機械原理課程設(shè)計保存半自動平壓模切機構(gòu)設(shè)計

1、桂 林 電 子 科 技 大 學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題 目 半自動平壓模切機構(gòu)設(shè)計 系 別 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 二 八 年 一 月 二十三 日設(shè)計題目半自動平壓模切機半自動平壓模切機構(gòu)是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設(shè)備。該機構(gòu)可對各種規(guī)格的白紙、板厚度在4mm以下的瓦楞紙，以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凸凹。經(jīng)過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿著壓出的痕跡可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凸凹的商標(biāo)。 壓制紙板的工藝過程分為“走紙”和“摸 切”兩部分。如圖所示，4為工作臺面，工作臺 （圖 1）上

2、方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為橫塊（共5個）其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干夾緊片。主動鏈輪由間歇機構(gòu)帶動，使兩鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙橫塊剛好運行到主鏈輪下方的位置。這時，工作臺面下方的控制機構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件7作往返移動，推動橫塊上的夾緊片張開，操作者可將紙板8喂入待佳緊后，主動鏈輪又開始轉(zhuǎn)動，將紙板送到具有上模5（裝調(diào)以后是固定不動的）和下模6的位置鏈輪再次停歇。這是，在工作臺面下部的主動傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)滑塊6和下模為一體向下移動，實現(xiàn)紙板的壓痕、切線，稱為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運行，當(dāng)夾有紙板的橫塊走到某一位置時，受另一機構(gòu)（圖

3、上未表示）作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進入第二個工作循環(huán)，將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此形成連續(xù)的工作循環(huán)。機構(gòu)方案設(shè)計與選擇 根據(jù)半自動平壓模切機的工作原理，可以把機器完成加工要求的動作分解成若干基本運動。因為完成一項運動，一般說來總有幾種機構(gòu)可以實現(xiàn)，所以不同的機構(gòu)類型及其組合可以構(gòu)成不同的運動方案。對于該機器進行機械運動方案設(shè)計時，應(yīng)對下面四個方面進行分析：（一） 執(zhí)行機構(gòu)及其選擇 半自動平壓模切機的執(zhí)行機構(gòu)是用來實現(xiàn)圖1中6（下模）往復(fù)運動。能 夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動變?yōu)橥鶑?fù)直線運動的機構(gòu)常見的有凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)及組合機構(gòu)

4、等。連桿機構(gòu)是低副構(gòu)成，制造容易，承載能力大，適用于受力載荷較大的場合，其一般行程較大。凸輪機構(gòu)可以用來實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律，以便于實現(xiàn)各執(zhí)行機構(gòu)間的運動協(xié)調(diào)配合，其為高副機構(gòu)，多用于受力不大的場合，其行程一般較小。螺旋機構(gòu)可獲得大的減速比和教高的運動精度，常用于低速進給和精密微調(diào)機構(gòu)，其行程較大。齒輪齒條機構(gòu)用于移動速度較高的場合，且不宜用于精度傳動及平穩(wěn)性要求高的場合，其行程較大。由于壓制紙板時瞬時受力較大，綜合分析可知，平面連桿機構(gòu)是最佳選擇。由上面示意圖知，下模6是在豎直方向上往復(fù)運動，根據(jù)受力分析可知，其在重力作用下，始終保持有向下運動的趨勢，故平面四桿機構(gòu)較難實現(xiàn)，選擇平面六桿或是更

5、多桿的機構(gòu)比較合適。而考慮到機構(gòu)的效率、制造成本以及能量利用率等方面的因素，選擇使用平面四桿則機構(gòu)最佳。以下是我設(shè)計的幾種方案： （圖 2） （圖 3） （圖 4） （圖 5） （圖 6） （圖 7）通過相互比較、判斷，我選擇了圖7這種方案。因為相比其他5種方案，該方案當(dāng)滑塊承受很大載荷時，曲柄滑塊所需的力矩卻較小，節(jié)省了動力，而且結(jié)構(gòu)簡單、材料較省、工作效率高、穩(wěn)定性也非常好。故，對于半自動平壓模切機執(zhí)行機構(gòu)的方案，我選擇了此機構(gòu)。（二） 傳動機構(gòu)及其選擇 半自動平壓模切機的傳動機構(gòu)是用來提供合適的原動力或原動力矩的。目的是為執(zhí)行機構(gòu)的原動件提供一個合適的角速度（w2 ）。要實現(xiàn)上述功能的機

