半自動平壓模切機設(shè)計

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1、半自動平壓模切機設(shè)計說明書一設(shè)計目的通過本課程設(shè)計將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識進行綜合應(yīng)用，著手設(shè)計“半自動平壓模切機”。通過對機構(gòu) 的選型、設(shè)計；對機械傳動方案、機械運動方案的選擇和評價而培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算能力。熟悉一般的 機械裝置設(shè)計過程。一.、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、紙箱制品的專用設(shè)備。它可以對各種規(guī)格的紙板、厚度在4mm 一下的瓦楞紙板，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 紙板，用手工或機械沿切線除去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸的商 標(biāo)。它的工藝動作主要有兩個：一是將紙板走紙到位，二是進行沖壓模切

2、。其具體工作動作順序如下:半自動平壓模切機工藝動作順序于完成紙板的夾緊，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。其特點是行程短，受載大。本機構(gòu)要求行程是50量米，最大載荷是2x1州工作速度是每小時壓制3000張。另外，主運動和輔運動要相互協(xié)調(diào)運動示意圖由上述機構(gòu)運動要求，繪制如下運動示意草圖:夾緊裝置王軸走紙機構(gòu)（三）各部件運動分析1、主軸的選擇和轉(zhuǎn)角運算為了計算和設(shè)計方便，選擇變速箱的輸出軸為運動分析主軸，如上圖所示。由原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求知，平面六桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)k=i.3，則極位夾角0 = 180 =

3、23.5并知該運動周期分為K+1兩部分，以 156.5 0 156.5 =180 -23.5 ）為界分為 0-156.5 和156.5 -360 0 兩個過程。2、模切機構(gòu)的分析當(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、4、夾緊裝置的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為 0 -156.5。，帶動夾子的凸輪走過推程，遠休止和回程使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5 -360 ,凸輪處于近休止?fàn)顟B(tài)使剛性彈簧夾處于夾緊狀態(tài)。（四）綜上所述運動循環(huán)圖如下：主軸轉(zhuǎn)角0156.5。（圖示位置）360 走紙機構(gòu)停止運動夾緊裝置送料夾緊輸入走紙模切機構(gòu)滑塊上升（模切）滑塊下降（回程）四、送料、模切機構(gòu)的選型（一） 送料機構(gòu)的選型1、可選機構(gòu)機構(gòu)供選機構(gòu)類型紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動紙板的停歇機構(gòu)凸輪機構(gòu)特殊齒輪組紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子2、選型原因：（1）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

5、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。(2)對于紙板的停歇，選用特殊齒輪組：a、相對凸輪機構(gòu)相比而言，特殊齒輪組制造容易，工作可靠。b、特殊齒輪組在設(shè)計時，易實現(xiàn)從動件的運動時間和靜止時間的比例在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，適用范圍 廣。c、特殊齒輪組在工作時由于面接觸且是間歇運轉(zhuǎn)，因此不易磨損，使用壽命長。另外凸輪機構(gòu)制造加工困難，易磨損。(3)對于紙板的固定，選用剛性彈簧夾：a、在走紙時，相對普通夾子而言，由于剛性彈

6、簧力的作用，可以自動的將紙板夾緊，并準確平穩(wěn)的 走紙；b、在夾緊和松開紙板時，運用凸輪機構(gòu)和剛性彈簧的配合使用，能準確、方便、自動的實現(xiàn)紙板的 夾緊和松開動作。另外，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。3、最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇殊齒輪組選用特；紙板的固選用剛性彈簧 夾。(二)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)平白六桿曲柄滑塊機構(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

