半自动平压模切机机械原理课程设计（DOC34页）bbcf.docx

半自动平平压模切切机设计计说明书书一、 设计目的的通过本课课程设计计将学过过的基础础理论知知识进行行综合应应用，着着手设计计“半自动动平压模模切机”。通过过对机构构的选型型、设计计；对机机械传动动方案、机机械运动动方案的的选择和和评价而而培养结结构设计计，计算算能力。熟熟悉一般般的机械械装置设设计过程程。二、 工作原理理及工艺艺动作过过程半自动平平压模切切机是印印刷，包包装行业业压制纸纸盒、纸纸箱制品品的专用用设备。它它可以对对各种规规格的纸纸板、厚厚度在44mm一一下的瓦瓦楞纸板板，以及及各种高高级精细细的印刷刷品进行行压痕、切切线、压压凹凸。经经过压痕痕、切线线的纸板板，用手手工或机机械沿切切线除去去掉边料料后，沿沿压出的的压痕可可折叠成成各种纸纸盒、纸纸箱，或或制成凹凹凸的商商标。它的工艺艺动作主主要有两两个：一一是将纸纸板走纸纸到位，二二是进行行冲压模模切。其其具体工工作动作作顺序如如下：半自动平平压模切切机工艺艺动作顺顺序纸盒余料松开走纸输出走纸模切冲压输入走纸夹紧纸板印刷纸板三、 运动循环环图（一） 机构运动动要求从机器的的工艺动动作可以以看出，可可以把整整个机构构运动的的运动分分成两个个部分，一一是辅助助运动，它它可以用用于完成成纸板的的夹紧，走走纸，松松开等动动作。对对实现该该运动的的传动机机构要求求做间歇歇运动；二是主主运动，完完成对纸纸板的压压切动作作，要求求装有模模板的滑滑块做直直线往复复运动。其其特点是是行程短短，受载载大。本本机构要要求行程程是500毫米，最最大载荷荷是，工工作速度度是每小小时压制制30000张。另另外，主主运动和和辅运动动要相互互协调。（二） 运动示意意图走纸机构由上述机机构运动动要求，绘绘制如下下运动示示意草图图：夹紧装置夹紧装置模切机构主轴 （三） 各部件件运动分分析1、 主轴的选选择和转转角运算算为了计算算和设计计方便，选选择变速速箱的输输出轴为为运动分分析主轴轴，如上上图所示示。由原原始数据据和设计计要求知知，平面面六杆机机构的行行程速比比系数KK=1.3，则则极位夹夹角°并知该该运动周周期分为为两部分分，以1156.5°（1556.55°=1880°-233.5°°）为界分分为0°-1566.5°°和1566.5°°-3360°°两个过过程。2、模切切机构的的分析当主轴转转角为00°-1566.5°°，下模模从行程程最低点点开始，在在平面六六杆机构构的带动动下向上上移动至至预定模模切位置置，进行行冲压模模切；当当主轴转转角为1156.5°-3360°°，下模模完成模模切动作作，快速速急回运运动至行行程最低低点即下下一周期期起点。3、走纸纸机构的的分析当主轴转转角为00°-1566.5°°，特殊殊齿轮组组（用于于完成间间歇运动动）没有有啮合运运动，链链轮链条条处于静静止状态态；当主主轴转角角为1556.55°-3360°°，特殊殊齿轮组组轮齿参参与啮合合，带动动链轮链链条运动动，进行行走纸运运动。4、夹紧紧装置的的分析当主轴转转角为00°-1566.5°°，带动动夹子的的凸轮走走过推程程，远休休止和回回程使刚刚性弹簧簧夹完成成夹纸动动作；当当主轴转转角为1156.5°-3360°°，凸轮轮处于近近休止状状态使刚刚性弹簧簧夹处于于夹紧状状态。