6、構(gòu)，可采用帶傳動與兩極齒輪傳動串聯(lián)、帶傳動與行星輪系串聯(lián)和行星輪系等。帶傳動、摩擦倫傳動其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、易于實現(xiàn)無級變速，而缺點是傳動比不準(zhǔn)確、傳遞功率小、傳遞效率低。嚙合傳動正好與之相反。因此綜合兩者使用是最佳選擇。下面是我設(shè)計的幾種方案： （圖 8） （圖 9）結(jié)合半自動平壓模切機傳動機構(gòu)的特點，在一個運動循環(huán)內(nèi)僅在某一區(qū)間承受很大的生產(chǎn)阻力，將引起等效構(gòu)件所受的阻力矩有明顯的周期性波動由電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩近似的等于一個常數(shù)，則會引起角速度的周期性波動。我選擇了圖7作為該機的傳動機構(gòu)，因為半自動平壓模切機傳動機構(gòu)的傳動比要求不是很高，蝸輪蝸桿機構(gòu)不僅生產(chǎn)費用遠高于帶傳動，而

7、且其傳遞的功率也沒有帶傳動高，而所達到的效果對于本機器來說差不多，只是能夠多了一個自鎖功能，而本機器對這方面的要求基本沒有。因此我選擇了圖7這個傳動機構(gòu)。選擇合適的傳動比，使大帶輪具有一定的傳動慣量而起到飛輪的作用。 （三） 控制機構(gòu)及其選擇半自動平壓模切機的控制機構(gòu)是用來控制走紙橫塊間歇性開合的（主動鏈輪每次停歇時，鏈上的一個走紙橫塊剛好運動到主動鏈輪下方位置。這時控制機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，等待喂紙。而主動鏈輪走動時，夾緊紙張送到固定模下。），因此其應(yīng)是一端具有停歇的往復(fù)直線運動機構(gòu)。該類型機構(gòu)有凸輪機構(gòu)、具有圓弧槽的導(dǎo)桿機構(gòu)等。 （圖 10） （圖 11） （圖

8、 12） 結(jié)合本機器的要求，我選擇了圖10該機構(gòu)方案。該機構(gòu)相對其他2個能夠更準(zhǔn)確、更快速的響應(yīng)間歇性要求，能夠更容易完成預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)更簡單緊湊，運轉(zhuǎn)效率更高。 因為這些原因，故，我選擇了該凸輪機構(gòu)作為半自動平壓模切機的控制機構(gòu)。（四） 機械的工作循環(huán)圖 為了保證機械在工作時其各個執(zhí)行構(gòu)件間動作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，在設(shè)計機械時要編制出用以表明在一個工作循環(huán)中各運動配合。對于該半自動平壓模切機的機械工作循環(huán)圖為： 0 0.72s 0.96s 1.2s （圖 13）機構(gòu)設(shè)計 對于該半自動平壓模切機的設(shè)計，根據(jù)所給的參數(shù)，可以分3部分分別設(shè)計，其分別是執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、傳動機構(gòu)的設(shè)計、控制機構(gòu)

9、的設(shè)計。下面是就此分別說明：（一） 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計 由給定參數(shù)如下： 每小時壓紙3000張，滑塊推動下模所受的生產(chǎn)阻力pc=2×108n，作用2mm；回程平均速度為工作行程平均速度的1.5倍；下模移動行程長度為h=5±0.5mm；下模與滑塊質(zhì)量為120kg。 (圖 14) 由v回=1.5v工作，則 t回=hv回= h（1.5v工作）， t工作=hv工作， 由t=3600s/3000張=1.2s/張 t回=2/5t=0.48s, t工作=3/5t=0.72s, 再，由v回=1.5v工作， 回=（2/5）*360°=144°， 工作=（3/5）*360

