半自动平压模切机课程设计.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸

目录
1 目录

2 机械设计任务书

3 机构的运动分析

4 机构的的选型

5 机械运动方案的评定和选择

6 机构的设计

7 课程设计小结

8 参考文献

三 各部件运动分析
1、模切机构的分析
当主轴转角为0°---156.5°，下模从行程最低点开始，在平面六杆机构的带动下向上移动至预定模切位置，进行冲压模切；当主轴转角为156.5°--360°，下模完成模切动作，快速急回运动至行程最低点即下一周期起点。
2、走纸机构的分析
当主轴转角为0°---156.5°，特殊齿轮组（用于完成间歇运动）没有啮合运动，链轮链条处于静止状态；当主轴转角为156.5°--360°，特殊齿轮组轮齿参与啮合，带动链轮链条运动，进行走纸运动。
3、夹紧装置的分析
当主轴转角为0°---156.5°，带动夹子的凸轮走过推程，远休止和回程使刚性弹簧夹完成夹纸动作；当主轴转角为156.5°--360°，凸轮处于近休止状态使刚性弹簧夹处于夹紧状态。
综上所述运动循环图如下：
主轴转角
0° 156.5°(图示位置) 360°
走纸机构
停止
运动
夹紧装置
送料夹紧
输入走纸
模切机构
滑块上升（模切）
滑块下降（回程）

四 机构的选型
一 送料、模切机构的选型
（一） 送料机构的选型
1、可选机构
机构
供选机构类型
纸板的输送
双列链轮传动
皮带轮传动
纸板的停歇机构
凸轮机构
特殊齿轮组
纸板的固定
刚性弹簧夹
普通夹子
2、选型原因：
(1)对于纸板的输送构件，选用双列链轮传动：
a、相对皮带传动而言，双列链轮传动精度较高，有利于纸板的精确走纸定位；
b、适合于本机构的远距离传递；
c、本机构在长时间传输、模切时摩擦大，易发热，而双列链轮传动机构适合于长时间在此恶劣环境下工作。
另外，使用皮带轮传动其易打滑，易变形，传输精度低，传递效率低。
(2)对于纸板的停歇，选用特殊齿轮组：
a、相对凸轮机构相比而言，特殊齿轮组制造容易，工作可靠。
b、特殊齿轮组在设计时，易实现从动件的运动时间和静止时间的比例在较大范围内调节，适用范围广。
c、特殊齿轮组在工作时由于面接触且是间歇运转，因此不易磨
损，使用寿命长。
另外凸轮机构制造加工困难，易磨损。
(3)对于纸板的固定，选用刚性弹簧夹：
a、在走纸时，相对普通夹子而言，由于刚性弹簧力的作用，可以自动的将纸板夹紧，并准确平稳的走纸；
b、在夹紧和松开纸板时，运用凸轮机构和刚性弹簧的配合使用，能准确、方便、自动的实现纸板的夹紧和松开动作。
另外，使用普通夹子较难实现纸板的自动夹紧和松开的工艺动作以及平稳走纸的目的。
3、最终选型：纸板的输送选用双列链轮传动；纸板的停歇殊齿轮组选用特；纸板的固选用刚性弹簧夹。
（二） 模切冲压机构的选型
1、可选机构
机构
供选机构
急回机构
直动推杆凸轮机构
平面六杆曲柄滑块机构

2、选型原因：
a、相对凸轮机构而言，连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，润滑好，磨损小，则承载能力较大，有利于实现增力效果。
b、连杆机构的设计、加工制造容易，经济性好，且低副一般为几何封闭，工作的可靠性好。
c、在满足运动要求的条件下，连杆机构可以灵活改变各杆件的相对长度来调节运动规律，适用性强。
另外，凸轮机构增力效果差，设计加工制造困难，适用性差。
3、 最终选型：平面六杆曲柄滑块机构。
(三) 电动机的选型

1、类型和结构形式：三相异步笼型交流电动机，封闭式，380V，Y型；
2、功率：
=5.897 kw
（---功率、---生产阻力、s---有效模切行程、t’---周期、k---行程速比系数）
（分别为皮带，轴承和齿轮的效率）
故 kw
3、转速：
( =8~40 分别为皮带和减速器的传动比) 则 综上所述3点，最终选型为：
型号

（kw）
满载时
起动电流额定电流
起动转矩额定转矩
最大转矩额定转矩
转速 r/min
电流
（380V）
效率
%
功率因数
Y160M1-1
11
2930
20.8
87.2
0.88
7.0
2.0
2.2

五 机械运动方案的评定和选择
由上述运动循环图及题设要求可知，“半自动平压模切机”主要分为三大部分：动力传动机构；走纸机构；冲压模切机构。其中动力传动机构又分为动力传递机构和变速转向机构。走纸机构分为：纸板的输送机构，纸板的停歇机构和纸板的固定机构。冲压模切机构为急回机构。
备选机构列表：