（四） 综上所所述运动动循环图图如下：主轴转角角0° 1156.5°(图示位位置) 3660°走纸机构构停止运动夹紧装置置送料夹紧紧输入走纸纸模切机构构滑块上升升（模切切）滑块下降降（回程程）四、 送料、模模切机构构的选型型 （一） 送料机机构的选选型1、可选选机构机构供选机构构类型 纸板的的输送双列链轮轮传动皮带轮传传动 纸板的的停歇机机构凸轮机构构特殊齿轮轮组 纸板的的固定刚性弹簧簧夹普通夹子子 2、选选型原因因：(1)对对于纸板板的输送送构件，选选用双列列链轮传传动：a、相对对皮带传传动而言言，双列列链轮传传动精度度较高，有有利于纸纸板的精精确走纸纸定位；b、适合合于本机机构的远远距离传传递；c、本机机构在长长时间传传输、模模切时摩摩擦大，易易发热，而而双列链链轮传动动机构适适合于长长时间在在此恶劣劣环境下下工作。另外，使使用皮带带轮传动动其易打打滑，易易变形，传传输精度度低，传传递效率率低。(2)对对于纸板板的停歇歇，选用用特殊齿齿轮组： a、相相对凸轮轮机构相相比而言言，特殊殊齿轮组组制造容容易，工工作可靠靠。b、特殊殊齿轮组组在设计计时，易易实现从从动件的的运动时时间和静静止时间间的比例例在较大大范围内内调节，适适用范围围广。c、特殊殊齿轮组组在工作作时由于于面接触触且是间间歇运转转，因此此不易磨磨损，使使用寿命命长。另外凸轮轮机构制制造加工工困难，易易磨损。(3)对对于纸板板的固定定，选用用刚性弹弹簧夹：a、在走走纸时，相相对普通通夹子而而言，由由于刚性性弹簧力力的作用用，可以以自动的的将纸板板夹紧，并并准确平平稳的走走纸；b、在夹夹紧和松松开纸板板时，运运用凸轮轮机构和和刚性弹弹簧的配配合使用用，能准准确、方方便、自自动的实实现纸板板的夹紧紧和松开开动作。另外，使使用普通通夹子较较难实现现纸板的的自动夹夹紧和松松开的工工艺动作作以及平平稳走纸纸的目的的。3、最终终选型：纸板的的输送选选用双列列链轮传传动；纸纸板的停停歇殊齿齿轮组选选用特；纸板的的固选用用刚性弹弹簧夹。（二） 模切冲冲压机构构的选型型 1、可可选机构构机构供选机构构急回机构构直动推杆杆凸轮机机构平面六杆杆曲柄滑滑块机构构2、选型型原因：a、相对对凸轮机机构而言言，连杆杆机构的的运动副副一般均均为低副副，其运运动副元元素为面面接触，压压力较小小，润滑滑好，磨磨损小，则则承载能能力较大大，有利利于实现现增力效效果。b、连杆杆机构的的设计、加加工制造造容易，经经济性好好，且低低副一般般为几何何封闭，工工作的可可靠性好好。c、在满满足运动动要求的的条件下下，连杆杆机构可可以灵活活改变各各杆件的的相对长长度来调调节运动动规律，适适用性强强。另外，凸凸轮机构构增力效效果差，设设计加工工制造困困难，适适用性差差。3、 最终选型型：平面面六杆曲曲柄滑块块机构。五、 机械运动动方案的的评定和和选择由上述运运动循环环图及题题设要求求可知，“半自动平压模切机”主要分为三大部分：动力传动机构；走纸机构；冲压模切机构。其中动力传动机构又分为动力传递机构和变速转向机构。走纸机构分为：纸板的输送机构，纸板的停歇机构和纸板的固定机构。冲压模切机构为急回机构。 备选机构构列表： 机构供选机构构类型 纸板的的输送双列链轮轮传动皮带轮传传动 纸板的的停歇机机构凸轮机构构特殊齿轮轮组 纸板的的固定刚性弹簧簧夹普通夹子子急回机构构直动推杆杆凸轮机机构平面六杆杆曲柄滑滑块机构构动力传递递机构联轴器V形带变速转向向机构圆柱齿轮轮传动机机构单级蜗杆杆传动机机构锥-圆圆柱齿轮轮传动机机构由上述备备选机构构可得332种备备选机械械运动方方案，从从中选出出3种典典型可行行方案如如下：方案A：双列链链轮传动动-特殊殊齿轮组组-刚性性弹簧夹夹-平面面六杆曲曲柄滑块块机构-V形带带-圆柱柱齿轮传传动机构构方案B：双列链链轮传动动-凸轮轮机构-刚性弹弹簧夹-直动推推杆凸轮轮机构-联轴器器-锥-圆柱柱齿轮传传动机构构方案C： 皮带带轮传动动-凸轮轮机构-普通夹夹子-直直动杆凸凸轮机构构-联轴轴器-单单级蜗杆杆传动机机构典型可行行方案评评定方案A：1、示意意图刚性弹簧夹2、分析析与评定定(1)机机械功能能的实现现质量由于V形形带和齿齿轮的组组合传动动，功率率损失小小，机械械效率高高，可靠靠性高；平面六六杆曲柄柄滑块机机构能够够承受很很大的生生产阻力力，增力力效果好好，可以以平稳的的完成模模切任务务；使用用刚性弹弹簧夹自自动的实实现纸板板的夹紧紧与松开开动作，并并运用特特殊齿轮轮组完成成走纸的的间歇运运动和准准确的定定位，以以实现与与冲压模模切的协协调配合合。