半自动平压模切机设计

中原工学院课程设计课程名称：机械设计（上）课程审计课 程 号：DB0302028专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机自131班学 号：201300314103学生姓名：刘旭东指导教师：程军红2015年06 月26 日题目：半自动平压模切机的模切设计 设计者：刘旭东同组成员：王超凡、李俊熙 目录：课程设计任务4：执行机构的功能原理8：执行机构运动规律及型式设计9：主机构的运动设计17：执行系统的协调设计19：方案评价总结20：课程设计总结（体会）21：参考文献21附录21：课程设计任务一、设计题目:半自动平压模切机的模切机构二、工作原理及工艺动作过程半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备.它可对各种规格的纸板、厚度在4mm以下的瓦愣纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。经过压痕、切线的纸扳，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸的商标。压制纸板的工艺过程主要分两部分，一为将纸板走纸到位，二是对纸板冲压模切。如图一所示，4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸模块，其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个夹紧片。主动链轮由间歇机构带动，使双列链条作同步的间歇运动。每次停歇时，链上的一个走纸模块刚好运动到主动链轮下方的位置上。这时，工作台面下方的控制机构，其执行构件7作往复移动，推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有固定上模5和可动下模6的位置。链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的的主传动系统中的执行构件（滑块）和下模6为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线（称为模压或压切）、压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的模块走到某一位置时，受另一机构（图上未表示）作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。与此同时，后一个横块进人第二个工作循环。将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。本题要求按照压制纸板的工艺过程设计下列几个机构：使下压模运动的执行机构，起减速作用的传动机构；控制横块上夹紧装置（夹紧纸板）的控制机构。 图 （1）平压模切机工艺动作示意图 图 （2）模切机的生产阻力曲线三、原始数据和设计要求1、每小时压制纸板3000张。2、传动机构所用电动机转速n=1450r/min，滑块推动下模向上运动时所受生产阻力如图2所示，在其工作行程的最后2mm范围内受到生产阻力为Fc=2106N，回程时不受力. 下模和滑块的质量约120kg。3、下模向上移动的行程长度H=500.5mm。回程的平均速度为工作行程平均速度的1.3倍，4、工作台离地面的距离约1200mm。5、按照压制纸板的工艺过程要求设计下列几机构：使下压模往复运动的执行机构；起减速作用的传动机构；控制横块上压紧装置（压紧纸板）的控制机构。所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。四、设计方案提示根据半自动平压模切机的工作原理，把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。进行机械运动方案设计时，最主要的是要弄清设计要求和条件，掌握现有机构的基本性能，灵活地应用现有机构或有创造性地构思新的机构，以保证机器有完善的功能和尽可低的成本。完成一项运动，一般说总有几种机构可以实现，所以，不同的机构类型及其组合将构成多种运动方案。对本题进行机械运动方案设计时可考虑一下机构方案：1、实现下模往复移动和执行机构一般可采用具有急回或曾力特性的六杆冲压机构。2、传动机构可采用连续匀速运动的减速机构，有带传动与两级齿轮传动串联，带传动与行星轮系串联等。3、控制加紧装置的机构可采用具有一端停歇的往复移动运动机构，有图轮机构，有圆弧槽的导杆机构等。4、由于冲压模切机构只在短时间内承受很大的生产阻力，为了减小周期性波动可选用较小的电动机，并安装飞轮。五：设计任务1、根据设计要求与原始数据每组考虑至少23钟系统运动方案，并对其传动性能进行初步的分析比较，画出运动方案简图。经小组讨论选定一种较佳运动方案；2、根据工艺动作的顺序和协调要求拟定运动循环图。