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安徽工程科技学院前 言机械原理课程设计是为了培养学生的开发和创新机械产品的能力，高等学校工科本科机械原理课程教学基本要求中对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一上简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生能受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计”。在机械原理课程中加强机械运动简图设计能力的培养，已越来越为广大师生所认识。机械原理课程设计要求针对某种简单机器（它的工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，其中包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等等。通过机械原理课程设计，可以进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，更为重要的是培养开发和创新机械的能力。创新能力的培养在机械原理课程设计中占有十分重要的位置。通过机械原理课程设计培养了学生的系统设计和机构设计能力、开发和创新能力及应用计算机的能力。机械原理课程设计已取得了预期效果，使机械原理课程教学有了新发展，其意义是深远的。目 录一：课程设计任务书.2二：功能和设计要求.3三：总功能分解.4 一总功能分析.4二功能元分解.4三功能元求解.4四：机械运动方案的选择评价及确定.5五：运动循环图.11六：原动机的选择.12七：机械传动系统和执行机构的设计.14八：体会.17九：参考文献.18课程设计任务书题目：半自动平压模切机工作原理及工艺动作过程半自动平压模切机是印刷、包装等行业压制纸盒纸箱等纸制品的专用设备，它可用来对各种规格的白纸板及厚度在4mm以下的瓦楞纸板以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、折叠以及压制凹凸商标等，经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸商标，可以成批量的生产，实现规模化。它的工艺动作主要有两个：一是将纸板走纸到位，二是进行冲压模切。原始数据及设计要求1）每小时压制纸板3000张。2）上模固定，下模向上移动的行程长度，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。3）工作行程的最后2mm范围内受到生产阻力N，回程时不受力。下模和滑块的质量共约120kg。4）工作台面离地面的距离约1200mm。5）所设计的机构性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。设计方案提示1） 走纸机构可采用双列链传动，走纸横块其两端分别固定在前后两根 链条上，横块上装有若干夹紧片以夹紧纸板。主动链轮由间歇运动机构带动以实现定时走纸。2） 模切机构一般可采用六杆冲压机构，在红板停顿时进行冲压模切。冲压机构要求急回并节省动力。3） 由于冲压模切机构仅在短时间内承受很大生产阻力，为了减小周期性速度波动可选用较小容量的电机，一般需安装飞轮。设计任务1） 根据工艺动作要求拟定运动循环图。2） 进行送料、模切机构的选型。3） 机械运动方案的评定和选择。4） 根据给定的生产阻力及工作裕量选定合适的电动机。5） 进行飞轮设计。6） 按选定的电动机和执行机构运动参数拟定机械传动方案。7） 画出机械运动方案简图。8） 对传动机构和执行机构进行运动尺寸计算。 指导老师（签名） 年 月 日二、半自动平压模切机的功能和设计要求：功能半自动平压模切机是印刷、包装等行业压制纸盒纸箱等纸制品的专用设备，它可用来对各种规格的白纸板及厚度在4mm以下的瓦楞纸板以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、折叠以及压制凹凸商标等，经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸商标，可以成批量的生产，实现规模化。压纸工艺过程分为“走纸”和“且模”。上模固定，下模冲压。1） 将纸板走纸到位。2） 进行冲压模切。2原始数据和设计要求1）每小时压制纸板3000张。2）上模固定，下模向上移动的行程长度，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。3）工作行程的最后2mm范围内受到生产阻力N，回程时不受力。下模和滑块的质量共约120kg。4）工作台面离地面的距离约1200mm。5）所设计的机构性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。三总功能的分解：一、总功能的分析半自动平压模切机是印刷、包装等行业压制纸盒纸箱等纸制品的专用设备，其主要功能是进行压痕、切线、折叠以及压制凹凸等。二、功能分解 根椐工艺动作要求可将其总功能分解为两个分功能：1） 将纸板走纸到位；纸板走纸过程中，要求传动纸板的机构间歇运动，也 就 是说，此功能完成的是纸板间歇移动运动。2） 进行冲压模切；冲压模切过程中，要求执行机构上的冲压构件上下往复 移动，以达到压痕，切线，压凹凸的功能，因此，这个功能的主要作用就是保证冲压构件，滑块的上下往复运动。三、功能元求解形态学矩阵： 四机械运动方案的选择评价及确定：根据功能元求解的形态学矩阵，可以求出半自动平压模切机的机械运动方案数目为： 现在我们可以根据给定的条件、各机构的相容性和尽量使机构简单等要求来选择方案：根据机构的功能，运动规律的形式，传动精度高低，机构的工作性能，应用范围可调性，运转速度，承载能力，机构的动力性能，加速度峰值，可靠性，经济性，（制造难易，能耗大小），结构紧凑（尺寸，重量，结构复杂性）等要求来选择方案。