半自動平壓模切機設計

1、中原工學院課程名稱：機械設計（上）課程審計課 專 班 學號：業(yè)：機械設計制造及其自動化號：學生姓名：劉旭東指導教師：程軍紅課程設計機械設計（上）課程審計 DB0302028機械設計制造及其自動化131 班4103劉旭東程軍紅2015 年 06 月 26 日題目：半自動平壓模切機的模切設計設計者：劉旭東同組成員：王超凡、李俊熙目錄一 ：課程設計任務一、設計題目:半自動平壓模切機的模切機構(gòu)二、工作原理及工藝動作過程半自動平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備.它可對各種規(guī)格的紙板、厚度在 4mm以下的瓦愣紙板，以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凹凸。經(jīng)過壓痕、切線的紙扳

2、，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿著壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸的商標。壓制紙板的工藝過程主要分兩部分，一為將紙板走紙到位，二是對紙板沖壓模切。如圖一所示，4 為工作臺面，工作臺上方的1 為雙列鏈傳動，2 為主動鏈輪，3 為走紙模塊，其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構(gòu)帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運動到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件 7 作往復移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8 喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉(zhuǎn)動，將紙板送到具有固定上模5 和可

3、動下模6 的位置。鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件（滑塊）和下模6 為一體向上移動，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，當夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構(gòu)（圖上未表示）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，后一個橫塊進人第二個工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。本題要求按照壓制紙板的工藝過程設計下列幾個機構(gòu)：使下壓模運動的執(zhí)行機構(gòu)，起減速作用的傳動機構(gòu)；控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機構(gòu)。圖 （ 1）平壓模切機工藝動作示意圖圖 （ 2）模切機的生產(chǎn)阻力曲線三、原始數(shù)據(jù)和設

4、計要求1、每小時壓制紙板3000 張。2、 傳動機構(gòu)所用電動機轉(zhuǎn)速n=1450r/min ， 滑塊推動下模向上運動時所受生產(chǎn)阻力如圖2 所示，在其工作行程的最后2mme圍內(nèi)受到生產(chǎn)阻力為Fc=2X 106N,回程時不受力.下模和滑塊的質(zhì)量約120kg。3、 下模向上移動的行程長度H=50 0.5mm。 回程的平均速度為工作行程平均速度的倍，4、工作臺離地面的距離約1200mm。5、按照壓制紙板的工藝過程要求設計下列幾機構(gòu)：使下壓模往復運動的執(zhí)行機構(gòu)；起減速作用的傳動機構(gòu)；控制橫塊上壓緊裝置（壓緊紙板）的控制機構(gòu)。所設計機構(gòu)的性能要良好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。四、設計方案提示

5、根據(jù)半自動平壓模切機的工作原理，把機器完成加工要求的動作分解成若干種基本運動。進行機械運動方案設計時，最主要的是要弄清設計要求和條件，掌握現(xiàn)有機構(gòu)的基本性能，靈活地應用現(xiàn)有機構(gòu)或有創(chuàng)造性地構(gòu)思新的機構(gòu)，以保證機器有完善的功能和盡可低的成本。完成一項運動，一般說總有幾種機構(gòu)可以實現(xiàn)，所以，不同的機構(gòu)類型及其組合將構(gòu)成多種運動方案。對本題進行機械運動方案設計時可考慮一下機構(gòu)方案：1、實現(xiàn)下模往復移動和執(zhí)行機構(gòu)一般可采用具有急回或曾力特性的六桿沖壓機構(gòu)。2、傳動機構(gòu)可采用連續(xù)勻速運動的減速機構(gòu)，有帶傳動與兩級齒輪傳動串聯(lián)，帶傳動與行星輪系串聯(lián)等。3、控制加緊裝置的機構(gòu)可采用具有一端停歇的往復移動運動

