半自動平壓模切機機械原理課程設(shè)計報告書

1、環(huán)k轡機械原理課程設(shè)計說明書課程題目：平壓模切機學 院：機械工程學院專 業(yè)： 機械工程及自動化班 級：機械09-2班姓 名：卡哈爾斯依提_學 號：指導(dǎo)教師：穆塔里夫時 間： 2012 年7月3日成 績：大學機械工程學院20年7月大學機械原理課程設(shè)計任務(wù)書班級：機械09-2班 ：卡哈爾課程設(shè)計題目：平壓模切機課程設(shè)計完成容：設(shè)計說明書一份（主要包括：運動方案設(shè)計、方案的決策與尺度綜合、必要的機構(gòu)運動分析和相關(guān)的機構(gòu)運動簡圖）發(fā)題日期：20年_6月26_ 日完成日期：20年7_月_3日指導(dǎo)教師：穆塔里夫平壓模切機設(shè)計說明書、 設(shè)計目的通過本課程設(shè)計將學過的基礎(chǔ)理論知識進行綜合應(yīng)用，著手設(shè)計“半自動

2、 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。亠、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。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。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:印I:刷I【紙I:板輸松緊入H:紙1 1；走

3、I11I1板! 1紙!.：.:.；i L窪冷余;運動循環(huán)圖（一）機構(gòu)運動要求從機器的工藝動作可以看出，可以把整個機構(gòu)運動的運動分成兩個部分，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。其特點是行程短，受載大。本機構(gòu)要求行程是 50毫米，最大載荷是，工作速度是每小時壓制 3000。另外，主運動和輔運動要 相互協(xié)調(diào)。（二）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：夾緊裝置夾緊裝置主軸(三) 各部件運動分析i、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

4、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=1.3，則極位夾角。并知該 運動周期分 為兩部分，以156.5 °( 156.5 °=180°-23.5 ° )為界分為 0 °-156.5 ° 和156.5 ° -360。兩個過程。2、模切機構(gòu)的分析當主軸轉(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

5、、走紙機構(gòu)的分析當主軸轉(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，鏈輪鏈條處于靜止狀態(tài)；當主軸轉(zhuǎn)角為156.5 0 -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；當主軸轉(zhuǎn)角為156.5 °-360 °，凸輪處于近休止狀態(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0°156.5360°° （圖示位置）走紙機構(gòu)停止運動夾緊裝置送料夾

6、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

7、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 大圍調(diào)節(jié)，適用圍廣。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

8、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。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

9、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凸輪機構(gòu)特殊齒輪組構(gòu)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)平面六桿曲柄滑塊機構(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)單級蝸桿傳動機錐-圓柱齒輪傳動構(gòu)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

10、-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2、分析與評疋(1) 機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量由于V形帶和齒輪的組合傳動，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

11、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

12、的實現(xiàn)工作要求，以帶來更大的經(jīng)濟效益。萬案B：1、 示意圖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)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

13、切的力學要求； 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、加工制造較難，用料較大，維修不易， 故而生產(chǎn)和維修經(jīng)濟成本均較高。方C:1、示意圖2、分析與評定(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

14、，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

15、方面性能均優(yōu)，故選擇其為 最優(yōu)方案。/、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, 丫型;2、功率:2 X IO6 X=5.897 kw2X10-3XT7300D 1a+1（-功率、-生產(chǎn)阻力、s-有效模切行程、t '-周期、k-行程速比 系數(shù)）T = 0.96X 0.983 X 0.972 = 0.85（分別為皮帶，軸承和齒輪的效率）故kw3、轉(zhuǎn)速:3000 r宦。min= 50minifp = 16-160(=840分別為皮帶和減速器的傳動比）則4、電動機方案選型萬案型號(kw)轉(zhuǎn)速r/min重量N參考價格(元)傳動比同步、卄 +、， 滿載總 傳 動

16、 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/mi n電流(380V)效率%功率因數(shù)Y160M1-111293020.887.20.887.02.02.2安裝尺寸:型號安裝尺寸(mm)外形尺寸(mm)ABCDEFGHKABACADHDLY160M1-2521104211123716153333263860-e-

17、彳114080005555七、 機械傳動設(shè)計（一）傳動比的分配1、 總傳動比:2、 分配傳動比：（分別為皮帶和減速器傳動比），為使V型帶傳動外廓尺寸不至過大，初步取，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=5.70，則（二）齒輪組的設(shè)計根據(jù)（一）中傳動比的分配設(shè)計以及整體尺寸綜合考慮，查圓柱齒輪標準模數(shù)系列表（GB/T 13571987）得:(1) 、m仁2 a1=113mm z1=20 z2=z1i3=205.70=114(2) 、m2=3 a2=139.5mm z1=20 z2=z1i4=203.67=73(3) 、m3=0.5 a3=27.5mm z1=

