚接裝置。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： ① 熟悉圍板包裝箱加工的發(fā)展歷程，以及近幾年對圍板包裝箱生產(chǎn)工藝的改進方法 ② 熟練掌握用UG 繪制三維模型的方法 ③了解近幾年對圍板箱生產(chǎn)工藝的改進 ④設(shè)計出合理的圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置 四、接受任務(wù)學生： 機械93 班 　　姓名 張亞衛(wèi) 五、開始及完成日期： 自2011年11月7日 至2012年5月25日 六、設(shè)計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 摘 要 圍板箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，具有可重復使用，能回收、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點。且越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而，現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，并且在生產(chǎn)中人工所占工作量較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，勞動強度高以及質(zhì)量不穩(wěn)定等隱患，嚴重影響著圍板箱推廣和應(yīng)用。為了提高勞動生產(chǎn)率，降低工人勞動強度，節(jié)約生產(chǎn)成本，我們對圍板箱的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進行了分析研究，對現(xiàn)有工藝進行綜合、設(shè)計，設(shè)計出了適應(yīng)與圍板箱生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)線鉚接裝置。本文就自動鉚接裝置的設(shè)計做以下說明。 1) 通過對現(xiàn)有圍板箱生產(chǎn)工藝的分析研究，并結(jié)合實際生產(chǎn)過程中對圍板箱生產(chǎn)上的要求，提出了對圍板包裝箱生產(chǎn)工藝的改進方案，通過比較，分析其合理性和可行性。 2) 將所設(shè)計的圍板包裝箱自動化生產(chǎn)機構(gòu)分成七大部分，并以凸輪技術(shù)為基礎(chǔ)，分別進行設(shè)計，通過試驗分析最終完成了自動鉆鉚機的設(shè)計。 3) 設(shè)計完成以后，利用三維建模軟件UG建立了自動鉆鉚機中的鉆孔、鉆鉚系統(tǒng)的三維實體模型，包括弧面凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)，鉚接機構(gòu)等。 4) 利用動力學分析軟件ADAMS對弧面凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)的虛擬樣機進行了運動學分析，得出了工作時的鉚接筒的轉(zhuǎn)位角速度、角加速度。這為弧面凸輪分度機構(gòu)的優(yōu)化提供了參照。 利用建立的鉚接系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)位機構(gòu)、鉆孔機構(gòu)的虛擬樣機，進行了仿真 分析，得到了機構(gòu)中從動件的運動規(guī)律及受力情況，這對我們在進行圍板包裝箱 自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計及機構(gòu)的修改有一定的指導意義，也為我們的設(shè)計節(jié)省了時間，減少了經(jīng)濟損失。 關(guān)鍵詞：圍板箱，自動鉆孔、鉚接裝置，凸輪機構(gòu) Abstract Coaming box as product outsourcing logistics facilities, is a reusable, can recycling, reduce cost, environmental protection, etc. And more and more popular with customers, huge usage.however, the existing coaming box backward production mode, and in the production of artificial workload is bigger, which makes the coaming box production there is a low production efficiency, high labor intensity and the quality is not stable etc, seriously affecting the coaming box promotion and application. In order to improve the labor productivity, reduce the workers labor intensity, saving the production cost, our existing to coaming box, this paper analyzes the production technology, comprehensive, design of the existing technology, designed the coaming box production to adapt to a riveting device of the automatic production line. In this paper, the design of automatic riveting device to do the following instructions. 1) through the analysis of the existing coaming box production technology research, and combining the actual production process to coaming box production request, proposed to the coaming packing production process improvements, through the comparison, analysis of its rationality and feasibility. 2) to the design of the automatic drilling and riveting machine is divided into seven parts, and on the basis of CAM technology, design, respectively, through the test analysis finally completed the design of the automatic drilling and riveting machine. 