(2)机机械的运运动分析析在同一传传动机构构的带动动下，特特殊齿轮轮和双列列链轮机机构共同同完成走走纸的准准确定位位，运动动精度高高，并且且能和冲冲压模切切运动很很好的配配合完成成要求动动作工艺艺。(3)机机械动力力分析平面六杆杆曲柄滑滑块机构构有良好好的力学学性能，在在飞轮的的调节下下，能大大大的降降低因短短时间承承受很大大生产阻阻力而带带来的冲冲击震动动；整个个机构（特特别是六六杆机构构和特殊殊齿轮组组）具有有很好的的耐磨性性能，可可以长时时间安全全、稳定定的工作作。(4)机机械结构构合理性性该机构各各构件结结构简单单紧凑，尺尺寸设计计简单，机机构重量量适中。(5)机机械经济济性平面六杆杆曲柄滑滑块机构构设计，加加工制造造简单，使使用寿命命长，维维修容易易，经济济成本低低，虽然然特殊齿齿轮组设设计加工工难度较较大，成成本偏高高，但与与其他等等效备选选机构相相比，其其能更好好的实现现工作要要求，以以带来更更大的经经济效益益。方案B：1、 示意图 2、分分析与评评定(1)机机械功能能的实现现质量相较于方方案A的的V形带带，联轴轴器的传传递效率率虽然高高，但是是减速效效果差；采用直直动推杆杆凸轮机机构难承承受很大大的生产产阻力，不不能很好好的完成成冲压模模切功能能；运用用凸轮机机构带动动走纸机机构间歇歇运动，由由于长时时间工作作而磨损损变形，会会造成走走纸机构构无法准准确定位位。虽然然能实现现总体功功能要求求，但实实现的质质量较差差。(2)机机械运动动分析凸轮的长长期间歇歇运动导导致微小小误差积积累，从从而引起起走纸定定位的准准确性下下降，最最终引起起各执行行机构间间的配合合运动失失调。(3)机机械动力力分析直动推杆杆凸轮机机构难以以承受很很大的生生产阻力力，不便便长期在在重载条条件下工工作，不不能很好好的满足足冲压模模切的力力学要求求；该方方案中的的凸轮机机构（包包括机构构中的两两个凸轮轮机构）耐耐磨性差差。(4)机机械结构构合理性性该机构结结构简单单紧凑，但但由于凸凸轮机构构的使用用，造成成整体机机构的尺尺寸很重重量都较较大。(5)机机械经济济性由于凸轮轮机构和和锥圆柱柱齿轮的的设计、加加工制造造较难，用用料较大大，维修修不易，故故而生产产和维修修经济成成本均较较高。方案C：1、示意意图普通夹子 2、分分析与评评定(1) 机械功能能的实现现质量相对于方方案B，皮皮带传送送很难实实现走纸纸的准确确定位；普通夹夹子不便便于纸板板的自动动化夹紧紧和松开开，需要要相应辅辅助手段段较多；采用蜗蜗杆减速速器，结结构紧凑凑，环境境适应好好，但传传动效率率低，不不适宜于于连续长长期工作作。总体体上机械械功能的的实现质质量很差差。(2) 机械运动动分析皮带传送送易磨损损、打滑滑，走纸纸运动的的精度低低，又因因很难实实现准确确定位与与冲压模模切的协协调性差差。(3) 机械动力力分析直动推杆杆凸轮机机构难以以承受很很大的生生产阻力力，不便便长期在在重载条条件下工工作，不不能很好好的满足足冲压模模切的力力学要求求；该方方案中的的凸轮机机构（包包括机构构中的两两个凸轮轮机构）和和平带耐耐磨性差差。(4) 机械机构构合理性性该机构结结构简单单紧凑，但但由于凸凸轮机构构的使用用，造成成整体机机构的尺尺寸很重重量都较较大。