新型平压模切机的设计(毕业论文)

新型平压模切机的设计【摘要】本文在认真分析现有模切机优缺点，通过查找机械设计手册等大量文献比较不同方案，选择了更为合适的一种新的模切机设计方案。该方案的工作原理为利用不完全齿轮控制双列链条做间歇性送料动作，而凸轮推杆机构控制纸板的夹紧与松开，依靠平面六杆曲柄滑块机构对纸板进行模切。同时本文对该方案模切机的关键零部件设计过程进行了详细阐述，其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、飞轮的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、机架的设计等。该新型平压模切机工作时采用的是上模不动，下模通过肘杆机构带动模切的工作方式，从而更好的保证了模切精度，提高了工作效率。文中平面六杆曲柄滑块机构的设计使模切机构具有了急回、增力、短时保压等良好的工作能力，从而减小了电机功率损耗，降低了成本使模切机更能适应现在代生产的需要。对未来的模压机的发展具有重大意义。【关键词】模切机；凸轮机构；电动机AbstractIn this paper, on the basis of compareof of die-cutting machines analysis of advantages and disadvantages，we can design a new die-cutting machine，it works as that useing not completely gear control double row chain intermittent to feeding movement，The cam mechanism control boards clamping and release，Rely on flat six crank on the board for cutting.This program also express the key components of the design process described in detail，The main contents include the overall program design, motor selection, executive body of the design, the design of drive components, fly wheel design, shaft design, and bearing checking options, the rack design and so on.The new die-cutting machine at work on the model used is fixed，Lower die cutting through the elbow-bar mechanism driven way of working,in orderto die organizations have a quick return, by force, short-term holding pressure, good working ability, thereby reducing the electrical power losses, reducing the cost.【Keywords】Die-cutting machine; Cam Agencies; ElectromotorII新型平压模切机的设计第一章 绪 论1.1课题来源在现在的生活中机器已经逐渐发展成为人们工作、生产、生活的一个重要部分，使人们的生活更加美好。他已经涉及到各个领域和行业，提高了人们的劳动生产效率，减少了劳动强度。他已经称为人们不可或缺的一部分。而在另一方面，人们正在追求高品质的生活，追求简单、方便和舒适的同时也在追求美。在印刷行业也是一样，人们对产品的包装要求越来越高，不仅要求产品的外包装上有艳丽的印刷图案，而且还要求外包装的盒型精美、别致，造型漂亮，于是平压模切机满足了人们的这种需要。在现阶段，平压模切机的发展即应达到一个较为成熟的水平，无论是在设计理念上还是在制造工艺水平上都已经达到一定水准。于是在此提出了新型平压模切机的设计这一课题。新型平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。该机可对各种规格的白纸板、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、切线的纸板，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。这种设备具有结构合理、质量可靠、成型性好、经久耐用、维修方便等特点，经过模切压痕后的印刷品可大幅提高其商品附加值。平压模切机的创新点来源于对国内外各种不同类型的平压模切机进行调研，然后再进行分析研究得出的。特别是在改革开放以后，国内的中、小型印刷包装厂得到迅速发展，立式平压模切机的市场需求量每年都在不断增长。 立式平压模切机虽属传统产品，但是随着我国印刷包装业的不断发展，用户对该机也提出了新的更高的要求。用户就是“上帝”，本毕业设计就是秉乘着这样一个原则对传统平压模切机进行了创新设计，以求进一步提高其压切性能、工作可靠性和操作安全性，使其满足市场的需求。该新型平压模切机主要创新点表现为以下几个方面：1.整体布局得以创新，主模切机构采用上模固定，下模从下往上模切运动。这相较上模运动下模固定而言，使整个机构变得更为整凑，减少了占用体积，方便了整机布局。而相较上、下模同时运动机构而言，减少了机构复杂性，同时增加了模切定位的精度。2.主模切机构采用平面六杆曲柄滑块机构，这使得主模切机构实现了增压、短时保压、急回等运动性能，减少了原动机的功率损耗，提高了模压质量与工作效率。1.2平压模切机的企业需求随着社会的不断进步，技术的不断提升，该行业的生产制造厂家不断增加，这就使得生产者面临巨大的挑战。要想赢利，要想击败竞争对手就必须有更加优势的技术保障来制生产出创新性产品。这种新型产品不仅在节约成本，效率高，生产稳定等方面提出高要求之外，更要在人性化方面做到更加合理。尤其是达到现在“十二五”规划所倡导的“节能减排和绿色环保”。