7、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。3、最終選型：平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)。五、 機械運動方案的評定和選擇由上述運動循環(huán)圖及題設(shè)要求可知，“半自動平壓模切機”主要分為三大部分：動力傳動機構(gòu)；走紙機 構(gòu)；沖壓模切機構(gòu)。其中動力傳動機構(gòu)又分為動力傳遞機構(gòu)和變速轉(zhuǎn)向機構(gòu)。走紙機構(gòu)分為：紙板的輸 送機構(gòu)，紙板的停歇機構(gòu)和紙板的固定機構(gòu)。沖壓模切機構(gòu)為急回機構(gòu)。備選機構(gòu)列表：機構(gòu)供選機構(gòu)類型紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動紙板的停歇機構(gòu)凸輪機構(gòu)特殊齒

8、輪組紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子急回機構(gòu)直動推桿凸輪機構(gòu)平白六桿曲柄滑塊機構(gòu)動力傳遞機構(gòu)聯(lián)軸器V形帶變速轉(zhuǎn)向機構(gòu)圓柱齒輪傳動機構(gòu)單級蝸桿傳動機構(gòu)錐-圓柱齒輪傳動機構(gòu)由上述備選機構(gòu)可得32種備選機械運動方案，從中選出 3種典型可行方案如下：方案A:雙列鏈輪傳動-特殊齒輪組-剛性彈簧夾-平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)-V形帶-圓柱齒輪傳動機構(gòu)方案B:雙列鏈輪傳動-凸輪機構(gòu)-剛性彈簧夾-直動推桿凸輪機構(gòu)-聯(lián)軸器-錐-圓柱齒輪傳 動機構(gòu)方案C:皮帶輪傳動-凸輪機構(gòu)-普通夾子-直動桿凸輪機構(gòu)-聯(lián)軸器-單級蝸桿傳動機構(gòu)典型可行方案評定方案A:1、示意圖剛性彈簧夾2、分析與評定(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量由于V形帶和齒輪

9、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確的定位，以實現(xiàn)與沖壓模切的協(xié)調(diào)配合。(2)機械的運動分析在同一傳動機構(gòu)的帶動下，特殊齒輪和雙列鏈輪機構(gòu)共同完成走紙的準確定位，運動精度高，并且 能和沖壓模切運動很好的配合完成要求動作工藝。(3)機械動力分析平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)有良好的力學(xué)性能，在飛輪的調(diào)節(jié)下，能大大的降低因短時間承受很大生產(chǎn)阻力而帶來的沖擊震動；整個機構(gòu)(特別是六桿機構(gòu)和特殊齒輪組)具有很好的耐磨性能，可以長時間安

10、全、穩(wěn)定的工作。(4)機械結(jié)構(gòu)合理性該機構(gòu)各構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸設(shè)計簡單，機構(gòu)重量適中。(5)機械經(jīng)濟性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。方案B:2、分析與評定(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量相較于方案A的V形帶，聯(lián)軸器的傳遞效率雖然高，但是減速效果差；采用直動推桿凸輪機構(gòu)難承受 很大的生產(chǎn)阻力，不能很好的完成沖壓模切功能；運用凸輪機構(gòu)帶動走紙機構(gòu)間歇運動，由于長時間工作而磨損變形，會造成走紙機構(gòu)無法準確定位。雖然能實現(xiàn)總體功能要求，但實現(xiàn)的質(zhì)

11、量較差(2)機械運動分析凸輪的長期間歇運動導(dǎo)致微小誤差積累，從而引起走紙定位的準確性下降，最終引起各執(zhí)行機構(gòu)間 的配合運動失調(diào)。(3)機械動力分析直動推桿凸輪機構(gòu)難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模 切的力學(xué)要求；該方案中的凸輪機構(gòu)(包括機構(gòu)中的兩個凸輪機構(gòu))耐磨性差。(4)機械結(jié)構(gòu)合理性該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機構(gòu)的使用，造成整體機構(gòu)的尺寸很重量都較大。(5)機械經(jīng)濟性由于凸輪機構(gòu)和錐圓柱齒輪的設(shè)計、 本均較高。方案C:1、示意圖i加工制造較難，用料較大，維修不易，故而生產(chǎn)和維修經(jīng)濟成 (4Ij1一、JJ二：千%, I I普通夾子 、A-2、分析與評定