(5) 机械机构构经济性性由于普通通夹子的的使用，降降低了生生产成本本，但由由于其易易磨损，维维修成本本大，又又由于凸凸轮机构构和蜗杆杆机构的的存在，经经济成本本还是很很大。综上所述述，从机机械功能能的实现现质量、机机械运动动分析、机机械动力力分析、机机械结构构合理性性、机械械经济性性等各方方面综合合考虑，方方案A各各方面性性能均优优，故选选择其为为最优方方案。六、 电动机的的选型1、类型型和结构构形式：三相异异步笼型型交流电电动机，封封闭式，3380VV，Y型型；2、功率率：=5.8897 kw（-功率、-生产阻力、s-有效模切行程、t-周期、k-行程速比系数）（分别为为皮带，轴轴承和齿齿轮的效效率） 故 kww 3、转速速： ( =88400 分分别为皮皮带和减减速器的的传动比比) 则则 4、电动动机方案案选型方案型号（kw）转速 r/mmin重量N参考价格格（元）传动比同步满载总传动比比V带减速器1Y1600M1-1113000029300117001350058.662.820.9932Y1600M-44111500014600123001800029.222.511.6683Y1600L-661110000970147001600019.4429.7综上所述述4点，最最终选型型为：型号（kw）满载时起动电流流额定电电流起动转矩矩额定转转矩最大转矩矩额定转转矩转速 rr/miin电流（3800V）效率%功率因数数Y1600M1-1112930020.8887.220.8887.02.02.2安装尺寸寸：型号安装尺寸寸(mmm)外形尺寸寸(mmm)ABCDEFGHKABACADHDLY1600M1-125421010842110123716015330335265385605七、 机械传动动设计（一） 传动比比的分配配1、 总传动比比： 2、 分配传动动比： （分别别为皮带带和减速速器传动比），为为使V型型带传动动外廓尺尺寸不至至过大，初初步取， 则同理，按按展开式式考虑润润滑条件件，为使使两级大大齿轮直直径相近近，由展展开式曲曲线，查查得 =5.770，则则 （二） 齿轮组组的设计计根据（一一）中传传动比的的分配设设计以及及整体尺尺寸综合合考虑，查查圆柱齿齿轮标准准模数系系列表（GGB/TT 1335719887）得得： （1）、mm1=22 aa1=1113mmm z11=200 z2=z1··i3=2055.700=1114 （2）、mm2=33 aa2=1139.5mmm zz1=220 z2=z1··i4=2033.677=733 （3）、mm3=00.5 a33=277.5mmm z1=60 z22=z11·I=600=500 （4）、mm4=66 aa4=1180mmm z=30 由由=0.4355得z=133 （三） 链轮、链链条的设设计依据上述述整体尺尺寸，初初步设计计链轮直直径为3300mmm，查查短节距距传动用用精密滚滚子链的的基本参参数与主主要尺寸寸（GBB/T 12443-19997）得得：齿数z=25 ，其直直径为dd=3003.9989mmm 则链条的的节数 即链条条为：24A-1-778 GGB/TT 12243-19997（s为链链轮中心心距s=10000mmm p为节节距p=38.1mmm）（四）轴轴承和键键的设计计根据上述述齿轮模模数m和和齿数zz，求得得相应直直径d=mz，以以及轴的的转速（见见第九章章第一节节：轴的的参数）等查深沟球轴承（GB/T 