6、機構(gòu)，有圖輪機構(gòu)，有圓弧槽的導桿機構(gòu)等。4、由于沖壓模切機構(gòu)只在短時間內(nèi)承受很大的生產(chǎn)阻力，為了減小周期性波動可選用較小的電動機，并安裝飛輪。五：設計任務1、根據(jù)設計要求與原始數(shù)據(jù)每組考慮至少23 鐘系統(tǒng)運動方案，并對其傳動性能進行初步的分析比較，畫出運動方案簡圖。經(jīng)小組討論選定一種較佳運動方案；2、根據(jù)工藝動作的順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖。3、進行機械運動方案的評價；4、完成說明書一份。設計說明書應包括設計題目、設計要求、方案設計和選型、方案評價，執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖，課程設計總結(jié)，參考文獻。二 ：執(zhí)行機構(gòu)的功能原理如圖 （3） 所示， 4 為工作臺面，工作臺上方的1 為雙列鏈傳動，2 為

7、主動鏈輪，3 為走紙模塊，其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構(gòu)帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運動到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件7 作往復移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8 喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉(zhuǎn)動，將紙板送到具有固定上模5和可動下模6 的位置。鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件（滑塊）和下模6 為一體向上移動，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，當夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構(gòu)（圖上未

8、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 進人第二個工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實 現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。圖（3）平壓模切機工藝動作示意圖三:執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律及型式設計 執(zhí)行機構(gòu)運動的規(guī)律分成兩個部分，一是輔助運動，它可以用于完成紙板的夾緊，走紙，松開等動作。對實現(xiàn)該運動的 傳動機構(gòu)要求做間歇運動；二是主運動，完成對紙板的壓切 動作，要求裝有模板的滑塊做直線往復運動.其加工紙板的 工藝動作流程如圖（4）半自動平壓模切機加工紙板工藝流程圖輸松:夾；輜 送料機構(gòu)的選型印1、刷對于紙板的輸送構(gòu)件，選用雙列鏈輪傳動：a、相對皮帶傳動而言，雙列鏈輪傳動精

9、度較高，有利于紙板的精確走紙定位；b、適合于本機構(gòu)的遠距離傳遞；c、本機構(gòu)在長時間傳輸、模切時摩擦大，易發(fā)熱，而雙列鏈輪傳動機構(gòu)適合于長時間在此惡劣環(huán)境下工作。另外，使用皮帶輪傳動其易打滑，易變形，傳輸精度低，傳遞效率低。圖（5）雙列鏈傳動正視圖，2） 、紙板停歇：分為凸輪機構(gòu)、特殊齒輪機構(gòu)和槽輪機構(gòu)經(jīng)過討論及分析應選用特殊齒輪鏈輪。a 采用特殊齒輪加工和維修方便，工作可靠；b 易實現(xiàn)從動件的運動時間與靜止時間的比例在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；c 工作時面接觸為間歇運動，不易磨損。主動鏈輪做單向間歇運動，選擇齒輪（4 個）與不完全齒輪（ 1 個）組合，將鏈條安放在完全齒輪上，在將完全齒輪與不完全齒輪連接

10、，不完全齒輪轉(zhuǎn)動帶動完全齒輪轉(zhuǎn)動。圖（6）不完全齒輪圖（7）不完全齒輪嚙合3） 對于紙板的固定，可選用剛性彈簧夾或普通彈簧夾。選用剛性彈簧夾a、剛性彈簧夾具有剛性彈簧力的作用，不僅可以自動的將紙板夾緊，而且可以準確平穩(wěn)的實現(xiàn)走紙運動；b、能準確、方便、自動的實現(xiàn)紙板的夾緊和松開動作。c、使用普通夾子較難實現(xiàn)紙板的自動夾緊和松開的工藝動作以及平穩(wěn)走紙的目的。圖（8）剛性彈簧夾最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇選用殊齒輪組；紙板的固選用剛性彈簧夾。模切沖壓機構(gòu)的選型1 ）、可選機構(gòu)機構(gòu)供選機構(gòu)急回機構(gòu)直動推桿凸輪機構(gòu)平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)2 ）、選型原因：a、相對凸輪機構(gòu)而言，連桿機構(gòu)