10、76;=216°， 則，極位夾角為： 180°*（1.5-1）/(1.5+1)=36°要使該機構(gòu)運動順暢，應(yīng)盡量使最小壓力角小些: 因此我取最小壓力角為：10° 由傳動機構(gòu)的最終級傳動輪半徑為80mm，故為使執(zhí)行機構(gòu)的曲柄達到最佳效果，我選擇l4=60mm. 則： l21=（h/2）/sin18°=25/sin18°=80.9 mm l1=l21/(sin10°)*sin72°=443.1 mm l22=l4/tan18°=184.7 mm 整個機構(gòu)中運動最高點與機架平面的距離為： l=l1/(sin10

11、°)*sin98°=461.4 mm 根據(jù)上述所算出來的數(shù)據(jù)，可作出該執(zhí)行機構(gòu)的運動簡圖。 下圖即為其運動簡圖： （圖 15）（二） 傳動機構(gòu)的設(shè)計由給定參數(shù)如下：電動機轉(zhuǎn)速為n=1450r/min，則 i16=(1450r/min)/(50張/min)=29， 根據(jù)齒輪選擇原則：優(yōu)先選取第一系列，并在第一系列中選?。簃=2,=20°i1/i6=(z2/z1)( z4/z3)(z6/z5)=29=(58/32)×(20/80)×(80/20) 因此可依次?。簔1=32 z2=58, z3=20,z4=80, z5=20, z6=80則分度圓直徑

12、依d=mz分別得:d1=64 mm，d2=116 mm，d3=40 mm， d4=160 mm，d5=40 mm，d6=160 mm, 按標(biāo)準(zhǔn)選擇皮帶型號。 根據(jù)本設(shè)計結(jié)構(gòu)，無需使用飛輪即能滿足要求。 由以上數(shù)據(jù)可作出該傳動機構(gòu)運動簡圖，下圖即為傳其運動簡圖： （圖 16）（三） 控制機構(gòu)的設(shè)計凸輪參數(shù)的確定。由整個半自動平壓模切機的各個機構(gòu)運動是相互聯(lián)系的，因此執(zhí)行機構(gòu)的運動周期與凸輪轉(zhuǎn)動周期相同，都為t=1.2s。再根據(jù)其實際工作狀態(tài)可知，該凸輪機構(gòu)的工作場合為中等輕載。由圖13-機構(gòu)的循環(huán)工作圖可知：設(shè)計時要求遠休止時間t02=0.8t=0.96s， 則得遠休止角02=0.8×

13、360°=288° ,推程時間t0=0.1t=0.12s, 則推程角0=0.1×360°=36°， 回程時間t1=0.1t=0.12s， 則回程角1=0.1×360°=36°， 再由本機器的所能壓的紙厚為4mm以下，則可令h=5mm。凸輪原動力矩與執(zhí)行機構(gòu)的原動力矩為同一電動機提供。 由以上數(shù)據(jù)可作出該控制機構(gòu)的運動簡圖，下圖即為其運動簡圖： （圖 17）（四）半自動平壓模切機的運動簡圖為： 綜合上述3方面分析，再結(jié)合該半自動平壓模切機的機械工作循環(huán)圖，將執(zhí)行部分、控制部分、傳動部分結(jié)合起來，用同一電動機帶動工作。

14、通過合理布置各機構(gòu)的位置，得出下面半自動平壓模切機的運動簡圖： （圖 18）假設(shè)電動機順時針旋轉(zhuǎn)，則，執(zhí)行機構(gòu)上的滑塊將處于回程階段，0.48s后進入推程階段，1.2s后又將處于回程階段；而控制機構(gòu)將在0.12s（1/10t）后開始進入推程階段，0.24s后進入回程階段，在0.12s到0.24s期間其執(zhí)行構(gòu)件將壓緊橫塊上的夾緊片，0.24s到1.32s又頂開夾緊片，等待喂紙；主動鏈輪現(xiàn)正處于停止階段，0.24s后將處于送紙階段，0.48s到1.2s又將處于停止階段。整個機器的工作循環(huán)為1.2s。機構(gòu)運動分析對執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析：利用圖解法求借該執(zhí)行機構(gòu)的位移運動曲線、速度運動曲線、加速度運動

