目录1 引言 (1)1.1 制钉机 (1)1.1.1 国外制钉机的发展现状 (1)1.1.2 我国制钉机的发展现状 (1)1.2 ADAMS 软件 (1)1.3 自动制钉机工作原理及工艺过程 (2)1.4 制钉机的设计方案提示 (2)1.5 利用ADAMS软件仿真的基本步骤 (2)1.6 制钉机的工作要求 (3)1.7 自动制钉机基本概况 (3)1.8 自动制钉机的原始数据 (3)2 设计思路，方案选定 (4)2.1 设计方案图及其特点 (4)2.1.1 方案一，运动简图 (4)2.1.2 方案二，运动简图 (5)2.1.3 方案三，运动简图 (6)2.2 方案比较，确定方案 (6)2.3 机械运动循环图 (7)3 制钉机机构的设计 (8)3.1 送料机构的设计 (8)3.1.1 选择合适的送料机构 (8)3.1.2 机构实现 (9)3.2 夹紧机构的设计 (10)3.2.1 夹紧机构必须考虑的因素 (11)3.2.2 夹紧机构在整个工作循环中的作用 (11)3.2.3 凸轮的工序 (11)3.2.4 相关数据的计算 (11)3.2.5 凸轮等急速运动时的位移图 (11)3.2.6 凸轮机构运动简图 (12)3.3 冷镦机构的设计 (12)3.3.1 工作方案及选定 (12)3.3.2 钢钉材料的选定及相关尺寸 (13)3.3.3 相关数据及计算 (13)3.3.4 冷镦机构运动简图 (13)3.4 切断机构的设计 (14)3.4.1 刀具位置确定 (14)3.4.2 相关数据及计算 (14)3.4.3 切断机构运动简图 (15)3.5 冷挤机构的设计 (15)3.5.1 冷挤过程中的阶段性及压力变化 (15)3.5.2 相关系数及计算 (16)3.5.3 冷挤机构运动简图 (16)3.6 制钉机机构设计小结 (17)4 轴强度的校核 (18)4.1 低速轴的强度校核 (18)4.1.1 按弯扭合成应力校核轴的强度 (20)4.1.2 疲劳强度的校核 (20)4.2 中间轴强度的校核 (23)4.2.1 按弯扭合成应力校核轴的强度 (24)4.2.2 疲劳强度的校核 (24)5 轴承寿命的计算 (28)5.1 低速轴轴承寿命的计算 (28)5.2 中间轴轴承寿命的计算 (28)6 机构在ADAMS软件中的运动仿真 (29)6.1 冷镦机构 (29)6.2 切断机构 (30)6.3 冷挤机构 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 引言1．1 制钉机制钉机是用来制造铁钉的生产设备。
制钉机又名废旧钢筋制钉机，它本着一切从废物利用节能高效，变废为宝的角度出发，一切从用户能够快速致富的角度出发，以经济实用性为主，达到了技术含量高，操作使用方便，它动力小，节约能源，性能稳定可靠。
质量达到标准，该设备具有体积小，灵活移动方便，低噪声、低耗电、易安装等特点。
故此该项目已成为各企业、个体、家庭、下岗职工、农民朋友快速致富投资的理想项目。
1.1.1 国外制钉机的发展现状1970年到1979年，国际制钉机业飞速发展．尤其是美国、德国、日本、韩国和我国台湾省等国家和地区，利用雄厚的资金和技术不断推陈出新。
近年来工业发达国家在集团优势差。
我国,技术含量越高的制钉机产品质量越差,而质量差的产品,很难参与国际制钉机发展上速度不快，甚至有所下降。
而发展中国家的制钉机产量则大幅度上伸升。
1.1.2 我国制钉机的发展现状国内制钉机产品的生产工艺落后，产品质量挡次较低。
中国的全自动制钉机制造业经过多年的发展,从无到有,从弱小到强大。
但总的来说,规模小的企业偏多,营业收入低,竞争,更谈不上形成品牌。
据了解，美国，西欧和日本一年共消耗制钉机近20万。
而作为手工产品著称的我国大陆，出口欧、美、日本市场的制钉机只占其消耗量的l%～1．5 %，显然是很不相称的。
制钉机业较发达的韩国和台湾在几年前已达到年出口10万台以上。
与我国处在同等水平的巴基斯坦和泰国制钉机出口也超过我国。
1．2 ADAMS软件ADAMS，即机械系统动力学自动分析，该软件是美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。
ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。
另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
1．3 自动制钉机工作原理及工艺过程制造木工用大大小小的铁钉是将一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝通过下列工艺动作来完成的。
1）校直钢丝。
并按节拍要求间歇地输送到装夹工位。
2）冷墩钉帽，在此前需夹紧钢丝。
3）冷挤钉尖。
4）剪断钢丝。
1．4 制钉机的设计方案提示1）送丝校直机构，要求是送丝与校直动作合一来考虑机构型式。
同时应附加夹紧机构，在送丝时放松，其余时间夹紧。
送丝校直机构可采用间歇运动机构带动摆动爪，摆动爪压紧钢丝并送丝校直。
夹紧机构利用联动关系开合。
2）冷墩钉帽机构，可以采用移动或摆动式冲压机构，一般可用平面六杆机构或四杆机构，其移动、摆动的行程可在25mm左右为宜。