3、进行机械运动方案的评价；4、完成说明书一份。设计说明书应包括设计题目、设计要求、方案设计和选型、方案评价，执行构件的运动循环图，课程设计总结，参考文献。：执行机构的功能原理如图(3)所示，4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸模块，其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个夹紧片。主动链轮由间歇机构带动，使双列链条作同步的间歇运动。每次停歇时，链上的一个走纸模块刚好运动到主动链轮下方的位置上。这时，工作台面下方的控制机构，其执行构件7作往复移动，推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有固定上模5和可动下模6的位置。链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的的主传动系统中的执行构件（滑块）和下模6为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线（称为模压或压切）、压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的模块走到某一位置时，受另一机构（图上未表示）作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。与此同时，后一个横块进人第二个工作循环。将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。 图(3)平压模切机工艺动作示意图：执行机构运动规律及型式设计执行机构运动的规律分成两个部分，一是辅助运动，它可以用于完成纸板的夹紧，走纸，松开等动作。对实现该运动的传动机构要求做间歇运动；二是主运动，完成对纸板的压切动作，要求装有模板的滑块做直线往复运动.其加工纸板的工艺动作流程如图(4)半自动平压模切机加工纸板工艺流程图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 1、 送料机构的选型 图(4)机构加工纸板流程图 送料：1）、纸板的输送：分为双列链传动机构和带轮传动机构。 对于纸板的输送构件，选用双列链轮传动：a、相对皮带传动而言，双列链轮传动精度较高，有利于纸板的精确走纸定位；b、适合于本机构的远距离传递；c、本机构在长时间传输、模切时摩擦大，易发热，而双列链轮传动机构适合于长时间在此恶劣环境下工作。另外，使用皮带轮传动其易打滑，易变形，传输精度低，传递效率低。 图（5）双列链传动正视图，2）、纸板停歇：分为凸轮机构、特殊齿轮机构和槽轮机构 经过讨论及分析应选用特殊齿轮链轮。a采用特殊齿轮加工和维修方便，工作可靠；b易实现从动件的运动时间与静止时间的比例在较大范围内调节；c工作时面接触为间歇运动，不易磨损。 主动链轮做单向间歇运动，选择齿轮（4个）与不完全齿轮（1个）组合，将链条安放在完全齿轮上，在将完全齿轮与不完全齿轮连接，不完全齿轮转动带动完全齿轮转动。 图（6）不完全齿轮 图（7） 不完全齿轮啮合 3)对于纸板的固定，可选用刚性弹簧夹或普通弹簧夹。 选用刚性弹簧夹a、 刚性弹簧夹具有刚性弹簧力的作用，不仅可以自动的将纸板夹紧，而且可以准确平稳的实现走纸运动；b、能准确、方便、自动的实现纸板的夹紧和松开动作。c、使用普通夹子较难实现纸板的自动夹紧和松开的工艺动作以及平稳走纸的目的。 图（8） 刚性弹簧夹最终选型：纸板的输送选用双列链轮传动；纸板的停歇选用殊齿轮组；纸板的固选用刚性弹簧夹。模切冲压机构的选型 1）、可选机构机构供选机构急回机构直动推杆凸轮机构平面六杆曲柄滑块机构 2）、选型原因：a、相对凸轮机构而言，连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，润滑好，磨损小，则承载能力较大，有利于实现增力效果。b、连杆机构的设计、加工制造容易，经济性好，且低副一般为几何封闭，工作的可靠性好。c、在满足运动要求的条件下，连杆机构可以灵活改变各杆件的相对长度来调节运动规律，适用性强。另外，凸轮机构增力效果差，设计加工制造困难，适用性差。最终选型：平面六杆曲柄滑块机构。型式设计：方案A示意图如图（9）1-凸轮、 2-顶杆、3-滑块、4-不完全齿轮、5-完全齿轮、6-曲柄、7-顶杆图（9）凸轮顶杆机构简图 1)机械的运动分析下模向上运动进行模切运动时会产生很大的生产阻力，但是直动推杆凸轮机构不能承受很大的阻力，所以选用直动推杆凸轮机构来完成冲压模切并不是很合理；凸轮机构长时间带动走纸机构进行间歇运动，将会使工作磨损变形产生的微小误差积累，这会造成走纸机构定位的准确性下降，最终引起各执行机构间的配合运动失调。2)机械的结构合理性分析该机构结构简单紧凑，但是，凸轮机构的运用会造成整体机构的尺寸和重量都变大。3） 机械的机构经济性分析凸轮机构和锥圆柱齿轮的设计、制造较难，用料较大，生产成本较高，况且维修方面的技术含量较高，经济成本较高。