机构
供选机构类型
走纸机构
双列链轮传动
皮带轮传动
纸板的固定
刚性弹簧夹
普通夹子
冲压模切机机构
直动推杆凸轮机构
平面六杆曲柄滑块机构
由上述备选机构可得32种备选机械运动方案，从中选出3种典型可行方案如下：
方案A：双列链轮传动----刚性弹簧夹----平面六杆曲柄滑块机构
方案B：双列链轮传动----刚性弹簧夹----直动推杆凸轮机构
方案C： 皮带轮传动----普通夹子----直动杆凸轮机构
典型可行方案评定
方案A：
1、示意图
刚性弹簧夹

2、分析与评定
(1)机械功能的实现质量
平面六杆曲柄滑块机构能够承受很大的生产阻力，增力效果好，可以平稳的完成模切任务；使用刚性弹簧夹自动的实现纸板的夹紧与松开动作，并运用特殊齿轮组完成走纸的间歇运动和准确的定位，以实现与冲压模切的协调配合。
(2)机械的运动分析
在同一传动机构的带动下，双列链轮机构共同完成走纸的准确定位，运动精度高，并且能和冲压模切运动很好的配合完成要求动作工艺。
(3)机械动力分析
平面六杆曲柄滑块机构有良好的力学性能，在飞轮的调节下，能大大的降低因短时间承受很大生产阻力而带来的冲击震动；整个机构（特别是六杆机构和特殊齿轮组）具有很好的耐磨性能，可以长时间安全、稳定的工作。
(4)机械结构合理性
该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计简单，机构重量适中。
(5)机械经济性
平面六杆曲柄滑块机构设计，加工制造简单，使用寿命长，维修容易，经济成本低，虽然特殊齿轮组设计加工难度较大，成本偏高，但与其他等效备选机构相比，其能更好的实现工作要求，以带来更大的经济效益。
方案B：
1、 示意图
2、分析与评定
(1)机械功能的实现质量
采用直动推杆凸轮机构难承受很大的生产阻力，不能很好的完成冲压模切功能；运用凸轮机构带动走纸机构间歇运动，由于长时间工作而磨损变形，会造成走纸机构无法准确定位。虽然能实现总体功能要求，但实现的质量较差。
(2)机械运动分析
凸轮的长期间歇运动导致微小误差积累，从而引起走纸定位的准确性下降，最终引起各执行机构间的配合运动失调。
(3)机械动力分析
直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）耐磨性差。
方案C：
1、示意图
普通夹子

2、分析与评定
(1) 机械功能的实现质量
相对于方案B，皮带传送很难实现走纸的准确定位；普通夹子不便于纸板的自动化夹紧和松开，需要相应辅助手段较多；采用蜗杆减速器，结构紧凑，环境适应好，但传动效率低，不适宜于连续长期工作。总体上机械功能的实现质量很差。
(2) 机械运动分析
皮带传送易磨损、打滑，走纸运动的精度低，又因很难实现准确定位与冲压模切的协调性差。
(3) 机械动力分析
直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）和平带耐磨性差。
(4) 机械机构合理性
该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸很重量都较大。
(5) 机械机构经济性
由于普通夹子的使用，降低了生产成本，但由于其易磨损，维修成本大，又由于凸轮机构和蜗杆机构的存在，经济成本还是很大。
综上所述，从机械功能的实现质量、机械运动分析、机械动力分析、机械结构合理性、机械经济性等各方面综合考虑，方案A各方面性能均优，故选择其为最优方案。
六 机构的设计
(一) 齿轮组的设计
根据（一）中传动比的分配设计以及整体尺寸综合考虑，查圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T 1357—1987）得：
（1）、m1=2 a1=113mm z1=20 z2=z1·i3=205.70=114
（2）、m2=3 a2=139.5mm z1=20 z2=z1·i4=203.67=73
（3）、m3=0.5 a3=27.5mm z1=60 z2=z1·I’=60=50
（4）、m4=6 a4=180mm z=30 由=0.435得
（二） 链轮、链条的设计
依据上述整体尺寸，初步设计链轮直径为300mm，查短节距传动用精密滚子链的基本参数与主要尺寸（GB/T 1243--1997）得：
齿数z=25 ，其直径为d=303.989mm
则链条的节数 即链条为：
24A-1-78 GB/T 1243-1997
（s为链轮中心距s=1000mm p为节距p=38.1mm）
（三） 刚性弹簧夹及其配合凸轮的设计
刚性弹簧夹及其配合凸轮的尺寸如上，按设计要求配合凸轮
只需完成在规定时间内将夹子顶开和松弛两个动作，故采用匀速运动规律即可满足运动要求。虽然受刚性冲击，但是作用力很小，运动要求简单，所以可以满足设计要求。故可得，推杆的位移曲线图如下：
其中
（为模块上升时间，t为周期）
凸轮角速度为
,转速：
（四） 平面六杆滑块机构设计
AB=b-a,BC=e，CD=c，AD=d，CG=f，AC=a+b
由设计要求可得极位夹角θ= H=50mm
在∆ABC和∆BCD中，由余弦定理得：