3) after the completion of the design, the use of three-dimensional modeling software UG to establish the automatic drilling and riveting machine in the virtual prototype model of drilling and riveting system, including the curved CAM indexing mechanism, riveting, etc. 4) using dynamic analysis software ADAMS to curve of CAM indexing mechanism, the authors carried out a kinematical analysis on the virtual prototype, the work is obtained when the riveting tube inversion angular velocity and angular acceleration. For the curve of CAM indexing mechanism that provides reference to optimization. Of riveting system with built in indexing mechanism, the drilling mechanism of virtual prototype and simulatedAnalysis, obtained the institutions of follower motion law and force, it in the coaming for our packing automatic production line riveting device design and mechanism of modification has certain guiding significance, as well as our design saves time, reduces the economic loss. Key words: coaming box, automatic drilling and riveting equipment, the CAM mechanism 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 1. 緒論 1 1.1 對圍板包裝箱生產(chǎn)工藝方法的分析及意義 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1．3 圍板箱的組成及優(yōu)點 2 2. 圍板箱生產(chǎn)線的工藝分析 3 2.1 圍板箱生產(chǎn)現(xiàn)狀的介紹 3 2.2對圍板加工工藝方法的確定 4 3. 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)工藝的設(shè)計要求及整體結(jié)構(gòu)的分析 6 3.1 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計要求 6 3.2 自動化鉆孔鉚接技術(shù)的概述 6 3.3 圍板包裝箱自動化鉚接裝置設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)分析 6 3.3.1 整體機構(gòu)的分析 6 3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 7 3.4 圍板包裝箱自動化鉚接裝置的工作循環(huán)分析 8 3.4.1 鉆孔機構(gòu)的工作循環(huán) 8 3.4.2 弧面凸輪分度機構(gòu)的工作循環(huán) 8 3.4.3 鉚接機構(gòu)的工作循環(huán) 8 3.4.4 壓緊機構(gòu)的工作工作循環(huán) 8 3.4.5 送釘機構(gòu)的工作循環(huán) 8 4.圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9 4.1 鉆孔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 4.2 鉚接機構(gòu)的設(shè)計 10 4.3主動力軸的設(shè)計和校核及齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 14 4.3.1 主動力軸的設(shè)計和校核 14 4.3.2 齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 16 4.3.3 鉆孔機構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計與計算 17 4.3.4 鉚接機構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計與計算 20 5. 弧面分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計 21 5.1 弧面分度凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 21 5.2 弧面凸輪具體參數(shù)的確定 22 5.2.1 分度數(shù)及分度角的計算 22 5.2.2 動靜比K和凸輪動程角 22 5.2.3 計算中心距 22 5.2.4 計算凸輪的滾子尺寸 23 5.2.5 從動盤的尺寸 23 5.2.6 凸輪尺寸的確定 23 6. 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 24 6.1 凸輪機構(gòu)的設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)方案的確定 24 6.2鉆孔、鉚接工藝加工過程的分析 24 6.3鉆孔凸輪及鉚接凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析 24 6.3.1凸輪機構(gòu)分析 24 6.3.2 凸輪機構(gòu)中個參數(shù)的確定 25 6.5 溝槽凸輪理論輪廓的設(shè)計 26 7.