总体上机械功能的实现较差方案B示意图如图（10）1-凸轮、2-圆柱滚子、3-连杆、6-滑块、7-不完全齿轮、8-完全齿轮、9-链轮、10-曲柄 图（10）凸轮六杆机构设计简图1） 机械的运动分析通过凸轮连接与平面六杆机构的组合，能够合理的完成冲压过程，但是机构比较复杂，设计比较困难，并且传动过程较长，能量易损失，传动效率低。2)机械结构的合理性分析该机构结构简单紧凑，但是，凸轮机构的运用会造成整体机构的尺寸和重量都变大且设计比较复杂繁琐。3） 机械机构的经济性分析凸轮机构的设计、制造较难，用料较大，生产成本较高，况且维修方面的技术含量较高，经济成本较高。总体上机械的传动性功能实现欠佳，尺寸及轮廓设计困难。方案C示意图如图（11）1-圆柱、2-连杆、3-摇杆、4-连杆、5-滑块、6-不完全齿轮、7-完全齿轮、8-链轮、9-曲柄、10-顶杆 图（11）齿轮六杆机构简图(1)机械的运动分析双列链传动机构和齿轮的组合传动，功率损失小，机械效率高，可靠性高；平面六杆曲柄滑块机构能够承受很大的生产阻力，增力效果好，可以平稳的完成模切任务；使用刚性弹簧夹自动的实现纸板的夹紧与松开动作，并运用特殊齿轮组完成走纸的间歇运动和准确的定位，以实现与冲压模切的协调配合。2)机械结构的合理性分析该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计相对于凸轮而言简单，且没有凸轮机构沉重，运行平稳协调。3)机械的经济性分析平面六杆曲柄滑块机构设计，加工制造简单，使用寿命长，维修容易，经济成本低，虽然特殊齿轮组设计加工难度较大，成本偏高，但与其他等效备选机构相比，其能更好的实现工作要求，以带来更大的经济效益。：主机构的运动设计半自动平压模切机构的主运动如图(12) 图（12）主机构运动见图AB=b-a,BC=e，CD=c，AD=d，CG=f，AC=a+b有于回程的平均速度为工作行程的1.3倍可知极位夹角= 由于H=50mm在ABC和BCD中，由余弦定理得：同理，在BDF和CDG中分别可得：cos cos 则 在ABC中，得 =90- 故d=另外杆a为曲柄的条件为：（1） 在a、b、c、d四杆中，a为最短杆，c为最长干；（2） a+cb+d 根据以上分析，可取 l=500mm c=400mm f=300mm 带入以上公式可得 =480 考虑a为曲柄的条件，可得各杆长 a=15mm b=36mm c=400mm d=388mm f=300mm l=500mm：执行系统的协调设计.如图（13）1- 链轮与齿轮的组合、2-齿轮、3-齿轮与圆柱的组合、4-链轮与齿轮的组合、9、10-链轮与圆柱的啮合 图（12）执行系统简图执行系统协调配合图如图（8），由于电机的原动力输入通过齿轮传动将动力传给A，在图中A即为原动件。在图中由于A1与10通过链条传动将动力传给10,10为不完全齿轮，11为完全齿轮，通过完全齿轮与不完全齿轮通过一定传动比的相互啮合运动从而达到纸板的停歇运动。原动件1通过2、3的传动即通过3个齿轮的啮合将动力传动给3，在六杆机构中，即3为原动件。由于不同齿轮的传动，从而使冲压模块8完成往复的冲模运动。3与4两齿轮啮合，然后通过4与9的链条传动将动力传给9，然后由F完成横压弹簧夹的夹纸工作，在整个运动循环过程中，机械运行平稳，配合协调，可以达到工作的要求。：方案评价总结对上述的几个方案，从机械的运动、经济性、及其合理性分析，我认为方案C为最合理的方案。1 凸轮机构的外形及尺寸设计困难且不易加工，在磨损之后，准确性将会变差。2 方案B虽然也为齿轮与刘连杆机构的传动设计但是它与方案C的六杆机构相对比，其受力状况欠佳，易损坏，且承受的载荷不宜过大综上：方案C为最终的设计和使用方案。：课程设计总结（体会）：参考文献1、 申永胜、机械原理教程、清华大学出版社2、 申永胜、机械原理辅导与习题、清华大学出版社3、 程军红、机械设计基础、陕西科技出版社4、 唐亚楠、机械原理、中国矿业大学出版社5、 张霄鹏、机械设计、中国矿业大学出版社附录执行系统的协调设计补充说明1、由于平面六杆机构的行程速比系数K=1.3，即极位夹角并知该运动周期分为两部分，以156.5为分界线。2、当主轴转角为0-156.5，下模从行程最低点开始，在平面六杆机构的带动下向上移动至预定模切位置，进行冲压模切；当主轴转角为156.5-360，下模完成模切动作，快速急回运动至行程最低点即下一周期起点。3、走纸机构的分析当主轴转角为0-156.5，特殊齿轮组（用于完成间歇运动）没有啮合运动，链轮链条处于静止状态；当主轴转角为156.5-360，特殊齿轮组轮齿参与啮合，带动链轮链条运动，进行走纸运动。4、夹紧装置的分析当主轴转角为0-156.5，带动夹子的曲柄圆柱走过推程，进入远休止使刚性弹簧夹完成夹纸动作；当主轴转角为156.5-360，圆柱曲柄处于近休止状态使刚性弹簧夹处于夹紧状态。运动循环图如图（13）图（13）半自动平压模切机的运动循环图