12、(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量相對于方案B,皮帶傳送很難實現(xiàn)走紙的準確定位；普通夾子不便于紙板的自動化夾緊和松開，需要 相應(yīng)輔助手段較多；采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境適應(yīng)好，但傳動效率低，不適宜于連續(xù)長期工 作?？傮w上機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量很差。(2)機械運動分析皮帶傳送易磨損、打滑，走紙運動的精度低，又因很難實現(xiàn)準確定位與沖壓模切的協(xié)調(diào)性差。(3)機械動力分析直動推桿凸輪機構(gòu)難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學(xué)要求；該方案中的凸輪機構(gòu)(包括機構(gòu)中的兩個凸輪機構(gòu))和平帶耐磨性差。(4)機械機構(gòu)合理性該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機構(gòu)的使用，造成整體機構(gòu)的尺寸很

13、重量都較大。(5)機械機構(gòu)經(jīng)濟性由于普通夾子的使用，降低了生產(chǎn)成本，但由于其易磨損，維修成本大，又由于凸輪機構(gòu)和蝸桿機 構(gòu)的存在，經(jīng)濟成本還是很大。綜上所述，從機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量、機械運動分析、機械動力分析、機械結(jié)構(gòu)合理性、機械經(jīng)濟性 等各方面綜合考慮，方案 A各方面性能均優(yōu)，故選擇其為最優(yōu)方案。六、電動機的選型1、類型和結(jié)構(gòu)形式：三相異步籠型交流電動機，封閉式，380V , Y型;2X10-33C00 13+1=5.897 kw(匕-功率、Pp-生產(chǎn)阻力、s-有效模切行程、t-周期、k-行程速比系數(shù)) itLi分別為皮帶，軸承和齒輪的效率）5故一一 一；kw一厘囿3、轉(zhuǎn)速：iiw = n0

14、= - = 50-i = U . i2 = 16M6060 min min=8-40分別為皮帶和減速器的傳動比%二二刪哪）00加iin4、電動機方案選型方案型號(kw)轉(zhuǎn)速 r/min重量N參考價格（元）傳動比同步滿載總傳動比V帶減速器1Y160M1-111300029301170135058.62.820.932Y160M-411150014601230180029.22.511.683Y160L-61110009701470160019.429.7綜上所述4點，最終選型為:型號(kw )滿載時起動電流額定電流起動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速r/min電流(380V )效率%功率因數(shù)Y1

15、60M1-111293020.887.20.887.02.02.2安裝尺寸:型號安裝尺寸（mm）外形尺寸（mm）ABCDEFGHKABACADHDLY160M1-252110421112371615333326385601408000555T二、機械傳動設(shè)計（一）傳動比的分配 : _ nm1、 總傳動比：1= =（ ,2、分配傳動比：二1分別為皮帶和減速器=5 =5,70，則GB/T 1357傳動比），為使v型帶傳動外廓尺寸不至過大，初步取=2,8,則同理，按展開式考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪直徑相近，由展開式曲線，查得i4= = 3.67-Z（二）齒輪組的設(shè)計根據(jù)（一）中傳動比的分配設(shè)計以及

16、整體尺寸綜合考慮，查圓柱齒輪標(biāo)準模數(shù)系列表（1987 ）得：(1)、m1=2a1=113mmz1=20z2=z1 i3=20 5.70=114、m2=3a2=139.5mmz1=20z2=z1 i4=20 3.67=73(3)、m3=0.5a3=27.5mmSO r/minz1=60 z2=z1 I=6oX - =5060.218 r/min(4)、m4=6a4=180mmtz 0,522z=30 由 =0.435 得 z-13ZmTT t1.2（三）鏈輪、鏈條的設(shè)計依據(jù)上述整體尺寸，初步設(shè)計鏈輪直徑為300mm ,查短節(jié)距傳動用精密滾子鏈的基本參數(shù)與主要尺寸（GB/T 1243-1997 ）