送釘機構(gòu)壓緊機構(gòu)的設(shè)計及工作原理 28 7.1壓緊機構(gòu)的設(shè)計及工作原理 28 7.2 送釘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理 28 7.2.1 送釘裝置結(jié)構(gòu)組成 28 7.2.2 鉚釘?shù)姆N類和規(guī)格 29 7.2.3 自動供釘裝置的功能需求 30 7.2.4 自動供釘裝置的結(jié)構(gòu)組成 30 7.2.5 鉚釘整理定向模塊 31 7.3 送釘原理介紹 32 7.3.1 大壓塊的設(shè)計 32 7.3.2 搓板的設(shè)計 33 8. 動力系統(tǒng)的分析 34 8.1 鉆孔鉚接機構(gòu)動力系統(tǒng)分析 34 8.2 電動機轉(zhuǎn)速的確定 35 8.3 V帶傳動的設(shè)計及相關(guān)的參數(shù)計算 36 8.3.1帶傳動受力分析 36 8.3.2 帶傳動的最小初拉力和臨界摩擦力 36 8.3.3 帶的應(yīng)力分析 37 8.3.4帶傳送設(shè)計計算 38 9. 總結(jié)與展望 39 9.1 總結(jié) 39 9.2 展望 39 致 謝 40 參 考 文 獻 41 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計 1. 緒論 1.1 對圍板包裝箱生產(chǎn)工藝方法的分析及意義 在循環(huán)包裝系統(tǒng)里，方便靈活的圍板箱有著無可比擬的優(yōu)勢。這是一種標準的物流器具，損壞的頂蓋與側(cè)板很容易進行替換，整體循環(huán)包裝系統(tǒng)的投資比較低廉，而使用壽命則可達十年之久，這也是一種可靠的堅固的可以折疊的包裝系統(tǒng)。由于裝箱的靈活性、對裝載物的適應(yīng)性和重復使用性,圍板箱被廣泛運用于機械、化工、電子、五金以及其他領(lǐng)域,圍板包裝箱作為產(chǎn)品外包的物流設(shè)施，越來越受客戶的歡迎，使用量巨大。然而，現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后， 在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，這嚴重影響著圍板箱的應(yīng)用。針對現(xiàn)有圍板工藝生產(chǎn)方法進行改進，設(shè)計出適用于圍板生產(chǎn)的圍板自動化生產(chǎn)線鉚接裝置，提高勞動生產(chǎn)率，降低工人勞動強度，節(jié)約生產(chǎn)成本。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 圍板包裝箱作為產(chǎn)品的外包物流設(shè)備具能夠重復使用，可回收、降低運輸成本、環(huán)保等優(yōu)點。在運輸產(chǎn)品方面受到廣泛的運用，需求日益增加。現(xiàn)有的圍板箱生產(chǎn)方式落后，并且在生產(chǎn)中人為因素較大，這使得圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，嚴重影響著圍板箱的應(yīng)用。 在國內(nèi)，圍板箱是一款可反復循環(huán)使用的新型包裝，適用于緊固件、金屬球、沖壓件等不規(guī)則產(chǎn)品的包裝，是出口到歐洲的產(chǎn)品包裝的不二選擇。圍板箱基本以木板為主要材料，而側(cè)板大多數(shù)都是采用模板或者大板制作，使得材料的選取過于苛刻，而且成本比較高。目前圍板箱的生產(chǎn)也主要以人工為主，木板加工以半自動化為主，因此在生產(chǎn)中人為因素較大，這就導致圍板箱的生產(chǎn)上存在著生產(chǎn)效率不高， 質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，影響了圍板的推廣和運用。而在國外，德國KTP公司可以說是制造圍板箱的代表，經(jīng)過其幾代人的努力，現(xiàn)今已經(jīng)研制出了可折疊式塑料圍板箱如圖1.1所示。其生產(chǎn)方式也采用了全自動化的生產(chǎn)線模式，箱子規(guī)格也都已經(jīng)基本標準化，方便統(tǒng)一規(guī)格生產(chǎn)。 圖 1.1 圍板國外生產(chǎn)方式 從國內(nèi)外發(fā)展情況來看，國內(nèi)外的圍板箱生產(chǎn)具有以下的優(yōu)缺點： 1、 在國內(nèi)，圍板箱的規(guī)格可以根據(jù)買家的要求來制定，比較方便靈活；在國外，圍板箱的規(guī)格趨于標準化，方便一體化生產(chǎn)，銷售，物流規(guī)格可漸漸統(tǒng)一，適應(yīng)以后的發(fā)展前景。 2、 在國內(nèi)，圍板箱各部分不存在因箱體的部分損壞而令整箱報廢的情況，對于同一尺寸，可實現(xiàn)完全互換使用；在國外，部分圍板箱已經(jīng)趨于一體化，防水，防塵，全面保護物品，存儲較方便。 3、 在國內(nèi)，使用木板為主材料，成本低廉；在國外，開始使用可完全回收利用的塑料，從而減少樹木的砍伐，保護環(huán)境。 4、 在國內(nèi)，圍板箱的生產(chǎn)方式采取以半自動化為主，有訂單再生產(chǎn)的方式；在國外，圍板箱的生產(chǎn)方式采取全自動化生產(chǎn)線的模式。 5.總的來說，國外的標準化生產(chǎn)模式是可以借鑒的，但由于國內(nèi)基本情況的限制，所以在國內(nèi)圍板箱的基本材料還是以木板為主材料。 1．3 圍板箱的組成及優(yōu)點 圖 1-1 圍板箱 圍板箱(圖1．1所示)是由托盤、箱體和箱蓋三部分組成，組成每層圍板的四片或六片木板用L型鉸鏈連接。由于裝箱的靈活性、對裝載物的適應(yīng)性和重復使用性，圍板箱被廣泛應(yīng)用于機械、化工、電子、五金以及其他領(lǐng)域的物流配送領(lǐng)域。 圍板箱的優(yōu)點： 1) 圍板箱的長、寬根據(jù)托盤的尺寸確定，使用層數(shù)由內(nèi)裝物的高度來決定，最大限度地提高箱體的空間利用率。 2)可重復使用，相同規(guī)格的圍板，層與層之間，新與舊之間完全可以互換，節(jié)約包裝成本。不存在因箱體的部分損壞而令整箱報廢的情況，對于同一尺寸，可實現(xiàn)完全互換使用。 3)無釘化作業(yè)，降低了工人操作時發(fā)生工傷的風險。 4)周轉(zhuǎn)回收時，可以將折疊起來運輸，減少儲運體積，有效降低了工人的勞動強度，節(jié)約生產(chǎn)成本。 1.4 本文的課題設(shè)計依據(jù)及設(shè)計方法 本文主要內(nèi)容： 1）本文針通過圍板現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的討論和分析，提出三種改進方案，通過比較，確定最為合適的方案，依據(jù)所選擇的方案實現(xiàn)對圍板包裝箱生產(chǎn)工藝上的改進。 2）依據(jù)凸輪技術(shù)為基礎(chǔ)，完成圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置設(shè)計的改進，通過對所設(shè)計機構(gòu)的工作過程的分析，繪制出機床的工作循環(huán)圖，裝配圖，各部分結(jié)構(gòu)工程圖等。 