11、的運動副一般均為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，潤滑好，磨損小，則承載能力較大，有利于實現(xiàn)增力效果。b、連桿機構(gòu)的設計、加工制造容易，經(jīng)濟性好，且低副一般為幾何封閉，工作的可靠性好。c、在滿足運動要求的條件下，連桿機構(gòu)可以靈活改變各桿件的相對長度來調(diào)節(jié)運動規(guī)律，適用性強。另外，凸輪機構(gòu)增力效果差， 設計加工制造困難，適用性差。最終選型：平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)。型式設計：方案A示意圖如圖（9）1-凸輪、2-頂桿、3-滑塊、4-不完全齒輪、5-完全齒輪、6- 曲柄、 7- 頂桿圖（9）凸輪頂桿機構(gòu)簡圖1） 機械的運動分析下模向上運動進行模切運動時會產(chǎn)生很大的生產(chǎn)阻力，但是直動推桿凸輪機構(gòu)不能承

12、受很大的阻力，所以選用直動推桿凸輪機構(gòu)來完成沖壓模切并不是很合理；凸輪機構(gòu)長時間帶動走紙機構(gòu)進行間歇運動， 將會使工作磨損變形產(chǎn)生的微小誤差積累，這會造成走紙機構(gòu)定位的準確性下降，最終引起各執(zhí)行機構(gòu)間的配合運動失調(diào)。2） 機械的結(jié)構(gòu)合理性分析該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但是， 凸輪機構(gòu)的運用會造成整體機構(gòu)的尺寸和重量都變大。3） 機械的機構(gòu)經(jīng)濟性分析凸輪機構(gòu)和錐圓柱齒輪的設計、制造較難，用料較大，生產(chǎn)成本較高，況且維修方面的技術(shù)含量較高，經(jīng)濟成本較高?？傮w上機械功能的實現(xiàn)較差方案 B示意圖如圖（10）1-凸輪、 2-圓柱滾子、3-連桿、 6-滑塊、 7-不完全齒輪、8-完全齒輪、9- 鏈輪、 10-

13、曲柄圖（10）凸輪六桿機構(gòu)設計簡圖1） 機械的運動分析通過凸輪連接與平面六桿機構(gòu)的組合，能夠合理的完成沖壓過程，但是機構(gòu)比較復雜，設計比較困難，并且傳動過程較長，能量易損失，傳動效率低。2） 機械結(jié)構(gòu)的合理性分析該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但是， 凸輪機構(gòu)的運用會造成整體機構(gòu)的尺寸和重量都變大且設計比較復雜繁瑣。3） 機械機構(gòu)的經(jīng)濟性分析凸輪機構(gòu)的設計、制造較難，用料較大，生產(chǎn)成本較高，況且維修方面的技術(shù)含量較高，經(jīng)濟成本較高?？傮w上機械的傳動性功能實現(xiàn)欠佳，尺寸及輪廓設計困難。方案 C示意圖如圖（11 ）1-圓柱、 2-連桿、 3-搖桿、 4-連桿、 5-滑塊、 6-不完全齒輪、7- 完全齒輪、8-

14、 鏈輪、9- 曲柄、 10- 頂桿圖（ 11）齒輪六桿機構(gòu)簡圖（1） 機械的運動分析雙列鏈傳動機構(gòu)和齒輪的組合傳動，功率損失小，機械效率高，可靠性高；平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)能夠承受很大的生產(chǎn)阻力，增力效果好， 可以平穩(wěn)的完成模切任務；使用剛性彈簧夾自動的實現(xiàn)紙板的夾緊與松開動作，并運用特殊齒輪組完成走紙的間歇運動和準確的定位，以實現(xiàn)與沖壓模切的協(xié)調(diào)配合。2）機械結(jié)構(gòu)的合理性分析該機構(gòu)各構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸設計相對于凸輪而言簡單，且沒有凸輪機構(gòu)沉重，運行平穩(wěn)協(xié)調(diào)。3）機械的經(jīng)濟性分析平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)設計，加工制造簡單，使用壽命長，維修容易, 經(jīng)濟成本低，雖然特殊齒輪組設計加工難度較大，成本偏