17、得：齒數(shù)z=25 ,其直徑為 d=303.989mmT*d+ 2s n n 匚亡則鏈條的節(jié)數(shù) n =即鏈條為：p24A-1-78 GB/T 1243-1997（s為鏈輪中心距 s=1000mm p為節(jié)距p=38.1mm ）（四）軸承和鍵的設(shè)計根據(jù)上述齒輪模數(shù) m和齒數(shù)z,求得相應(yīng)直徑 d=mz ,以及軸的轉(zhuǎn)速（見第九章第一節(jié)：軸的參數(shù)）等查深溝球軸承（GB/T 276-1994 ）得下表:軸代號軸承尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉(zhuǎn)速（rmin*1）代號安裝尺寸/mmdDB脂油I軸1535115.67.653.721800022000620220320.6II軸4585191.131.520.

18、570009000620952781III軸5090201.135.023.267008500621057831IV軸35800211.533.419.280009500630744711.5V軸6512231.557.240.050006300621741111.503VI軸1535115.67.653.721800022000620220320.6同上述，查普通平鍵( GB/T 1096-1990 )得軸代號鍵的公稱尺寸鍵槽尺寸b(h9)h(h11)L(h14)t公稱公差公稱公差I(lǐng)軸5510563.0+0.12.3+0.1II軸149301605.5+0.23.8+0.2III軸16104

19、51806.0+0.24.3+0.2IV軸108221105.0+0.23.3+0.2V軸2012562207.5+0.24.9+0.2VI軸6614703.502.80(五)V形帶的設(shè)計由上圖得:皮帶的長度l= adj-d其中cos a=2a故皮帶A:di = 150mm d2=d1-i=150X18=420mma=800mm 則 a=1.4005l=2517.785mm 查普通V帶的基準(GB/T 11544-1997 )得此皮帶型號為： A 2500 GB/T 11544-1997皮帶 B =150imn d?二 % , i 二 15。X 1,2 二 18Q658mm a=295.68m

20、m則 a=1.518l=1111.315mm 查表得此皮帶型號為：A 1120 GB/T 11544-1997皮帶C d：二工血,皿d：二i二：四X二皿勺望皿11 a=1016.07mm 則 a=1.5549l=2551.505mm 查表得此皮帶型號為：A 2500 GB/T 11544-1997(六) 剛性彈簧夾及其配合凸輪的設(shè)計剛性彈簧夾及其配合凸輪的尺寸如上，按設(shè)計要求配合凸輪只需完成在規(guī)定時間內(nèi)將夾子頂開和 松弛兩個動作，故采用勻速運動規(guī)律即可滿足運動要求。雖然受剛性沖擊，但是作用力很小，運動要 求簡單，所以可以滿足設(shè)計要求。故可得，推桿的位移曲線圖如下：十世乎36。（、為模塊上升時間

21、，t為周期）凸輪角速度為2it n3 = t 06rad/s，轉(zhuǎn)速:30tiJ r-a r =50r/min七)平 面六桿 滑塊機 構(gòu)設(shè)計AB=b-a ,BC=eCD=cAD=d5CG=f ,AC=a+bK-lH=50mm由設(shè)計要求可得極位夾角e = -X180 = 23,478K+1在?ABC和？BCD中，由余弦定理得:同理，在？BDF和？CDG中分別可得：_ c2+l2-fz(1+H) -fzcos -：cos 二2cX 甲22c* (1+H)在?ABC中，得e3+ (a+b) Z- (b-a)：COSO = b =902e(a+b)d=J (a+b) 2fc2-2 (b+a) c cos