3）利用UG軟件對圍板加工生產(chǎn)系統(tǒng)進行三維建模，完成了對機構(gòu)主要機構(gòu)的繪制，如:凸輪機構(gòu)，溝槽凸輪機構(gòu)等，完成機構(gòu)的實體三維建模。 4）對設(shè)計中轉(zhuǎn)位機構(gòu)、鉚接機構(gòu)、鉆孔機構(gòu)部分復雜零件的進行動力學分析計算和校核。 2. 圍板箱生產(chǎn)線的工藝分析 生產(chǎn)工藝是一個企業(yè)生產(chǎn)水平的體現(xiàn)。企業(yè)生產(chǎn)、管理是依據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝展開的。因此上說，生產(chǎn)工藝的先進與否，直接影響到企業(yè)運營。企業(yè)要想提高生產(chǎn)率，就需要從改進生產(chǎn)工藝開始。圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的研究就是對圍板箱的生產(chǎn)工藝進行改進，因此，在圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置設(shè)計前只有熟悉了原有生產(chǎn)工藝才能夠?qū)υ猩a(chǎn)工藝進行改進，才能提高圍板箱的生產(chǎn)效率。 2.1 圍板箱生產(chǎn)現(xiàn)狀的介紹 在現(xiàn)在的生產(chǎn)中采用的是人工鉆空鉚接的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率很低。人工生產(chǎn)圍人工生產(chǎn)圍板箱的過程如下： 1)對木板鉆孔。依據(jù)所裝鉸鏈孔的位置確定口位置，在多頭鉆床上對木板進行鉆孔(多軸鉆床)，如圖2．1(a)。一塊木板要分兩次操作(鉆圍板的兩端8個孔)。 2)將鉚釘插入木板孔。在工廠中采用人工插鉚釘?shù)姆绞?。取單個鉚釘，將鉚釘與木板上的孔對齊，用錘子錘擊鉚釘，是鉚釘插入木板上的孔中(每次僅插入1個鉚釘)，如圖2-1(b)。 3)上鉸鏈、鉚接。取鉸鏈，將鉸鏈放到木板上，將木板孔中的已放好的鉚釘頭穿過鉸鏈上的孔，工人用手將鉸鏈和木板壓緊，然后，人工用手將裝好鉸鏈和鉚釘?shù)哪景?，在鉚接機上分別對鉚釘頭進行鉚接(單個鉚頭鉚接4次，才能鉚接半面鉸鏈)，如圖2．1(c、d)。鉚接不完全時，工人采用錘子敲擊，以保證鉚接的完好。4)合圍。將用鉸鏈連接起來的4片或6片木板兩端鉚接起來。連接起來的木板鏈一端是插好了鉚釘，另一端是僅鉚接了半面鉸鏈(另半面沒有鉚接)，將兩端對齊，將插好鉚釘?shù)囊欢说你T釘對準目測對齊穿過沒有鉚接的半面鉸鏈上的孔，然后，人工在鉚接機上分別進行鉚接(每次僅插入1個鉚釘，鉚接4次)，完成合圍(類似于圖2．1(d))。 現(xiàn)存的生產(chǎn)方式有這樣一些缺陷： 1)生產(chǎn)工藝分散，生產(chǎn)效率低。 2)鉚釘很難與鉸鏈孔對準，導致鉚接效率低下、且質(zhì)量不穩(wěn)定。 3)在上生產(chǎn)中工人參與生產(chǎn)較多，工人勞動強度大。 4)自動化程度低 a）.鉆孔 b）.上鉚釘 c）.上鉸鏈 d).鉚接 圖2.1 傳統(tǒng)鉚接工藝方式 2.2對圍板加工工藝方法的確定 通過對現(xiàn)有圍板工藝的綜合分析，提出針對圍板加工工藝的幾種設(shè)計方案通過比較分析選擇較為合理的方案。 方案一工作流程:放第一塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭)→ 插4個鉚釘→ 放鉸鏈→ 鉚接圍板和鉸 → 放第二塊圍板→ 2次鉆孔(4鉆頭) → 插4個鉚釘 → 鉚接圍板與鉸鏈插4個鉚釘 → 放鉸鏈 → 鉚接圍板和鉸鏈→ 放第三塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭) → 插4個鉚釘→ 鉚接圍板和鉸鏈 → 插4個鉚釘→放鉸鏈→鉚接圍板和鉸鏈→放第四塊圍板→2次鉆孔(4鉆頭)→插4個鉚釘→鉚接圍板與鉸鏈→插4個鉚釘→放鉸鏈→鉚接圍板和鉸鏈。 方案二工作流程：放第一塊圍板→放鉸鏈→放第二塊木板→定位夾緊→鉆8個孔→插8個鉚釘→移動到鉚接工序→鉚接8個鉚釘→放第三塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個孔→插8個鉚釘→移動到鉚接工序→鉚接8個鉚釘→放第四塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個孔→插8個鉚釘→移動到鉚接工序→鉚接8個鉚釘→放第五塊圍板→放鉸鏈→定位夾緊→鉆8個孔→插8個鉚釘→鉚接4個鉚釘(鉚接第四塊處的鉚釘)。 方案三工作流程：放第一塊圍板 → 2次鉆孔(4鉆頭)→第一塊板移動到鉚接位置放鉸鏈→放第二塊木板→定位夾緊→插4個鉚釘→鉚接一半鉸鏈→插四個鉚釘→鉚接→移位 比較這3種方案： 方案一：圍板箱生產(chǎn)工藝分散，這使生產(chǎn)線的相對較長，在生產(chǎn)過程中，原料的搬 運較為頻繁，這無形中增加了生產(chǎn)中的輔助生產(chǎn)時間，同時，相對也必須增加生產(chǎn)線上 的工人數(shù)量，來完成輔助加工，這些對提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本起到的負面作用。但 是，在生產(chǎn)線上每一步完成的生產(chǎn)加工動作比較簡單，這相對使得生產(chǎn)線上的機械設(shè)計 變得簡單。 方案二：與方案一相比，圍板箱生產(chǎn)工藝現(xiàn)對集中，但是由于在生產(chǎn)中需要移動定 位后的木板和鉸鏈，而在移動過程中木板孔和鉸鏈孔之間容易發(fā)生對不準的現(xiàn)象，影響 生產(chǎn)線中的下一步工序(插鉚釘)的進行，這使得生產(chǎn)存在可靠性的問題。因此，此方 案排除。 方案三： 與方案一，二相比，對傳送到鉚接位置的兩塊木板上鉸鏈后一次定位夾緊，避免了因為木板移動而使鉸鏈孔與木板上已加工孔的錯位而導致鉚釘無法插入的問題。結(jié)構(gòu)簡單生產(chǎn)工藝集中綜合分析比較選擇方案三為最佳方案。 通過對現(xiàn)有工作方案的研究提出對圍板加工的改進方案如下：實現(xiàn)對圍板定位夾緊后的鉆孔，對鉆孔后圍板的一次定位夾緊送鉸鏈鉚釘，移動到鉚接位置，進行鉚接工序。在自動鉆鉚機和鉚接機的設(shè)計制造完成后，依據(jù)我們的構(gòu)思，對整個生產(chǎn)方案生產(chǎn)工藝進行布局，生產(chǎn)線就可以簡化成： a).鉆孔 b).裝鉸鏈上鉚釘 c). 鉚接 d).完成鉚接移位 圖2.2 改進后的鉚接工藝流程 輸送木板→自動鉆孔→上鉸鏈→送釘機構(gòu)送釘裝配鉚釘→自動鉚接→成品入庫 這樣我們就完成了生產(chǎn)線的設(shè)計。通過對傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)方式的改進，解決了傳統(tǒng)工藝中的人為因素帶來的圍板質(zhì)量上的不足，提高了圍板箱的生產(chǎn)效率，保證了圍板箱的生產(chǎn)質(zhì)量。 