276-1994）得下表：轴代号轴承尺寸寸/mmm基本额定定载荷/kN极限转速速(r··)代号安装尺寸寸/mmmdDB脂油I轴1535115.67.6553.7221800002200006202220320.6II轴4585191.131.5520.5570000900006209952781III轴轴5090201.135.0023.2267000850006210057831IV轴35800211.533.4419.2280000950006307744711.5V轴65120231.557.2240.00500006300062133741111.5VI轴1535115.67.6553.7221800002200006202220320.6同上述，查查普通平平键（GGB/TT 10096-19990）得得轴代号键的公称称尺寸键槽尺寸寸b(h99)h(h111)L(h114)t公称公差公称公差I轴55105563.0+0.112.3+0.11II轴1493011605.5+0.223.8+0.22III轴轴16104511806.0+0.224.3+0.22IV轴1082211105.0+0.223.3+0.22V轴20125622207.5+0.224.9+0.22VI轴66147703.502.80（五） V形带带的设计计由上图得得：皮带的长长度 ll=··+2aa·sinn+（-）其中coos=故皮带AA： a=8800mmm 则=1.40005 l=25117.7785mmm 查普通通V带的的基准（GB/T 1115444-19997）得得此皮带型型号为：A 225000 GBB/T 115544-19997皮带B： a=2295.68mmm 则=1.5188 l=111111.3115mmm 查查表得此皮带型型号为：A 111200 GBB/T 115544-19997皮带C： a=110166.077mm 则则=1.55449 l=25551.5505mmm 查表得得此皮带型型号为：A 225000 GBB/T 115544-19997（六） 刚性弹弹簧夹及及其配合合凸轮的的设计刚性弹簧簧夹及其其配合凸凸轮的尺尺寸如上上，按设设计要求求配合凸凸轮只需需完成在在规定时时间内将将夹子顶顶开和松松弛两个个动作，故故采用匀匀速运动动规律即即可满足足运动要要求。虽虽然受刚刚性冲击击，但是是作用力力很小，运运动要求求简单，所所以可以以满足设设计要求求。故可可得，推推杆的位位移曲线线图如下下：其中 （为模块块上升时时间，tt为周期期）凸轮角速速度为 ,转速速：（七） 平面六六杆滑块块机构设设计AB=bb-a,BC=e，CCD=cc，ADD=d，CCG=ff，ACC=a+b由设计要要求可得得极位夹夹角=H=550mmm在ABBC和BCDD中，由由余弦定定理得：同理，在在BDFF和CDGG中分别别可得：cos coss 则 在ABBC中，得得=900°- 故dd=另外杆aa为曲柄柄的条件件为：（1） 在a、bb、c、dd四杆中中，a为为最小，cc为最大大；（2） a+cb+dd 根据据以上分分析，可可取 ll=5000mmm cc=4000mmm ff=3000mmm 带带入以上上公式可可得=4800 考考虑a为为曲柄的的条件，可可得各杆杆长 a=15mmm b=36.2mmm cc=4000mmm dd=3887.99mm f=3000mm l=5000mm八、 机构运动动简图4321VVIIVIIIIII附：特殊殊齿轮组组（4）的的简图九、 传动和执执行机构构运动尺尺寸计算算（一） 轴的参参数（1） 各轴转速速III. III. r/minn（2）各各轴输入入功率 输出功功率：（2） 各轴输入入转矩： 输出转矩矩：由上述各各项得：轴名功率 PP（kww）转矩 TT（）转速nr/miin传动比i效率输入输出输入输出电动机轴轴6.933822.661293002.80.966I轴6.6666.53360.77959.55710466.4335.7000.955II轴6.3336.200329.36322.77183.583.6770.955III轴轴6.0225.90011499.04411266.06650.002（二） 