15、高，但與其 他等效備選機構(gòu)相比，其能更好的實現(xiàn)工作要求，以帶來更大的經(jīng)濟 效益。四:主機構(gòu)的運動設計半自動平壓模切機構(gòu)的主運動如圖（12）圖（12）主機構(gòu)運動見圖AB=b-a,BC=0 CD=c AD=d CGf AC=a+b有于回程的平均速度為工作行程的倍可知極位夾角9K- 1 一 XK+ 1180 = 23.478由于 H=50mm在？ABG口？BCDt由余弦定理得:c2(1 - cos(|) = a2(1 + cos 0) +b2(1 - cos 0 )同理，在？BDF和？CDG分別可得:Ic2+l2-f2cos3cr-cosc2+(1 + H) 2- f22c (1 + H)在？ABC

16、,得e2+ (a + b) cos % =2e (a + b)d=，(a + b) + c2 - 2 (b + a) c cos B另外桿a為曲柄的條件為：(1)在a、b、c、d四桿中，a為最短桿，c為最長干；（2） a+cwb+d根據(jù)以上分析，可取l=500mm c=400mm f=300mm 帶入以上 公式可得a2 x 1.917+ b2 x 0.083=480考慮a為曲柄的條件，可得各桿長a=15mm b=36mm c=400mm d=388mm f=300mm l=500mm五:執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計.如圖(13)1-鏈輪與齒輪的組合、2-齒輪、3-齒輪與圓柱的組合、4-鏈輪與齒輪的組合、

17、9、10-鏈輪與圓柱的嚙合圖(12)執(zhí)行系統(tǒng)簡圖執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合圖如圖(8),由于電機的原動力輸入通過齒輪傳動 將動力傳給A,在圖中A即為原動件。在圖中由于 A1與10通過鏈條 傳動將動力傳給10,10為不完全齒輪，11為完全齒輪，通過完全齒 輪與不完全齒輪通過一定傳動比的相互嚙合運動從而達到紙板的停 歇運動。原動件1通過2、3的傳動即通過3個齒輪的嚙合將動力傳動給3, 在六桿機構(gòu)中，即3為原動件。由于不同齒輪的傳動，從而使沖壓模塊 8 完成往復的沖模運動。3 與 4 兩齒輪嚙合，然后通過4 與 9 的鏈條傳動將動力傳給9，然后由F 完成橫壓彈簧夾的夾紙工作，在整個運動循環(huán)過程中，機械運行平穩(wěn)

18、，配合協(xié)調(diào)，可以達到工作的要求。六 ：方案評價總結(jié)對上述的幾個方案，從機械的運動、經(jīng)濟性、及其合理性分析，我認為方案C為最合理的方案。1 凸輪機構(gòu)的外形及尺寸設計困難且不易加工，在磨損之后，準確性將會變差。2 2 方案 B 雖然也為齒輪與劉連桿機構(gòu)的傳動設計但是它與方案C的六桿機構(gòu)相對比，其受力狀況欠佳，易損壞，且承受的載荷不宜過大3 綜上：方案C為最終的設計和使用方案。4七 ：課程設計總結(jié)（體會）八 ：參考文獻1、 申永勝、機械原理教程、清華大學出版社2、 申永勝、機械原理輔導與習題、清華大學出版社3、 程軍紅、機械設計基礎、陜西科技出版社4、 唐亞楠、機械原理、中國礦業(yè)大學出版社5、 張霄鵬、機械設計、中國礦業(yè)大學出版社九 附錄 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計補充說明1、由于平面六桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K二,即極位夾角 K- 1、 .0 = 180 改=23.5。并知該運動周期分為兩部分，以。為分界線。2、當主軸轉(zhuǎn)角為0,下模從行