3. 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)工藝的設(shè)計要求及整體結(jié)構(gòu)的分析 3.1 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計要求 生產(chǎn)線的設(shè)計是按照產(chǎn)品加工工藝過程，用工件處儲存、傳送裝置把專用自動機以及輔助機械設(shè)備連接起來而形成的、具有獨立控制裝置的生產(chǎn)系統(tǒng)，在自動生產(chǎn)線上，工件(原料、毛坯或半成品)上線后便以一定的加工順序，自動經(jīng)過各個加工工位，完成預定的加工，最后成為符合設(shè)計要求的成品而下線。 根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的設(shè)計要求，來確定自動線鉚接裝置的生產(chǎn)效率；按照自動化生產(chǎn)線的工作特點及功能要求，確定合理的設(shè)計參數(shù)，根據(jù)自動機械設(shè)計原理的知識進行設(shè)計；生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性好操作方便工作效率提高；設(shè)計加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于維護。圍板箱生產(chǎn)線研制與開發(fā)必須符合安全可靠、經(jīng)濟實用的原則。要求采用國際上先進成熟的經(jīng)驗，技術(shù)改造起點要高，投資要少，不但要滿足當前的工藝要求，還要給工藝技術(shù)的發(fā)展進步創(chuàng)造條件，留有空間。根據(jù)以上原則，我們對圍板箱生產(chǎn)線進行設(shè)計。 3.2 自動化鉆孔鉚接技術(shù)的概述 按工作方式分，鉚接可分為手工鉚接和自動鉆鉚。手工鉚接由于受工人熟練程度和體力等因素的限制，難以保證穩(wěn)定的高質(zhì)量連接。自動鉆鉚技術(shù)即利用其代替手工，自動完成鉆孔、送釘及鉚接等工序，是集電氣、氣動、自動控制為一體的，在裝配過程中不僅可以實現(xiàn)組件(或部件)的自動定位，同時還可以一次完成夾緊、鉆孔、送釘、鉚接／安裝等一系列工作。它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工鉚接技術(shù)，提高生產(chǎn)速率、保證質(zhì)量穩(wěn)定、大大減少人為因素造成的缺陷。 3.3 圍板包裝箱自動化鉚接裝置設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)分析 3.3.1 整體機構(gòu)的分析 依據(jù)實際對圍板包裝箱的生產(chǎn)工藝的要求，結(jié)合現(xiàn)代先進鉆鉚機的機構(gòu)設(shè)計特點以及圍板生產(chǎn)過程中的整體結(jié)構(gòu)分析，圍板包裝箱自動化生產(chǎn)工藝可以由下面幾個部分構(gòu)成，在論文中著重論述鉆孔機構(gòu)、壓緊機構(gòu)、送釘機構(gòu)、電氣控制，對于機架部分以及傳動系統(tǒng)部分只作簡介。 壓緊機構(gòu) 鉆孔機構(gòu) 圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線鉚接裝置 鉚接機構(gòu) 送釘機構(gòu) 電氣控制部分 傳送部分 圖3-1 圍板自動化生產(chǎn)工藝各部分結(jié)構(gòu)的組成 3.3.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1）通過對圍板加工工藝流程的分析，結(jié)合機械設(shè)計原理，對整體結(jié)構(gòu)做以下布局，模型圖見圖10-1,總體結(jié)構(gòu)反應(yīng)整個設(shè)計過程的整體思路，用UG三維仿真比較直觀的反應(yīng)出個部分的裝配步驟。 圍板包裝箱自動化鉚接裝置的設(shè)計流程圖： 加工完孔的圍板通過傳送帶傳送到鉚接工作臺 送鉸鏈，完成圍板鉸鏈的裝配 鉆孔機構(gòu)對 壓緊后的第一塊圍板鉆孔 傳送帶傳送圍板到工作臺 第二塊木板傳送到加工位置后壓緊機構(gòu)下壓夾緊 送釘裝置完成送釘動作 通過旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)換圍板位置完成對圍板另一端的鉆孔加工 木板通過限位裝置限定到合適位置 鉚接凸輪運轉(zhuǎn)，帶動鉚頭的向上共進，進行鉚接工序 完成鉚接，移位 鉚釘壓入裝好鉸鏈的木板中完成上釘工序 圖3-2 自動化工藝生產(chǎn)流程圖 2) 圍板生產(chǎn)線鉚接裝置的設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)三維實體模型見圖3-3 圖3-3 圍板生產(chǎn)工藝機構(gòu)三維實體模型 圖中1為鉚接壓緊機構(gòu)，2為鉆孔機構(gòu)，3為送釘機構(gòu)，6為料斗，7為鉸鏈自動送料裝置，8為鉆孔壓緊機構(gòu)，9為木板換位裝置。 3.4 圍板包裝箱自動化鉚接裝置的工作循環(huán)分析 根據(jù)圍板包裝箱自動化鉚接機的工作行程可以描繪出其工作循環(huán)圖，循環(huán)圖以鉚接凸輪順時針旋轉(zhuǎn)720°作為其坐標，以弧面凸輪分度機構(gòu)剛剛轉(zhuǎn)過位處于間歇段為起點(0。)為起點用曲線來表示工作區(qū)域和特定位置。循環(huán)工作進程依次為鉆孔凸輪機構(gòu)、弧面凸輪分度機構(gòu)、鉚接機構(gòu)、壓緊機構(gòu)、送釘機構(gòu)、壓釘機構(gòu)、導桿凸輪機構(gòu)。 3.4.1 鉆孔機構(gòu)的工作循環(huán) 鉆孔凸輪從0°開始運動旋轉(zhuǎn)到62°的位置，鉆孔動力頭向下移動了23mm，從62°位置鉆孔凸輪運動到140°的位置時 鉆孔動力頭向下運動了10mm，完成圍板鉆孔工序，從140°開始到180°時，鉆孔機構(gòu)的鉆孔動力頭上升了33mm，完成加工后的回程工序，在180°到360°之間鉆孔凸輪處于遠休止階段。 3.4.2 弧面凸輪分度機構(gòu)的工作循環(huán) 弧面凸輪轉(zhuǎn)動兩周，對于機構(gòu)本身來說是兩個工作循環(huán)。之所以用兩個工作循環(huán)作為基準來繪制工作循環(huán)圖，原因是在于再完成一次分度機構(gòu)的工作循環(huán)時，僅能夠?qū)崿F(xiàn)對鉸鏈一半的鉚接工序，對整個工藝流程來說并不能滿足要求，只有分度機構(gòu)完成兩次工作循環(huán)才能夠?qū)崿F(xiàn)在上號鉸鏈鉚釘后一次夾緊定位后完成完成對圍板的鉚接工序，分度角為180°，間歇角度為180°。 