22、|3另外桿a為曲柄的條件為：(1)在a、b、c、d四桿中，a為最小，c為最大;(2) a+c&+d根據(jù)以上分析，可取 l=500mmc=400mmf=300mm 帶入以上公式可得曲加的哪=480考慮a為曲柄的條件，可得各桿長a=15mmb=36.2mmc=400mmd=387.9mmf=300mml=500mm八、機構(gòu)運動簡圖附：特殊齒輪組(4)的簡圖九、傳動和執(zhí)行機構(gòu)運動尺寸計算(一) 軸的參數(shù)(1)各軸轉(zhuǎn)速“胃得= i04643 r/min1046,43. -ll -一=183.58 r/minHLIIIi4 3.67I “。.” .in(2)各軸輸入功率輸出功率:(2)各軸輸入轉(zhuǎn)矩:輸出

23、轉(zhuǎn)矩：由上述各項得:軸名功率P (kw)轉(zhuǎn)矩t(轉(zhuǎn)速nr/min傳動比i效率刀輸入輸出輸入輸出電動機軸6.93822.6129302.80.96I軸6.666.5360.7959.571046.435.700.95II軸6.336.20329.36322.77183.583.670.95III軸6.025.901149.041126.0650.02(二)凸輪運動曲線圖十、飛輪設(shè)計根據(jù)平面六桿機構(gòu)的運動曲線圖，可知:在 0.12 秒時，等效構(gòu)件（零件 2-1 ） 有最大角速度由圖得v=-0.127m/s,J； =0.1897rad/s,=02 =0.2058rad/s,電 i =-0.3437r

24、ad/s,=-0.0269m/s,=-0.051m/s,：=-0.024m/s,v-=-0.088m/s.在0.66s時，等效構(gòu)件的角速度可近似為=50r/min=5.233rad/s,由圖v=-0.094m/s,仙=1.0772rad/s,J； =-0.1221rad/s,JI1 =-0.2224rad/sJ=0.0168m/s,F i=0.031m/s, ，:j|?=0.0165m/s,AJ=0.0598m/s.在 1.05 秒時件有最小角速度由圖得v=0m/s,l）； =-2.4095rad/s,J： =-0.0174rad/s, JM , =-0.0470rad/s,=0.02829m

25、/s,=0.029m/s,:=0.011m/s,=0.000159m/s.慣量選桿件材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其密度p =7.853n3HMU X又取桿件的截面直徑d=50mm,且轉(zhuǎn)動=m再根據(jù)運動方程式 4g總（* +h廟）可彳:=0.05679kg1nr=0.3283rad/s,=5.9351rad/s.=0.9970 J=3.29585rad/s5=0.58567kg 口上=0.58567 kg 巾上，（S=l/ ），取/ 7由 01）49，取 D=0.3m ,貝I G=260.2978N ,又由（&=TtDHb 丫，可取 H=b=0.03m ,貝U 丫=76756.83N/飛輪尺寸如下圖：

26、參考文獻1 孔凌嘉，張春林主編.機械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社，20042 周元康，林昌華，張海兵編著.機械設(shè)計課程設(shè)計.重慶：重慶大學(xué)出版社，20013 孫桓，陳作模，葛文杰主編.機械原理.北京：高等教育出版社，20074 曹惟慶等著.連桿機構(gòu)的分析與綜合.北京：科學(xué)出版社，20025 SolidWorks 三維實體模擬軟件，2006目錄一工作目的二工作原理及工藝動作過程三運動循環(huán)圖四 送料、模切機構(gòu)的選型（1） 送料機構(gòu) 的選型（2） 模切沖壓機構(gòu)的選型五機械運動方案的評定和選擇六電動機的選型七機械傳動設(shè)計（一） 傳動比的分配（二）齒輪組的設(shè)計（3） 鏈輪和鏈條的設(shè)計（四）軸承和鍵的設(shè)計（五）V形帶的設(shè)計（6） 剛性夾子和凸輪的設(shè)計（7） 平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計八 機構(gòu)運動簡圖九傳動和執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸計算（） 軸的運動參數(shù)（二）凸輪的運動曲線圖（三）平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)的運動曲線圖 十飛輪的設(shè)計