1.1研究目的与意义

搓丝机，是专业生产螺丝的设备。

搓丝机的用途是：将半成品加工成成品。其生产效率高，产品质量好，可制直径及长度均可调整。在线材上搓出牙型。

搓丝机，有多种规格的搓丝机，如，自动搓丝机、平板搓丝机、半自动搓丝机、全自动搓丝机等。
搓丝机型号也是多种多样:
(1)S3006 加工螺丝范围 M3-M6 生产率(只/min) 100 电机功率(KW) 2.2 三角带型号 A型 外型尺寸(cm) 94x52x58 重量(kg) 110
(2)ZS3010 加工螺丝范围 M4-M10 生产率(只/min) 90 电机功率(KW) 4 三角带型号 A型 外型尺寸(cm) 110x58x103 重量(kg) 250
(3)S3016 加工螺丝范围 M6-M16 生产率(只/min) 60 电机功率(KW) 5.5 三角带型号 B型 外型尺寸(cm) 160x75x79 重量(kg) 600
(4)S3024 加工螺丝范围 M10-M24 生产率(只/min) 70 电机功率(KW) 7 三角带型号 C型 外型尺寸(cm) 220x100x110 重量(kg) 1200
而我国也有关于搓丝机的很多标准：
GB/T972-2008 搓丝板
JB/T10231.22-2006 刀具产品检测方法22搓丝板
SJ/T31036-1994 自动冷锻机、自动切边机、自动搓丝机完好要求和检查评定方法
GB/T11409-2008 橡胶防老剂、硫化促进剂 试验方法
JB1645-1991 自动冷镦,切边,搓丝机 技术条件
JB/T8824.6-1998 统一螺纹搓丝板
JB/T8825.6-1998 惠氏螺纹搓丝板
JB 9975-1999 自动镦锻机、自动切边机、自动搓丝机、自动弯曲机噪声限值
JB/T 3056-1991 自动搓丝机 基本参数
JB/T 3591-1991 自动搓丝机 精度

总的来说搓丝机轻便、灵活、高效以及具有其它类似设备无法取代的优点。搓丝机避免了车床、钻床或手动攻丝的局限，省时、省力、不易烂牙、丝锥不易折断等。搓丝机适用于所有机械制造行业，机床、模具(厂)机械、塑胶机械、印刷机械、包装机械制造厂、工程机械、汽车摩托车零部件、航空发动机、机车车辆、烟草机械以及通用机械等行业。

我国很多人造板厂，造纸厂，烟草机械厂，汽车摩托车零部件厂等等的基础核心设备就是搓丝机，它不仅直接影响产品的质量，而且关系到产品的能耗与成本，可以说是直接决定一个企业能否在竞争激烈的市场中取得优势地位，甚至关乎一个企业的生死存亡，所以说新型高效搓丝机的研究小到对于一个企业的成长，大到对于整个国家基础制造业的发展都显得尤为重要，搓丝机对于各个国家之间的竞争也是尤为重要的一个领域。

而对于搓丝机的研究，专利发明也是多得数不胜数，我作为一名机械工程专业的大四学生，因此也选择了搓丝机传动装置设计作为我的毕业设计。

1.2国内外研究现状与分析

我国最早能查阅到的关于搓丝机的文献是王忠华^[7]用废料制成的半成半自动搓丝机。由于当时M8-M12的螺丝需求量大又都是在车床上来完成，这样不仅要占用好几台车床而且劳动强度大，生产效率低，于是制成了一台全部利用废旧料的自动搓丝机，该机器结构简单，许多机座，大齿轮，飞轮等都是拼焊完成，而且效果好，生产效率可以提高180倍。其参数：