3.4.3 鉚接機構(gòu)的工作循環(huán) 鉚接機構(gòu)和弧面凸輪機構(gòu)一樣也必須完成兩個工作循環(huán)才能完成對圍板的鉚接工序，鉆鉚凸輪從0°上升到62°位置時，鉚接動力頭向上移動了距離23，從62°位置上升到130.5°位置時，鉚接動力頭向上移動距離為3mm，完成對圍板的鉚接工序，從130.5°位置處開始，鉆鉚凸輪運動到位置175°處時，鉚接機構(gòu)中的鉚接動力頭或鉆孔動力頭下降26mm，完成鉚接工序后的回程，之后在凸輪從175°的位置上升到360°的位置的階段，鉆鉚凸輪處于遠休止階段，在工作循環(huán)中第一個循環(huán)是完成對一半鉸鏈的鉚接，需要第二個循環(huán)完成完整的鉚接工序。 3.4.4 壓緊機構(gòu)的工作工作循環(huán) 為實現(xiàn)對上完鉸鏈的圍板壓緊后完成送釘鉚接工序在動力源的輸入速度方面就產(chǎn)生了比率，擬設(shè)定弧面凸輪分度機構(gòu)動力源的輸入速度與壓緊機構(gòu)動力源的輸入速度比值為2：l，也就是說鉚接凸輪軸的轉(zhuǎn)動角速度與壓緊凸輪軸的轉(zhuǎn)動角速度比為2：l。在設(shè)計中壓緊機構(gòu)驅(qū)動夾具上下運動的凸輪，與壓釘機構(gòu)中用到的下壓鉚釘?shù)耐馆喪峭粋€， 只是壓釘機構(gòu)中用到的是凸輪的端面，在壓緊機構(gòu)中用到的是凸輪的外圓面。0°～257°階段為下壓夾緊，對木板定位后的夾緊，確保下面送釘鉚接工序的順利進行，從257．5°～297°階段為松開夾具階段，夾緊機構(gòu)緩慢的將已經(jīng)鉚接好的木板松開，從297°～320°段為放完全放松階段，完成對圍板鉚接的一個循環(huán)工序。從320°～360°階段，又一個循環(huán)的開始，夾緊機構(gòu)緩慢的將放好鉸鏈的圍板夾緊。 3.4.5 送釘機構(gòu)的工作循環(huán) 送釘機構(gòu)同樣也是用凸輪機構(gòu)完成的，利用溝槽凸輪的驅(qū)動撥叉，撥叉帶動搓板前后運動，同時與大壓塊相互配合下，控制鉚釘沿著料槽軌道沿一個方向運動，從而將鉚釘送到對應(yīng)的位置。送釘凸輪從0°一6l°階段，送釘凸輪所控制的搓板處于中間狀態(tài)段，隨著凸輪的轉(zhuǎn)動即是61°～83．5°之間，驅(qū)動的搓板開始推動鉚釘向前移動5．5厘米，然后隨著凸輪的運動(在83．5°～128．5°階段)，其驅(qū)動鉚釘又向前運動5．5厘米。隨后凸輪又一次推動搓板緩慢的回到中間狀態(tài)(在128°～151°階段)，之后凸輪一直控制著搓板處在中間狀態(tài)(在151°～360°階段），等待著鉚接的結(jié)束，完成一個工作循環(huán)。 4.圍板包裝箱自動化生產(chǎn)線主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 圍板包裝箱自動化鉚接系統(tǒng)需要完成圍板的鉆孔，鉚接動力頭的轉(zhuǎn)位與壓緊機構(gòu)相配合完成圍板的鉚接。鉆孔動力頭和鉚接動力頭的空間位置，鉚接動力頭的轉(zhuǎn)位，以及動力頭的工進以及之間的動力傳遞是設(shè)計時需要的考慮關(guān)鍵問題。 設(shè)計過程中依據(jù)鉸鏈上孔的位置（如圖4-1所示)確定鉆頭鉚頭的空間位置,電機通過皮帶輪將動力傳遞給主動力軸，再通過主動力軸將動力傳遞到齒輪系統(tǒng)。再由齒輪系統(tǒng)帶動鉆頭鉚頭的轉(zhuǎn)動，完成整個系統(tǒng)的動力結(jié)構(gòu)設(shè)計模型。 圖4-1 鉸鏈結(jié)構(gòu)圖 4.1 鉆孔機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 木板通過傳送帶傳送到鉆孔機構(gòu)，夾緊裝置對木板進行定位夾緊工序，鉆孔機構(gòu)為有四個鉆頭，確保每次定位完成木板一端的鉆孔動作，鉆孔機構(gòu)的動力系統(tǒng)擬設(shè)計為，通過皮帶輪將電動機的動力傳送到主軸，再由主軸將動力傳遞到齒輪系統(tǒng)，給鉆孔動力頭提供動力，考慮到鉆孔過程中，鉆頭到達正確位置后，完成鉆頭向下做進給運動完成對木板的鉆孔動作，采用凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)這一動作。利用鉆孔凸輪推動導桿的上下動作，從而帶動整個箱體的上下動作，實現(xiàn)鉆孔動力頭對木板的鉆孔加工，以及鉆孔結(jié)束后回復到原來位置的回程動作。 圖4-1 鉆孔機構(gòu) 4.2 鉚接機構(gòu)的設(shè)計 對完成鉆孔工序的圍板，傳送到鉚接位置時，鉚接動力頭的相互轉(zhuǎn)位（旋轉(zhuǎn)180°）的問題上采用的是弧面凸輪結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)對裝配好鉸鏈的圍板的一次定位壓緊送釘鉚接過程做準備，擬采用弧面凸輪驅(qū)動旋鉚桶?。嫱馆喎侄葯C構(gòu)）來實現(xiàn)的，利用弧面凸輪分度機構(gòu)使鉚接裝置整體大為簡化，而且使各部分結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)相互協(xié)調(diào)，整體結(jié)構(gòu)更為緊湊。 考慮到在對圍板的鉆孔，鉚接加工過程中，鉆孔動力頭或鉚接動力頭轉(zhuǎn)到準確的位置后，依靠齒輪系統(tǒng)傳動無法讓鉆孔機構(gòu)和鉚接機構(gòu)完成上下工進的動作，需要給系統(tǒng)提供一個上下工進的動力系統(tǒng)。基于對結(jié)構(gòu)的分析，擬采用鉆孔凸輪實現(xiàn)鉆孔動力頭的上下運動，至于鉚接部分擬采用旋鉚凸輪驅(qū)動撥叉來實現(xiàn)鉚接動力頭的上下運動。 具體的工作流程為，撥叉固定于一根定位軸上，撥叉的一端旋鉚凸輪嚙合，另一端安裝于一個弧形滑塊上，滑塊置于一個半圓形導軌上，當弧面凸輪驅(qū)動從動盤帶動旋鉚桶的旋轉(zhuǎn)移位（180°換位），實現(xiàn)鉚頭的轉(zhuǎn)位時，滑塊能在半圓形槽型軌道中做轉(zhuǎn)動滑動的運動，半圓形槽型導軌與拖桿相連接，當旋鉚凸輪轉(zhuǎn)動時，旋鉚凸輪作為動力驅(qū)動撥叉帶動半圓形槽型軌道向上下運動，從而帶動鉚頭向上的動作，完成鉚接這一工序，然后回程向下回到原來位置。 國外對鉚接過程已經(jīng)開始進行了研究。法國的Langrand,B等基于FE模型的材料疲勞特性模型特征的數(shù)值過程進行了鉚接分析，并測量了再準靜態(tài)和動態(tài)條件下應(yīng)變速度的影響，提出了考慮鉚釘材料的非線性因素。UrbanMR等對于旋翼飛機機身結(jié)構(gòu)中使用普通鉚接的誤差傳播進行了測試和分析。BillyKelly等仿真了鉚釘?shù)陌惭b過程。V．Blanehot等人建立部分、軸對稱和3D這3種可調(diào)整數(shù)值模型來仿真鉚釘連接。我國在鉚接過程研究方面還處于初級階段。 1)施加鉚接力的最初階段，由于鉚釘剛剛開始發(fā)生彈性形變，還沒有產(chǎn)生塑性變形，因此滿足胡克定律 式中：是鉚釘桿原有長度：FN為施加的鉚接力；E為彈性模量；A為鉚釘橫截面積。 