15、曲線。 （一） 位移運動曲線的求解直接根據(jù)作圖測量可得一個運動周期內(nèi)的20個時刻的位移量 (圖 19)每旋轉(zhuǎn)18°，讀一個數(shù)： s1=0 s11=44.4 s2=0.98 s12=49.0 s3=2.97 s13=50.0 s4=5.32 s14=45.8 s5=8.11 s15=37.9 s6=12.1 s16=26.6 s7=18.0 s17=17.1 s8=24.1 s18=9.64 s9=30.9 s19=4.92 s10=38.4 s20=1.63 s21=0 /(mm)根據(jù)上述20個點作出位移曲線圖： (圖 20) （二）速度運動曲線加速度運動曲線的求解 用圖解法求執(zhí)行構(gòu)

16、件的速度 由w=5/6*2 =5.24rad/s ,cd=184.7mm, de=60mm, ab=443.1mm bc=80.9mm 對于推程開始點,可以把該執(zhí)行機構(gòu)分解為二部分: 一)、 (圖 21) 速度分析 加速度分析 二)、 (圖 22) 速度分析 加速度分析 對于回程開始點,把該執(zhí)行機構(gòu)分解為二部分:一)、 (圖 23) 速度分析 加速度分析 二)、 (圖 24) 速度分析 加速度分析 對整個周期中任意位置時, 把該執(zhí)行機構(gòu)分解為二部分:一)、 (圖 25) 速度分析 加速度分析 二)、 (圖 26) 速度分析 加速度分析求出20個位置時的速度、加速度如下: v1= a1= , v

17、11= a11=v2= a2= , v12= a12=v3= a3= , v13= a13=v4= a4= , v14= a14=v5= a5= , v15= a15=v6= a6= , v16= a16=v7= a7= , v17= a17=v8= a8= , v18= a18=v9= a9= , v19= a19=v10= a10= , v20= a20=根據(jù)上述數(shù)據(jù),可作出下面這兩項,速度運動曲線圖和加速度運動曲線圖:速度運動曲線圖: (圖 27)加速度運動曲線圖: (圖 28)機構(gòu)力分析由滑塊推動下模所受的生產(chǎn)阻力pc=2×108n，下模與滑塊質(zhì)量為120kg。 對執(zhí)行機構(gòu)進

18、行動態(tài)靜力學(xué)分析： 在僅考慮滑塊和下模慣性力的作用下，其他桿件質(zhì)量不計。對于半自動平壓模切機的執(zhí)行機構(gòu)進行靜力學(xué)分析如下： (圖 29) 根據(jù)上面靜力學(xué)分析和已知參數(shù)，可列出下列方程： md有1=md|cos5/6| (0<=<=216°) md有2=md|cos5/4| (216°<=<=360°) pc*2×10-3+2mgh=md*2 2×10-3×2×108+120×10×2×50×10-3=2 md md=(4×105+120)/2 =63681.1nm根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可作出該執(zhí)行機構(gòu)的的平衡力矩圖，如下： (圖 30)總結(jié)本次課程設(shè)計總共用時5天,完成工作量為a3圖紙一張和5000字說明書一份。我的題目是半自動平壓模切機的設(shè)計,該機器分三部分:執(zhí)行機構(gòu)、控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)。通過查書,找資料我對每個機構(gòu)都給出了幾種方案,通過分析比較,選出了各種方案中最佳者,從而設(shè)計出整個機器的運動簡圖。本次課程設(shè)計鞏固了我們所學(xué)的知識,讓我們更靈活,更仔細的解決實際問題。機械設(shè)計工作是一項創(chuàng)造性勞動,在設(shè)計之初許多問題和矛盾尚未暴露,而設(shè)計之中才體現(xiàn)出來,我們在整個設(shè)計過程中并不會一帆風(fēng)順,在不斷的