而在70年代初期，文献[6]中就已经出现了一种非常高效的高速搓丝机，其具体参数为，在搓4.2X13mm的材质为不锈钢和耐酸钢的钢板螺钉时，生产率可达600件/分，而且搓丝板的寿命反而比200件/分时还要高，主要是因为该搓丝机采用了可靠的，凸轮控制的送进于推入装置，他能稳定地把坯料送到固定丝板与活动丝板之间，并能保证每次只送一个坯料，此外该机在搓带尖的螺钉时，能自动的将螺钉与废料分开。在调整搓丝板时，由于滑块能作寸动行程，比较方便，且容易清洗。

紧接着70年代中期，文献[5]就已经出现了效率更高，更稳定的行星式搓丝机。主要用来加工GB71-GB75M6紧固螺钉，加工长度8-35mm，主要部件由两块弧形丝板和一只滚丝轮组成。根据被加工螺钉形状的特点，用两套振动送料斗，通过塑料管分别输送工件到进料口，再由进料滑块推进工件，完成搓丝加工，由于两套送料机构与出料通道各不相同，所以可以根据不同需要同时加工两种长度不同螺钉。相比以往的搓丝机，该搓丝机进行了很多调整与修改，大大提高了工作效率。为了保证每分钟600件的工作效率，每只振动料斗必须保证每分钟送料300件，因此对振动料斗进行了如下改进：(1)加大料斗直径；（2）加粗导线直径，减速匝数；（3）加大山形磁铁铁心截面积；（4）弹簧钢板上支点向中心靠拢；（5）改变电源；其传动原理:由一台功率为3KW的电动机驱动，用三角皮带带动蜗杆蜗轮，使主轴旋转，转速为55.5转/分，通过齿轮传动使凸轮轴与主轴以27：5的速比传动，装在主轴上的滚丝轮共有27个头，当主轴每转过5个头时，凸轮轴转动一周，送进一个工件，送料滑块内部有弹簧，凸轮旋转带动杠杆摆动，在弹簧与杠杆的推动下，使送料滑块作往复运动不断送进工件进行搓丝。总的来说有相比之前已经有很大改善，有体积小，结构简单，调整方便，效率高，节能，能同时加工两种不同长度螺钉等优点；但缺点也十分明显，送料滑块往复噪音大，蜗杆精度低，机身振动明显，床身为焊接件，钢板选用太薄，重心高，刚度差，出料口有时有堵塞现象。

国内的搓丝机相较国外还是有一定差距的，文献[4]中指出80年代西德希尔格兰德公司就已出现了一种A2型装配垫圈部件的R1型高速搓丝机，其工作方式如同一个倾斜式搓丝机，它用于加工自攻螺丝和木螺丝，尺寸可达B4.8或M6，最大控制螺纹长度为40毫米，最大杆长为60毫米，螺丝毛坯沿着料道自动滑进搓丝区，机器装有一个凸轮控制的推入机构，最高生产效率为600件/分。装配垫圈安装在料斗与搓丝位之间，并提供出组装有一个垫圈的螺丝坯，垫圈与螺丝为不能分离的整体。并且能自动检测并安装有垫圈的螺丝毛坯才能通过搓丝板。

在指导老师的引导下，首先让我了解搓丝机中很重要的一种：Z25-12A型自动搓丝机。文献[3]中指出其是用两块平措施板在有头部的螺钉，螺栓，及其它类似的零件的坯料上滚压螺纹的自动化螺纹加工设备。上料采用链条料斗，工作可靠，螺纹进度好，生产率高。适用于大量生产的标准间，汽车，拖拉机，电器等制造业。毛坯材料的机械强度≤60kg/㎡。其参数：