由此可以选择两个结构比较简单的方案。模切冲压机构：方案一：双列链传动机构，多杆滑块机构。方案二：带传动机构，连杆凸轮组合机构。方案号 1 2 A从发电机传递动力 皮带 链 B变速，改变旋向 皮带 链 C产生急回运动 凸轮 杆 D急回运动 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构走纸机构：方案一、带轮机构，凸轮，夹子，方案二、链轮机构，特殊齿轮。方案号 1 2 A纸板的输送 带轮机构 链轮机构 B纸板的停歇 凸轮 特殊齿轮C纸板的定位 夹子对这两个方案，可以用模糊综合评价选优。两种机构各项性能指标的评价如下： H值 49.2570.5由以上分析，显然可以得到以上结论：多杆滑块机构在承受载荷，加速度，耐磨性，制造难易，重量和结构复杂性这些具体项目的性能明显优于连杆凸轮组合机构，而这些指标对于半自动平压模切机来说是很重要的，因此，在两者之间选择六连杆机构。至于在运动规律和尺寸方面，连杆凸轮机构所占的优势，在半自动平压模切机的设计要求中不是很重要考虑的，因此可以忽略六连杆机构在此方面的不足。综上所述，选择六连杆机构作为冲压模切机构。带传动机构和链传动机构的选择。带传动结构简单，维护方便，成本低廉，冲击力小，传动平稳，噪声小，但是传动效率低，寿命较短等缺点。链传动机构因多对齿轮同时啮合，要求承载能力大，传动效率高，以及可实现中心矩较大的轴间传动，但传动有冲击，振动和噪声。由于半自动平压模切机在设计时要求传动机构有较大的承载能力，较高的机械效率要求，因此，在比较之后，选择链传动机械。多杆滑块机构（模切冲压机构方案一）半自动平压模切机的机构(方案一)半自动平压模切机运动简图（方案二）凸轮机构与特殊齿轮机构（冲压模切机构方案二）五：运动循环图对于半自动平压模切机运动循环图主要是确定冲压模切和走纸两个执行构件的先后顺序，以利对各执行机构的设计、装配和调试。半自动平压模切机的模切机构为主机构，以它的主动件的零位角为横坐标的起点，纵坐标表示各执行构件的位移起迄位置。 六：原动机的选择1、常用原动机的运动形式2、常用原动机的驱动方式 3、选择原动机应考虑的因素1） 必须考虑现场能源供应情况。2） 必须考虑到原动机的机械特性各工作制度与工作机相匹配。3） 必须考虑到工作机对原动机提出的起动，过载运转平稳性，调速和控制等方面的要求。4） 必须考虑工作环境的因素。5） 必须考虑工作可靠，操作简易，维修方便。6） 为了提高机械系统的经济效益，必须考虑经济成本，包括初始成本和运转维护成本，此外，所选取的原动机的额定功率必须满足负载需要，但也不宜过大，对电动机来说选电动机功率过大造成功率因素过低也是不经济的。4、原动机的选择根据半自动平压模切机的设计要求以及综合原动机选择时应考虑的因素，可以初步选定Y系列三相异步电动机作为半自动平压模切机的原动机。根据半自动平压模切机的设计要求可得：工作功率 = =1.1KW工作电流 =2.9A 综上分析,选择型号为Y90L-6的电动机作为原动机,其参数如下:功率1.1KW,电流3.2A,转速910r/min,效率73.5%,功率因数0.72,堵转转矩/额定转矩为2.0,堵转电流/额定电流为6.0,最大转矩/额定转矩为2.0。七：机械传动系统和执行机构的设计一） 设计参数：生产率： N= 3000张/小时下模冲头总行程： mm行程速比： K=1.3 t1:表示急回行程的时间，t2:工作行程式时间电动机转速：910r/min二） 数据的计算：根据选定的驱动电机的转速和半自动平压模切机的生产 能力，可以得到此机械系统的总速比为：由设计参数可知，生产率是每小时3000张纸，所以由电动机到执行轴需要减速传动，传动比通过计算为18。机械传动系统的第一级采用带传动，其速比为5，第二级采用直齿圆柱齿轮传动，其传动比为3.6。 带传动计算：1）确定计算功率Pc Pc=KaP取Ka=1.4，则 2)选择带的型号 由Pc及主动轮转速n1，由有关线图选择V带型号为C型V带。 3）确定带轮节圆直径和 取mm，则mm 齿轮传动计算： 取，。按钢质齿轮进行强度计算，其模数m=5。则mm mm 槽轮的计算：1） 槽数z 按工位数要求选定为4。2） 中心距 按结构情况确定 =200mm3） 圆销半径r 按结构情况确定 r=20mm4） 槽轮每次转位时主动件的转角 5）槽间角 6）主动件圆销中心半径 mm 7）与a的比值 8）槽轮外圆半径 mm 9）槽轮槽深 mm 10）运动系数 （n=1，n为圆销数）多杆滑块机构的计算： 为了满足以上的条件，由极位可知：L3+L1L6 L6+L4L1+Lab 两个极位之间的夹角度数为24，且B点的行程是mm， 角30度左右。八：体 会：通过这次设计，我深深地体会到：要设计一个机构方案，想到运动及传动的方法只是整个设计的一小步，最重要的是计算机构的配合尺寸。其实，机构的大体形状以及它的传动机构的大体原理，很早就在我脑里有了雏形，本来以为很快会结束设计，但事与愿违，我感觉我的时间全花在了计算与配合上，所以如果以后还有设计机械的作业，一定要先把具体的各种配合关系计算精确，哪怕花再多的时间，至少不会漫无目的在设计机构时，机构尺寸和相互配合需要大量计算，同时还要考虑造型的可行性，特别是尺轮间的传动需要大量的反复的实验，同时要有一定的技巧。在这次设计中，我充分认识到作为设计者，必需严谨务实，要充分考虑到制造的可行性。设计是一种既要求想象力又要求严密逻辑思维的学科。九参考文献1、邹慧君主编机械原理课程设计手册北京高等教育出版社，19982、孙恒，陈作模，葛文杰主编机械原理（第七版）北京高等教育出版社，20063、朱保利，吾辉，王云，封立跃主编机械原理课程设计指导南昌航空工业学院机械设计教研室，19984、濮良贵，纪名刚主编机械设计第七版高等教育出版社，2000 5、邹慧君主编机械设计原理上海交通大学出版社，1995 19
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