凸轮运运动曲线线图（三） 平面六杆杆曲柄滑滑块机构构运动曲曲线图通过SooliddWorrks中中COSSMOSSMottionn三维实实体仿真真模拟获获得各机机构杆件件运动草草图如下下：（1） 各杆件件角速度度图杆件b杆件f杆件c（2） 各杆件件角加速速度图杆件b杆件f杆件c（3） 各杆件件质心速速度图杆件a杆件b杆件f杆件c（4） 滑块运运动曲线线图滑块质心心位置滑块质心心速度滑块质心心加速度度十、 飞轮设计计根据平面面六杆机机构的运运动曲线线图，可可知：在0.112秒时时，等效效构件（零零件2-1）有有最大角角速度，由由图得vv=-00.1227m/s,=0.118977radd/s,=0.20558raad/ss,=-0.334377radd/s,=-00.02269mm/s,=-00.0551m/s,=-0.0244m/ss,=-0.0088mm/s.在0.666s时时，等效效构件的的角速度度可近似似为=550r/minn=5.2333radd/s, 由图图v=-0.0094mm/s,=1.07772raad/ss,=-0.112211radd/s,=-00.22224rrad/s，=0.001688m/ss,=00.0331m/s,=0.001655m/ss,=00.05598mm/s.在1.005秒时时，等效效构件有有最小角角速度，由由图得vv=0mm/s,=-22.40095rrad/s,=-0.01774raad/ss,=-0.004700radd/s,=0.0028229m/s,=0.0029mm/s,=0.0111m/ss,=00.00001559m/s.选杆件材材料为优优质碳素素结构钢钢，其密密度=7.85kkg/,又取杆杆件的截截面直径径d=550mmm,且转转动惯量量=m再根据运运动方程程式=可得:=0.0056779kgg·，=0.32883raad/ss,=55.93351rrad/s.=00.99970 J =3.295585rrad/s/()=00.5885677 kgg·，( =),取=00.5885677kg··由=4gg，取DD=0.3m，则则=2660.229788N，又又由=DHbb，可取取H=bb=0.03mm，则=7667566.833N/.飞轮尺寸寸如下图图：参考文献献1 孔凌嘉，张张春林主主编.机机械基础础综合课课程设计计.北京京：北京京理工大大学出版版社，2200442 周元康，林林昌华，张张海兵编编著.机机械设计计课程设设计.重重庆：重重庆大学学出版社社，200013 孙桓，陈陈作模，葛葛文杰主主编.机机械原理理.北京京：高等等教育出出版社，2200774 曹惟庆等等著.连连杆机构构的分析析与综合合.北京京：科学学出版社社，200025 SollidWWorkks三维维实体模模拟软件件，20006目录一 工作作目的二 工作作原理及及工艺动动作过程程三 运动动循环图图四 送料料、模切切机构的的选型（一） 送料机构构的选型型（二） 模切冲压压机构的的选型五 机械械运动方方案的评评定和选选择六 电动动机的选选型七 机械械传动设设计（一） 传动比的的分配（二） 齿轮组的的设计（三） 链轮和链链条的设设计（四） 轴承和键键的设计计（五） V形带的的设计（六） 刚性夹子子和凸轮轮的设计计（七） 平面六杆杆曲柄滑滑块机构构的设计计八 机构构运动简简图九 传动动和执行行机构的的运动尺尺寸计算算（一） 轴的运动动参数（二） 凸轮的运运动曲线线图（三） 平面六杆杆曲柄滑滑块机构构的运动动曲线图图十 飞轮轮的设计计