20世纪我国搓丝机已经得到了很大的提高。各种新型搓丝机层出不穷，同时也出现了不拘于新型搓丝机的研究，转向其主运动以及工作原理等更加深层次的研究。李洪来^[2]指出国产搓丝机的生产率较低，工作转速提高后机座会出现 剧烈振动，螺纹易出现“乱扣”(螺纹不规则)等现象的根本原因主要是搓丝机动模板驱动机构未作平衡设计，通过理论分析 和对比试验，采用一种简便实用的综合平衡方法可使搓丝机生产率大幅度提高。搓丝机主运动机构的平衡：机构在运动过程中，活动构件会产生不同程度的惯性载 荷。作用于机座上的摆动力和摆动力矩是反映机构相对机座 不平衡程度的主要指标，它们是机构各构件几何、运动和质量 参数的函数，一般随机构位置周期性变化。平衡摆动力和摆动力矩的主要手段有质量综合(配重法) 和附加机构法。平衡方法有多种，摆动力平衡后摆动力矩的波动常会增加，二者的完全平衡往往会使机构变得非常复杂难以实际应用。针对搓丝机的具体结构，作者综合运 用了质量综合、尺寸综合以及附加机构三种平衡方法，实现了摆动力和摆动力矩的综合部分平衡。具体的方法有：(1)减小滑块质量；（2）调整连杆与曲柄长度比等等。总的来说，将机构参数优化与附加机构法相结合，在对原机床的基础上稍加改动，使主运动机构的摆动力和摆动力矩大幅度下降。 实验表明：在工作转速提高50％的情况下，机床的振动和噪声减弱，平衡效果明显。该平衡方法简便易行，对类似机构的平衡设计具有借鉴价值；应用于现有搓丝机的改造，无疑会带来显著的经济效益。

王延松^[1]指出，搓丝机是人造板和造纸厂的核心设备不仅直接影响产品质量而且关系到产品的能耗和成本，要达到良好的磨解质量应适当控制纤维长短和分丝，使处理后的物料满足生产工艺要求。具体措施：（1）电机功率降低，在保证质量的前提下，降低参量；（2）通过调整螺旋块相位角，将第二段三角物料环方向转动180°，使物料环产生的偏心方向与第一，三段相反。（3）通过改变调整环宽度和物料环区螺旋块形状，加宽物料环，弱化物料环偏心；（4）减小工作负荷，改善螺旋轴强度；（5）使各部间隙大于螺旋轴挠度，减小螺旋块间及螺旋块间与机筒间碰撞的可能性；（6）使用液压螺母利用套筒效应增加螺旋轴刚性同时提高螺旋块端面加工精度；（7）改进螺旋块机筒内衬材料及加工工艺提高精度；（8）改进螺旋块工艺结构，减小径向力。改变螺旋角和齿根角，减小径向力。最终取消调整环，减少向螺旋轴漏液的通道，增大“理论套管”长度，或调整环内孔倒 角，减轻对螺旋轴的研磨；（9）螺旋轴与减速机之间采用齿形联轴器以消除因加工或安装造成的误差；（10）提高安装精度通过尾架轴承消除因螺旋轴热伸缩造成的轴向弯矩。总的来说使用搓丝机时只要不长时间超负荷工作，并采取“均匀饥饿法供料”在环境温度太低时将尾架轴承座预热就可以延长搓丝机螺旋轴的使命寿命。

浙江科佳机械有限公司[8][9]研制出了多种新型的搓丝机，在现有搓丝机采用2级传动，电机功率大，镗孔尺寸大，轴线间距大，加工精度要求高的背景下，发明了一种电机功率小，加工精度要求低的搓丝机。其最主要的传动机构包括飞轮，偏心轮，第一齿轮，第二齿轮，第三齿轮和第四齿轮，滑块可滑动的安装在导槽上，滑块通过连杆连接在第四齿轮偏心位置，滑块上设有搓丝板，第四齿轮安装在第一定位孔后部，第三齿轮安装在第二定位孔后部，第二齿轮与第三齿轮相连，安装在第二定位孔前部，第一齿轮安装在第三定位孔前部，床身上部设有导轨，飞轮与第一齿轮相连，偏心轮位于床身前部与第四齿轮相连，电机通过皮带与飞轮相连且带动飞轮转动，第一齿轮带动第二齿轮转动，第三齿轮带动第二齿轮转动，偏心轮上设有第一传动关节，第一传动关节通过第二连杆与第二传动关节相连，第二传动关节与摆杆相连，摆杆与送料刀相连。螺钉坯料从导轨进料到送料刀位置，飞轮带动第一传动关节和连杆传动，第一传动关节推动送料刀到滑块位置，连杆带动滑块上的搓丝板对螺钉坯料进行加工。实现多级传动。加工精度要求大大降低。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