18、60 z2=z1 I '=60=50(4) 、m4=6 a4=180mm z=30 由=0.435 得 z' =13(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 )得：齒數(shù)z=25，其直徑為d=303.989mm則鏈條的節(jié)數(shù)即鏈條為：24A-1-78 GB/T 1243-1997(s為鏈輪中心距s=1000mm p 為節(jié)距p=38.1mn)(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 27

19、6-1994 )得下表：軸軸承尺寸/mm基本額定載極限轉(zhuǎn)速代安裝尺寸/mm代荷/kN(r)號號dDB脂油I軸1535115.67.653.721800220062020320.6002II4585191.131.520.57000900062052781軸9III軸5090201.135.023.267008500621057831IV軸35800211.533.419.280009500630744711.5V軸6512231.557.240.050006300621741111.503VI1535115.67.653.721800220062020320.6軸002同上述，查普通平鍵（GB

20、/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1610451806.0+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= a，+2a，sin a + （n - a）其中cos a故皮帶A：a=800mm則 a =1.4005 l=2517.785mm 查普通 V帶的基準(GB/T

21、 11544-1997 ) 得此皮帶型號為：A 2500 GB/T 11544-1997皮帶B：一-_- - - -_ _ 一二一1 丄一一 a=295.68mm則a =1.518 l=1111.315mm 查表得此皮帶型號為：A 1120 GB/T 11544-1997皮帶 C:-. _一 一_匚一 -_ -:a=1016.07mm 則a =1.5549 l=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)定時間將夾子頂開和松弛兩個動作，故采用勻速運動規(guī)律即

22、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：其中（為模塊上升時間，t為周期）凸輪角速度為轉(zhuǎn)速:(七)平面六桿滑塊機構(gòu)設(shè)計AB=b-a,BC=e , CD=c AD=d CG=f, AC=a+b由設(shè)計要求可得極位夾角B = H=50mm在?ABC和?BCD中，由余弦定理得：cz(l - coscp) = a2 (1 + cos 6 ) + b2 (1 cos 9 )同理，在？BDF和?CDG分別可得：cos cos貝 UB在?ABC中，得B =90°-故 d= - ；'- -I- -'另外桿a為曲柄的

23、條件為：(1) 在a、b、c、d四桿中，a為最小，c為最大；(2) a+c< b+d根據(jù)以上分析，可取l=500mm c=400mm f=300mm 帶入以上公式可得=480考慮a為曲柄的條件，可得各桿長a=15mm b=36.2mm c=400mm d=387.9mm f=300mm l=500mm八、 機構(gòu)運動簡圖4附：特殊齒輪組(4)的簡圖L、 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Iii.III. r/min（2各軸輸入功率R =附 * Hi = 6-938 X 0.96= 6.66kivFj = Pr qz 弔=6.66 X 0.98 X 0.97 = 633

24、kwRii =* T|2 ' T)s = 6 33 X 0.98 X 0.97 = 6.02 kw輸出功率:(2)各軸輸入轉(zhuǎn)矩:p-9550X - 9550Xnm6.9382930N * m 22_61 N m石【=E 理 Th 巾=329.36 N - mtn = Iji i4 1 2 * Tla = 1149.04 N * in輸出轉(zhuǎn)矩:由上述各項得:軸名功率P (kw)轉(zhuǎn)矩T輸入輸出輸入電動機軸6.938I軸6.666.5360.79II軸6.336.20329.36T()轉(zhuǎn)速nr/mi n傳動比i效率n輸出22.6129302.80.9659.571046.435.700.95

25、322.77183.583.670.95III軸6.025.901149.041126.0650.02（二）凸輪運動曲線圖3.670.95III 軸 6.025.901149.041126.0650.02（三） 平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)運動曲線圖通過SolidWorks中COSMOSMotic三維實體仿真模擬獲得各機構(gòu)桿件運動草圖如下：（1）各桿件角速度圖桿件b0024.364869084008o2桿件f12.205 -dq? -3 ?-10 -ii*li* aa*i#* *11f111f111411>11f1f0.|1|1T|1|11111T1000.120.240.360.480.600

26、.720.840.961.081? (se桿件c(2)各桿件角加速度圖桿件b?(e桿件f0.000.120.240.360.480.600.720.840.961.081.20?(e桿件c(3)各桿件質(zhì)心速度圖桿件a43 T/mm-22 一-0 一-22斗200884072048063024o000桿件b76/ 42mm-27-611.08 1.200.000.120.240.360.480.600.720.840.96?($©桿件f?(©桿件c1297521-34-880.000.120.240.360.480.600.720.840.961.081.20?(e(4)滑塊

27、運動曲線圖滑塊質(zhì)心位置387374Y? 360 347333 n一1一I一1|1|_'|'|'一|一|_0.000.120.240.360.480.600.720.840.961.081.20?(se滑塊質(zhì)心速度?(s滑塊質(zhì)心加速度11 T 11 1 11 1111 1 11 1 10.720.840.961.081.20982mmv.487-8-503-9970.000.120.240.360.480.60?(se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,=0.1897rad/s,=0.2058rad/s,=-0.3437rad/s,=-0.0269m/s,=