設(shè)鉚釘頭部的微小變形為，鉚釘半徑為d，則對公式求導得： 故當施加力F時，鉚釘頭的變形為 2)隨著沖頭逐漸下壓，鉚釘剛開始接觸到孔周，尚未形成鐓頭，此時鉚釘桿的受力狀態(tài)與平面鐓粗的受力狀態(tài)相似，如圖3．22所示。 圖3.22 鐓粗時基元受力分析 根據(jù)平衡方程得 整理得 （4-1） 式中：，m為摩擦因子，，Y為真實應(yīng)力。 3)鉚釘桿塑性變形開始后，鉚釘中部金屬向下流動，近似于擠壓型的金屬流動；而鉚釘鐓頭部分的金屬向兩側(cè)流動，如圖3．23(a)所示。到了鐓粗末期，作為極端情況，當縱向流動阻力大于橫向流動阻力時，可以近似認為只有側(cè)向金屬流動，而沒有軸向的金屬流動，即只發(fā)生鐓粗變形，這個階段的鉚接力達到最大。 此時，鉚釘可以分為①區(qū)和②區(qū)，如圖3．23(b)所示。 a 鐓粗初期的金屬流動 b 鐓粗末期的金屬流動 圖3.23 鐓粗的金屬流動 對于①區(qū)，，式(3.21)轉(zhuǎn)化為 （4-2） 因為是鐓粗變形，可以直觀的認為 按絕對值列出的簡化屈服方程為 （4-3） 將式（4-2)和(4-3)聯(lián)立求解，得 應(yīng)用應(yīng)力邊界條件求積分常數(shù)C，當 故有 代入得 （4-4） 式中：表示鉚釘鐓粗的長度；是①區(qū)邊界處的垂直壓應(yīng)力。 對于②區(qū)，，，從式（3.20），推出 應(yīng)用應(yīng)力邊界條件求積分常數(shù)C，當 得出 代入得 （4-5） 故所需鉚接力為 （4-6） 把式(3.24)和(3.25)代入(3.26)得 整理得 式中, 為鉚釘桿面積；為鉚釘鐓頭的圓環(huán)面面積。 本設(shè)計中鉚釘直徑d=5mm，鉚接后鐓頭直徑約為，釘桿原有長度l=15mm，鋼與鋼接觸有潤滑的情況靜摩擦系數(shù)，屈服極限。 將數(shù)據(jù)代入公式得： 由得，接力為3．08噸力。 鉆孔結(jié)構(gòu)和鉚接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖見圖4-1，圖4-2 圖4-2 鉚接機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖 4.3主動力軸的設(shè)計和校核及齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.3.1 主動力軸的設(shè)計和校核 軸是設(shè)計也和其他零件的設(shè)計相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩部分內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝定位以及軸的生產(chǎn)工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，軸的結(jié)構(gòu)形式不正確，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本，和軸上零件的難裝配等問題。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。 軸的計算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后進行的校核計算的，計算準則滿足軸的強度或剛性要求必要時還應(yīng)校核軸的振動穩(wěn)定性。 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算? 適用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的傳動軸的強度計算；?②結(jié)構(gòu)設(shè)計前按扭矩初估軸的直徑 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，如果還有受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，T為軸的扭矩,軸的抗扭截面系數(shù)，n為軸的轉(zhuǎn)速，P為軸傳遞的功率，d計算截面處軸的直徑。 表4-1 軸常用集中材料及值 軸的材料 、20 、35 45 、 軸的直徑 式中 初步估算動力軸的最小直徑 軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑。需要鍵槽，故將最小軸增加，變?yōu)?0.9mm，查機械手冊選擇標準直徑為45mm 選擇聯(lián)軸器，取載荷系數(shù)，則聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩為 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸速度，查手冊選擇HL4彈性柱銷聯(lián)軸器 。 初選軸承，因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用。故選用角接觸球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為45mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號為7211C的滾動軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為， 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖4-3 動力軸 由于聯(lián)軸器型號已定，左端用軸端擋圈定位,右端用軸肩定位。故軸段6的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為45mm。聯(lián)軸器是靠軸段2的軸肩來進行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段2要比軸段1的直徑大5～10mm，取軸段2的直徑為52mm。軸段1和軸段4均是放置滾動軸承的，所以直徑與滾動軸承內(nèi)圈直徑一樣為55mm。?考慮拆卸的方便，軸段3的直徑只要比軸段4的直徑大1～2mm就行了，這里取為58mm。? ??軸段2是一軸環(huán)，右側(cè)用來定位齒輪，左側(cè)用來定位滾動軸承，查滾動軸承的手冊，可得該型號的滾動軸承內(nèi)圈安裝尺寸最小為64mm，同時軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段3的直徑(為58mm)大5～10mm的要求，故這段直徑最終取為66mm。? ??(3)確定軸的各段長度? ??軸段1的長度比半聯(lián)軸器的轂孔長度要(為84mm)短2～3mm，這樣可保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故該段軸長取為82mm，同理，軸段4的長度要比齒輪的輪轂寬度(為100mm)短2～3mm，故該段軸長取為98mm。? ??