（1）拟定传动方案；

（2）设计参数，选择电动机；

（3）带传动主要参数及几何尺寸计算；

（4）齿轮传动设计计算；

（5）轴的设计与校核；

（6）轴承的选择与校核；

（7）键的选择与校核；

（8）减速器箱体结构尺寸设计；

（9）润滑及密封形式的选择；

（10）绘制二维，三维图；

（11）完成论文，准备答辩；

2.2研究（设计）的目标

（1）设计参数：最大加工直接10mm，最大加工长度180mm，滑块行程320~340mm，搓丝力小于9KN，生产率23件/min。

（2）室内工作，动力源为三相交流电机380/220V，系统总效率高于90%，电动机单向运转，载荷较平；

（3）专用机械厂制造，可加工7,8级精度齿轮，蜗轮；

（4）使用期限为10年，每年工作日300天，大修周期为3年；

2.3研究（设计）拟采用的技术方案及措施

（1）查阅文献资料，并自己归纳总结搓丝机的用途，发展研究现状，结构以及工作原理；

（2）在弄清传动装置原理的情况下，并且按照设计目标拟定一个具体的传动方案；

（3）进行机构初步设计；

（4）根据具体的参数进行计算并选择合适的电动机；

（5）取合适传动比，计算各轴转速，输入功率以及输入转矩，并根据数据作一个传动装置简图；

（6）翻阅实用工程机械传动装置设计手册以及机械设计手册进行带传动主要参数以及几何尺寸计算；

（7）翻阅实用工程机械传动装置设计手册以及机械设计手册完成齿轮传动设计计算，初步分为低速级齿轮和高速机齿轮；

（8）进行轴的设计与校核工作，具体分为如下几步：

①初估轴径；

②轴强度校核，先高速轴，再中间轴，最后低速轴；

③将数据进行列表；

（9）轴承的选择与校核，具体输入轴轴承，中间轴轴承以及输出轴轴承；

（10）键的选择与校核；

（11）减速器箱体各部分结构尺寸设计；

（12）润滑及密封形式的选择；

（13）对其他的技术按照要求进行说明；

（14）整体检测；

（15）在SliodWorks上完成装配图零件图的绘制，并手绘一张零件图；

（16）整理完成论文，准备答辩；

[1] 王延松.搓丝机断轴原因分析及改进措施[J].林业机械与木工设备,2005(08):64-65.

[2] 李洪来,李春书,冉多刚.搓丝机主运动机构的平衡减振研究[J].机械设计,2003(05):47-50.

[3] Z25-12A型自动搓丝机[J].机电新产品导报,1994(10):21.

[4] 杨景元.配有装配垫圈部件的搓丝机[J].锻压机械,1983(05):63.

[5] 行星式搓丝机[J].机械工人技术资料,1974(03):11-14.

[6] 高速搓丝机与滚丝机[J].锻压机械,1970(04):39-40.

[7] 王忠华.用废料制成的半自动搓丝机[J].机械制造,1959(07):11-13.

[8] 浙江科佳机械有限公司.搓丝机:CN201710514513.8[P].2017-09-08.

[9] 浙江科佳机械有限公司.新型搓丝机:CN201710514989.1[P].2017-09-19.

[10] 彭文生.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2008.11.

[11] 李庆余.机械制造装备设计[M]. 北京：机械工业出版社，2008.7.

[12] 詹迪维. SolidWorks 2016机械设计教程[M]. 北京：机械工业出版社，2017

[13] Charles A. Garniewicz. To Upgrade or Rebuild Your Thread Rolling Machinery?[J]. Fastener technology international,2014,(6):32-33.