同理，在∆BDF和∆CDG中分别可得：
cos cos 则
在∆ABC中，得
β=90°-- 故d=
另外杆a为曲柄的条件为：
（1） 在a、b、c、d四杆中，a为最小，c为最大；
（2） a+c≤b+d
根据以上分析，可取 l=500mm c=400mm f=300mm 带入以上公式可得
=480 考虑a为曲柄的条件，可得各杆长
a=15mm b=36.2mm c=400mm d=387.9mm f=300mm l=500mm
(五) 飞轮设计

根据平面六杆机构的运动曲线图，可知：
在0.12秒时，等效构件（零件2-1）有最大角速度，由图得v=-0.127m/s,=0.1897rad/s,=0.2058rad/s,=-0.3437rad/s,=-0.0269m/s,=-0.051m/s,=-0.024m/s,=-0.088m/s.
在0.66s时，等效构件的角速度可近似为=50r/min=5.233rad/s, 由图v=-0.094m/s,=1.0772rad/s,=-0.1221rad/s,=-0.2224rad/s，
=0.0168m/s,=0.031m/s,=0.0165m/s,=0.0598m/s.
在1.05秒时，等效构件有最小角速度，由图得v=0m/s,=-2.4095rad/s,=-0.0174rad/s,=-0.0470rad/s,
=0.02829m/s,=0.029m/s,=0.011m/s,=0.000159m/s.
选杆件材料为优质碳素结构钢，其密度ρ=7.85kg/,又取杆件的截面直径d=50mm,且转动惯量=m
再根据运动方程式=可得:
=0.05679kg·，=0.3283rad/s,=5.9351rad/s.
∆==0.9970 J
==3.29585rad/s
≥∆/([δ]) =0.58567 kg·，( [δ]=),取=0.58567kg·
由=4g，取D=0.3m，则=260.2978N，又由=πDHbγ，可取H=b=0.03m，则γ=76756.83N/.
飞轮尺寸如下图：
七 课程设计小结
课程设计是对我们已学知识的一种检验的方法,通过对课程设计的完成我们可以知道自己学习中的不足和缺憾，对以后的学习是有很大帮助的。当然，通过这次课程设计也增加了我们实践的训练，这是我们迈向社会的一个过渡，增强我们团体工作的能力，同时也增加我们独立动手的能力。
虽然感觉有点累，不过当看见自己设计的机构能正常工作还是感觉是值得的，
说实话，课程设计真的有点累．然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这两周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中＂春眠不知晓＂的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有两次因为不小心我计算出错，只能毫不情愿的重来。但一想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯．这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练．　　
八 参考文献
1.师忠秀,王继荣主编<<机械原理课程设计>>.北京:机械工业出版社,2003
2.裘建新主编.<<机械原理课程设计指导书>>.北京:高等教育出版社,2006

1、工作原理及工艺动作过程
半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。它可对各种规格的纸板、厚度在4 mm以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸的商标。
它的工艺动作主要有两个：一是将纸板走纸到位，二是进行冲压模切。
2、原始数据和设计要求 '
1）每小时压制纸板3000张。
2）上模固定，下模向上移动的行程长度H=50±0.5 mm，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。
3）工作行程的最后2 mm范围内受到生产阻力Pc=2x1O6 N，回程时不受力。下模和滑块的质量共约120kg。
4）工作台面离地面的距离约120 mm。
5）所设计的机构性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。
3、设计方案提示
1）走纸机构可采用双列链传动，走纸横块其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干夹紧片以夹紧纸板。主动链轮由间歇运动机构带动以实现定时走纸。
2）模切机构一般可采用六杆冲压机构，在纸板停顿时进行冲压模切。冲压机构要求急回并节省动力。
3）由于冲压模切机构仅在短时内承受很大生产阻力，为了减小周期性速度波动可选用较小容量的电机，一般需安装飞轮。
4、设计任务
1）根据工艺动作要求拟定运动循环图。
2）进行送料、模切机构的选型。
3）机械运动方案的评定和选择。
4）根据给定的生产阻力及工作裕量选定合适的电动机。
5）进行飞轮设计。
6）按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。
7）画出机械运动方案简图。
8）对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。