为了减小电动机容量和机械速度波动可加飞轮。
3）冷挤和剪断机构在性能要求上与冷墩机构相同，因而采用机构也十分类似。
4）由于机构较多，相互动作协调十分重要，尽量考虑将各执行机构的原动件固连在一个主轴上。
1．5 利用ADAMS软件仿真的基本步骤1）模型的建立2）模型的验证3）预载分析4）动力学仿真1．6 制钉机的工作要求自动制钉机在无人协助下，将完成一系列制钉动作，其工作要平稳可靠，工作时噪音要尽量小，适应性广、效率高，自动化程度高。
工作时，首先是将从轧钢厂运来的钢丝校直，以便下一个工序的制钉，这部分工作由校直机构完成。
然后就是进入输送机构，由于实际制钉时，制成的钉子不可能都一样长，所以输送机构就要具备可调输送行程的能力。
1.7 自动制钉机基本概况钢钉是用途极为广泛的建筑五金制品尤其在当今的建筑行业中需要大量的钢钉作为劳动的工具，所以要高效、合理、廉价地生产出钢钉需要一套整体结构紧凑，科学合理，性能稳定，操作简单简便利的自动制钉机。
自动制钉机主要采用废旧钢筋来作为原料，通过拉直，镦尖等工序来生产，我们日常生活中的所用圆钉子，具有原材料易取、广泛，投资较少等优点。
1.8 自动制钉机的原始数据1.钢钉的直径1.6mm—3.4mm。
2.钢钉的长度25mm—80mm。
3.生产率360枚每分钟。
4.最大冷镦力3000N，最大剪断力2500N。
5.冷镦块质量8kg,其他构件质量和转动惯量不计。
2 设计思路，方案选定因为钉子的原材料是一卷直径与铁钉直径相等的低碳钢丝或钢条，为了使我们设计的机构能够满足产品的设计要求，我们的设计思路是：1.送丝校直：将钢丝传送的同时利用摩擦轮将弯曲的钢丝校直，并且送丝与校直动作要协调，但考虑到为配合接下来的操作过程，不能使钢丝不停的传送，所以要考虑用间歇机构，使送丝有间隙性地传递。
2.冷镦钉帽：我们所看到的钉子都有钉帽，由夹紧机构夹持钢丝时，露出一段钢丝进行冷镦钉帽，可采用移动或者摆动式的冲压机构。
3.冷挤钉尖：通过模具挤压出钉尖形状。
4.切断钢丝：挤压完成后，剪断机构剪断钢丝，可采用急回运动机构。
5.夹紧机构松开，铁钉落下。
6.送丝机构重新送丝，工序重复，实现自动制钉的目的。
机构相对较多，相互动作也比较复杂，协调就变得尤为重要，所以我们考虑用齿轮及皮带连接各主动件，使其有联动的效果。
2.1 设计方案图及其特点2.1.1 方案一，运动简图图2-1 运动简图在这个方案中，我们采用槽轮机构，产生间歇运动，带动摩擦轮传送钢丝。
然后通过夹紧机构夹紧，挤钉尖机构，切断机构，和挤钉帽机构在同一平面内协调工作。
夹紧机构和挤钉机构我们确定用内槽凸轮，避免用弹簧或依靠重力使推杆回复，而且比较平稳，等加速运动时柔性冲击，冲击相对较小。
挤钉帽机构我们采用有偏心距的曲柄滑块机构，能够产生急回运动特性，从而提高生产效率。
2.1.2 方案二，运动简图图2-2 运动简图这个方案中我们考虑将挤钉尖和切断的动作同时进行，可以提高效率，同时又能避免复杂的协调工作。
其次，我们将方案一中的曲柄滑块机构替换为增力机构，因为我们考虑到可能对于需要较大力的挤钉帽机构，普通的曲柄滑块机构无法产生足够大的力。
夹紧机构和挤钉机构我们确定用内槽凸轮，避免用弹簧或依靠重力使推杆回复，而且比较平稳，等加速运动时柔性冲击，冲击相对较小。
镦钉帽机构用增力机构，因为镦钉帽需要较大的力，采用这个机构能够增大压力角。
2.1.3 方案三，运动简图图2-3 运动简图在这个方案中，我们仍旧采纳了槽轮机构作为送丝机构的主动件，但在槽轮机构并为直接接到摩擦轮，而是接到齿轮，可以通过齿轮的一套替换可以实现不同的传动比，从而使摩擦轮的转速可调，使送丝长度可以变化。
镦钉帽机构用增力机构，因为镦钉帽需要较大的力，采用这个机构能够增大压力角。
切断机构采用曲柄滑块机构，能产生急回特性，但和方案一中不同，我们将切断机构放在了垂直平面，虽然这样协调较为复杂，但考虑到准确性将大大提高。
2.2 方案比较，确定方案方案一最为简单紧凑，如果遇到需要很大的冷镦力的情况下，就无法完成镦钉帽的功能。
方案二中将切断机构分离出来，和镦钉尖不同完成，这样可以提高切断时的稳定性和准确性。
采用加力机构又能够使方案一中镦力不够的情况得以解决。
方案三中吸取了前两个方案的优点，同时避免了相应的缺陷。
并且增加的齿轮能够通过调配齿轮，调整传动比，进而调整钉子的长度，能更好的符合设计要求。
由于钉子的长度已经选定，需要的冷镦力，用简单的曲柄滑块机构就能完成，则方案一的简单紧凑加好满足我们的设计需要。
选方案一。
2.3 机械运动循环图图2-4 机械运动循环图3 制钉机机构的设计3.1 送料机构的设计3.1.2 机构实现1）选择参数槽轮机构里主动盘和槽轮的中心距离L=100mm，圆销直径d=12mm，槽数Z=4。
槽数为4，那么槽轮机构的运动系数k=0.25。
根据设计要求，主动轮转一周的时间为1/6秒，那么槽轮的运动时间为1/24秒，在这个时间内完成送料。
由于槽轮每次转过的角度都是90度，那么根据L=ψ/dπ（L为毛坯料的长度，d为履带轮的直径）根据需要加工的毛坯料长度，调节履带轮的直径，就可以实现送不同长度毛坯料的要求。