[14] Michael McNulty. Spotlight On Thread Rolling Machinery amp; Tooling[J]. Fastener technology international,2013,(3):70-73.

[15] Mike McNulty. Spotlight On Thread Rolling Machinery a Tooling[J]. Fastener technology international,2015,(3):74-76.

1.1研究目的与意义

搓丝机，是专业生产螺丝的设备。

搓丝机的用途是：将半成品加工成成品。其生产效率高，产品质量好，可制直径及长度均可调整。在线材上搓出牙型。

搓丝机，有多种规格的搓丝机，如，自动搓丝机、平板搓丝机、半自动搓丝机、全自动搓丝机等。
搓丝机型号也是多种多样:
(1)S3006 加工螺丝范围 M3-M6 生产率(只/min) 100 电机功率(KW) 2.2 三角带型号 A型 外型尺寸(cm) 94x52x58 重量(kg) 110
(2)ZS3010 加工螺丝范围 M4-M10 生产率(只/min) 90 电机功率(KW) 4 三角带型号 A型 外型尺寸(cm) 110x58x103 重量(kg) 250
(3)S3016 加工螺丝范围 M6-M16 生产率(只/min) 60 电机功率(KW) 5.5 三角带型号 B型 外型尺寸(cm) 160x75x79 重量(kg) 600
(4)S3024 加工螺丝范围 M10-M24 生产率(只/min) 70 电机功率(KW) 7 三角带型号 C型 外型尺寸(cm) 220x100x110 重量(kg) 1200
而我国也有关于搓丝机的很多标准：
GB/T972-2008 搓丝板
JB/T10231.22-2006 刀具产品检测方法22搓丝板
SJ/T31036-1994 自动冷锻机、自动切边机、自动搓丝机完好要求和检查评定方法
GB/T11409-2008 橡胶防老剂、硫化促进剂 试验方法
JB1645-1991 自动冷镦,切边,搓丝机 技术条件
JB/T8824.6-1998 统一螺纹搓丝板
JB/T8825.6-1998 惠氏螺纹搓丝板
JB 9975-1999 自动镦锻机、自动切边机、自动搓丝机、自动弯曲机噪声限值
JB/T 3056-1991 自动搓丝机 基本参数
JB/T 3591-1991 自动搓丝机 精度

总的来说搓丝机轻便、灵活、高效以及具有其它类似设备无法取代的优点。搓丝机避免了车床、钻床或手动攻丝的局限，省时、省力、不易烂牙、丝锥不易折断等。搓丝机适用于所有机械制造行业，机床、模具(厂)机械、塑胶机械、印刷机械、包装机械制造厂、工程机械、汽车摩托车零部件、航空发动机、机车车辆、烟草机械以及通用机械等行业。

我国很多人造板厂，造纸厂，烟草机械厂，汽车摩托车零部件厂等等的基础核心设备就是搓丝机，它不仅直接影响产品的质量，而且关系到产品的能耗与成本，可以说是直接决定一个企业能否在竞争激烈的市场中取得优势地位，甚至关乎一个企业的生死存亡，所以说新型高效搓丝机的研究小到对于一个企业的成长，大到对于整个国家基础制造业的发展都显得尤为重要，搓丝机对于各个国家之间的竞争也是尤为重要的一个领域。

而对于搓丝机的研究，专利发明也是多得数不胜数，我作为一名机械工程专业的大四学生，因此也选择了搓丝机传动装置设计作为我的毕业设计。

1.2国内外研究现状与分析

我国最早能查阅到的关于搓丝机的文献是王忠华^[7]用废料制成的半成半自动搓丝机。由于当时M8-M12的螺丝需求量大又都是在车床上来完成，这样不仅要占用好几台车床而且劳动强度大，生产效率低，于是制成了一台全部利用废旧料的自动搓丝机，该机器结构简单，许多机座，大齿轮，飞轮等都是拼焊完成，而且效果好，生产效率可以提高180倍。其参数：