軸段6的長度即為滾動軸承的寬度，查手冊為21mm。軸環(huán)2寬度取為18mm。? ??軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=25mm，故取軸段2的長度為45mm。? ??取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離為10mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，取5mm。已知滾動軸承寬度為21mm，齒輪輪轂長為100mm,則軸段3的長度為：10＋5＋(100-98)+21=38mm 軸上零件的周向定位? ??齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對于齒輪，由手冊查得平鍵的截面尺寸寬×高=16×10(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 80mm(標準鍵長見?GB1096-79),同時為了保證齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為14×9×63，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 4.3.2 齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞動率可達數(shù)十千瓦，圓周速度可達200m/s。齒輪傳動特點，第一效率高，在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率為最高，如一級圓柱齒輪的傳動效率可達99%，這對大功率的傳動十分重要，因為即使效率只有百分之一，也有很大的經(jīng)濟利。第二結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需要的空間尺寸一般較小。第三工作可靠、壽命長，設(shè)計制造正確合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。第四，傳動比穩(wěn)定，傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不適用于距離過大的場合。設(shè)計齒輪傳動在具體的工作情況下，必須有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不至于失效。齒輪的失效形式常見的有，齒面折斷，和工作齒面磨損，點蝕，膠合及塑性變形等。針對各種工作情況以及上述各種失效形式，都應(yīng)該確立相應(yīng)的設(shè)計準則。由于目前對于齒面磨損和塑性變形，尚未建立起廣為工程實際使用中而行之有效的計算方法和設(shè)計數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計一般使用的齒輪傳動時，通常只按齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩個準則進行計算。根據(jù)設(shè)計要求和準則，擬選擇所選擇的齒輪系統(tǒng)的材料為45或40,調(diào)制后表面淬火。 齒輪傳動系統(tǒng)是解決鉆孔和鉚接的動力的主要結(jié)構(gòu)部分，當傳動主軸通過皮帶輪獲得電機所給動力，再將動力傳送到齒輪系統(tǒng)帶動鉆頭鉚頭的轉(zhuǎn)動。依此來解決鉆孔鉚接時的動力問題。選用直齒圓柱齒輪傳動，對齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計時應(yīng)考慮到空間的限制(根據(jù)鉸鏈上孔位置確定空間分布)。根據(jù)鉸鏈上孔的位置來設(shè)計各個鉆孔動力軸、鉚接動力軸所處的位置及各軸之間的相互關(guān)系。齒輪系統(tǒng)的布局如圖5-1，5-2所示， 圖5-1鉆孔齒輪系統(tǒng) 圖5-2鉚接齒輪系統(tǒng) 圖5-2為鉚接齒輪系統(tǒng)，最外面為旋鉚桶，內(nèi)部以中心線為對稱中心，完成鉚接工序的兩個工作循環(huán)。途中可以看出，鉚接動力頭的空間位置在這部分設(shè)計中受到鉸鏈上距離最近的兩個孔的位置影響最大，兩相鄰孔的最短距離為50mm，也就是說與鉆孔動力頭(相連接的齒輪齒頂圓直徑要小于50mm，這樣設(shè)計出來的齒輪裝配、運動中才不會發(fā)生干涉，保證設(shè)計的正確性。在這一限制下對鉆孔齒輪系統(tǒng)進行設(shè)計計算，與鉆孔動力頭相鄰近的兩齒輪的齒頂圓直徑要小與50mm，小齒輪1的齒數(shù)為24，齒輪2的齒數(shù)為35，齒輪3的齒數(shù)為77，齒輪計算相關(guān)公式： 4.3.3 鉆孔機構(gòu)齒輪系統(tǒng)的設(shè)計與計算 在這一限制下對鉆孔齒輪系統(tǒng)進行設(shè)計計算，與鉆孔動力頭相鄰近的兩齒輪的齒頂圓直徑要小與50mm，小齒輪1的齒數(shù)為24，齒輪2的齒數(shù)為35，齒輪3的齒數(shù)為77，齒輪計算相關(guān)公式： 分度圓直徑計算： （4-7） （由計算公式（4-7）進行試算） 計算齒輪轉(zhuǎn)矩： （4-8） 試選載荷系數(shù)， 計算齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩， 表4-1圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 裝置狀況 兩支相對齒輪做對稱分布 兩支承相對于小齒輪做不對稱分布 小齒輪做懸臂布置 查表5-1選取齒寬系數(shù) 表4-2 彈性影響系數(shù) 齒輪材料 彈性模量 配對齒輪材料 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑膠 鍛鋼 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4 鑄鋼 161.4 180.5 188 球墨鑄鐵 156.6 173.9 灰鑄鐵 143.7 由表4-2查得材料影響系數(shù) 由資料查得按齒面硬度查得 小齒輪1的接觸疲勞強度 齒輪2的接觸疲勞強度 齒輪3的接觸疲勞強度 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： (4-9) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 查資料取接觸疲勞系數(shù) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)系數(shù)，由下面公式得 接觸疲勞需用應(yīng)力：， (4-10) 計算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值 即： 計算圓周速度 計算齒寬b 齒寬： ,