半自動平壓模切機設(shè)計

中原工學(xué)院課程設(shè)計課程名稱：機械設(shè)計（上）課程審計課 程 號：DB0302028專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班 級：機自131班學(xué) 號：201300314103學(xué)生姓名：劉旭東指導(dǎo)教師：程軍紅2015年06 月26 日題目：半自動平壓模切機的模切設(shè)計 設(shè)計者：劉旭東同組成員：王超凡、李俊熙 目錄<一>：課程設(shè)計任務(wù)4<二>：執(zhí)行機構(gòu)的功能原理8<三>：執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律及型式設(shè)計9<四>：主機構(gòu)的運動設(shè)計17<五>：執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計19<六>：方案評價總結(jié)20<七>：課程設(shè)計總結(jié)（體會）21<八>：參考文獻21<九>附錄21<一>：課程設(shè)計任務(wù)一、設(shè)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(shè)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，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(biāo)。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(fù)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(dāng)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(shè)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(shè)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2mm范圍內(nèi)受到生產(chǎn)阻力為Fc=2106N，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=500.5mm?；爻痰钠骄俣葹楣ぷ餍谐唐骄俣鹊?.3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(shè)計下列幾機構(gòu)：使下壓模往復(fù)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(shè)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(shè)計方案提示根據(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(shè)計時，最主要的是要弄清設(shè)計要求和條件，掌握現(xiàn)有機構(gòu)的基本性能，靈活地應(yīng)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(shè)計時可考慮一下機構(gòu)方案：1、實現(xiàn)下模往復(fù)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(fù)移動運動機構(gòu)，有圖輪機構(gòu)，有圓弧槽的導(dǎo)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(shè)計任務(wù)1、根據(jù)設(shè)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(shè)計說明書應(yīng)包括設(shè)計題目、設(shè)計要求、方案設(shè)計和選型、方案評價，執(zhí)行構(gòu)件的運動循環(huán)圖，課程設(shè)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(fù)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(dāng)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。 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(shè)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(fù)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紙盒余料松開走紙輸出走紙模切沖壓輸入走紙夾緊紙板印刷紙板 1、 送料機構(gòu)的選型 圖(4)機構(gòu)加工紙板流程圖 送料：1）、紙板的輸送：分為雙列鏈傳動機構(gòu)和帶輪傳動機構(gòu)。 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(yīng)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，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(zhǔn)確平穩(wěn)的實現(xiàn)走紙運動；b、能準(zhǔn)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)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(shè)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(shè)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(shè)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(zhǔn)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(shè)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-曲柄 圖（10）凸輪六桿機構(gòu)設(shè)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(fù)雜，設(shè)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(shè)計比較復(fù)雜繁瑣。3） 機械機構(gòu)的經(jīng)濟性分析凸輪機構(gòu)的設(shè)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(shè)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-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(wù)；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(zhǔn)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(shè)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(shè)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(shè)計加工難度較大，成本偏高，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(shè)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=e，CD=c，AD=d，CG=f，AC=a+b有于回程的平均速度為工作行程的1.3倍可知極位夾角=K-1K+1180=23.478 由于H=50mm在ABC和BCD中，由余弦定理得：c21-cos=a21+cos+b2（1-cos）同理，在BDF和CDG中分別可得：cos1=c2+l2-f22cl cos2=c2+（l+H）2-f22c（l+H） 則 =1-2在ABC中，得 cos=e2+（a+b）2-（b-a）22e（a+b） =90-12- 故d=（a+b）2+c2-2（b+a)ccos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+cb+d 根據(jù)以上分析，可取 l=500mm c=400mm f=300mm 帶入以上公式可得 a21.917+b20.083=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(shè)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、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(fù)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)，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(shè)計困難且不易加工，在磨損之后，準(zhǔn)確性將會變差。2 方案B雖然也為齒輪與劉連桿機構(gòu)的傳動設(shè)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綜上：方案C為最終的設(shè)計和使用方案。<七>：課程設(shè)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(xué)出版社2、 申永勝、機械原理輔導(dǎo)與習(xí)題、清華大學(xué)出版社3、 程軍紅、機械設(shè)計基礎(chǔ)、陜西科技出版社4、 唐亞楠、機械原理、中國礦業(yè)大學(xué)出版社5、 張霄鵬、機械設(shè)計、中國礦業(yè)大學(xué)出版社<九>附錄執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計補充說明1、由于平面六桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.3，即極位夾角 =180K-1K+1=23.5并知該運動周期分為兩部分，以156.5為分界線。2、當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0-156.5，下模從行程最低點開始，在平面六桿機構(gòu)的帶動下向上移動至預(yù)定模切位置，進行沖壓模切；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5-360，下模完成模切動作，快速急回運動至行程最低點即下一周期起點。3、走紙機構(gòu)的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0-156.5，特殊齒輪組（用于完成間歇運動）沒有嚙合運動，鏈輪鏈條處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5-360，特殊齒輪組輪齒參與嚙合，帶動鏈輪鏈條運動，進行走紙運動。4、夾緊裝置的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0-156.5，帶動夾子的曲柄圓柱走過推程，進入遠休止使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5-360，圓柱曲柄處于近休止?fàn)顟B(tài)使剛性彈簧夾處于夾緊狀態(tài)。運動循環(huán)圖如圖（13）圖（13）半自動平壓模切機的運動循環(huán)圖