虽然半平压模切机的技术已经不断成熟，但是要在这个基础上提高还是有可能的，结合企业的需要，可以将几个工艺动作合成。这样就更能够生产更加紧凑。目前我国全自动平压平模切机的技术水平已经有大幅度的提高，主要表现在：先进企业设备的模切速度指标已经达N8000张/小时模切精度已经达到01O.2mm，多数企业生产的全自动平压平模切机普遍带有清废装置，还有的企业能够制造全息烫金模切两用的模切机，也有一些企业能够制造模切瓦楞纸的全自动平压平模切机和半自动平压平模切机。这些设备的基础件大都采用钢结构墙板，加工中心加工精度和刚性得到充分保证。这都体现出不论规模是大是小的企业都提出了对新型平压模切机的需求。1.3平压模切机的发展趋势及相关研究动态 在众多印后设备品种中,我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平,其主要标志表现在以下几个方面:一是模切机的进口额下降,出口额在不断提高；二是模切机的品种基本满足国内印刷包装业的生产需求。国内已经可以制造包括全、自动平压平模切机在内的商标模切机,不干胶商标模切机,圆压圆模切机,圆压平模切机, 平压模切压痕机(老虎嘴模切机)等产品,近年来,已经可以制造联动线上的模切单元；三是制造全自动和半自动模切机的企业已经超过20家。其中主要厂家有上海亚华、北人集团、唐山玉印、天津长荣、北京胜利伟业、湖北京山、河南新乡、上海耀科、上海鼎龙、上海旭恒、青岛美光等企业。商标模切机有多家企业在生产，其中主要厂家有咸阳和丰、北京马昌营等企业。生产平压模切压痕机（老虎嘴模切机）的企业更是数不胜数。半自动平压平模切机是印刷包装品印后加工的重点设备，不但是一种高效、安全、高质量的模制成型设备，同时，又是一种高效、安全、高质量的模制成型设备，同时又是平压模切压痕机(老虎嘴模切机)的更新换代产品，受到包装印刷企业的青睐。这种设备的广泛应用和广阔的市场前景，已经吸引不少企业进入全自动平压平模切机的制造行列使我国全自动平压平模切机已经形成完整的产品品种系列，在技术上也达到较高的水平。 国外模切机的发展比较成熟，其主要有以下特点：一是自动平压模切机正向着控制智能化、机械操作简化的方向发展。模切的幅面大；二是自动模切正向着功能全面化方向发展，许多模切机构带有清废功能，大大提高了工作效率；三是机械本身有着高的精度和速度，在德鲁巴展览会上，瑞士的BOBST公司生产的SPRINTEPA106PER自动模切压痕机（带全清废单元）达到了12000张/小时的速度，其模切精度通常可以控制在0.1mm左右。1.4设计平压模切机的目的及意义 平压模切机是目前应用最广泛的最普遍的类型也是国内外生产厂家最多的机型。平压平模切机可以用于各种类型的模切。既能模切瓦楞纸板、卡纸、不干胶，又能模切橡胶、海绵、金属板材等。既能人工续纸半自动模切，也能全自动高速联动模切。他的工作原理最具有代表性的。所以研究它也及其重要。平压模切机分为立式、卧式两种。立式模切机俗称“老虎嘴”机其特点是精准度比圆压圆模切机好售价便宜突出的缺点是安全系数低多年来始终没有彻底解决杜绝伤残事故问题工伤事故时有发生在当今国家重点保证人身安全并已立法的大环境下如果还是解决不了安全问题必然要退出市场。卧式模切机分为半自动模切机、全自动模切机以及带清废和不带清废四种。它们的共同特点是精准度比较准确效率比“老虎嘴”机高比圆压圆低处于中位。 近二十年来平压模切机是使用最广泛且技术发展最快的机型。万丈高楼平地起作为一个刚刚毕业的大学生要想有自己的技术进步与技术技术创新就得先搞懂基本设备的基本原理。为以后实现模切机的数字化和智能化做准备。 1.5毕业设计具体内容本次毕业设计是机械设计制造及其自动化专业设计模块的课题，题目是新型平压模切机的设计。本次设计的题目是“新型平压模切机的设计”，其中最重要的是对平压模切机现状的考察以及对国内现有技术水平的了解，再根据得出的结论设计出新型平压模切机。在设计过程中，先进行调研考察，全面了解平压模切机的各种技术参数，例如方案的设计，结构的设计以及运动参数的计算等。同时，要注重在保证设计正确合理的基础上，大胆创新，巧妙设计，使自己的设计在各方面更加适用。该毕业设计设计任务主要有：1. 明确设计任务和要求，了解平压模切机的现状；2.设计方案的确定：本次毕业设计题目是新型平压模切机的设计，它新型的之处是通过对老式平压模切机的结构功能分析，并针对各个机构分别进行讨论，得出新的平压模切机方案；根据工艺动作要求拟定运动循环图，并进行送料，模切机构的选型等；3. 运动设计与动力计算（1）原动机的确定 （2）确定各传动机构的传动比（3）计算各轴的转速和功率 4. 根据要求进行相关机构的设计及计算（1）各齿轮的结构设计和尺寸计算 （2）曲柄连杆机构的设计及尺寸计算 （3）带轮的结构设计（4）轴的结构设计和尺寸计算（5）凸轮的设计（6）不完全齿轮的设计（7）飞轮的设计（8）主要零件的强度校核等等5.绘制新型平压模切机的装配图及零件图6.完成设计任务说明书第二章 新型平压模切机系统总体方案设计2.1新型平压模切机的原始数据（1）新型平压模切机的生产能力为每小时压制纸板3000张；（2）纸板尺寸为250mm250mm，由人工放入输送线上，双班制；（3）模压行程H=50,回程的平均速度是工作行程平均速度的1.2倍左右，模压生产阻力P=210N，模压回程时不受力；（4）模具和滑块的质量约为120kg;（5）在最后加压的5mm范围内施压性能良好，即增力性好，且在5mm范围内施压时间适当长些；（6）工作台距离地面1200mm；（7）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。2.2新型平压模切机的工作原理及工艺动作分解 2.2.1新型平压模切机的工作原理从机器的工艺动作可以看出，可以把整个机构运动的运动分成两个部分，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，其特点是行程短，受载大。本机构要求行程是50毫米，最大载荷是P=0.810N，工作速度是每小时压制3000张。另外，主运动和辅运动要相互协调，如图21和图22所示： 图21 平压模切机动作示意图 图22 模切机生产阻力曲线压制纸板的工艺过程分为“走纸”和“模切”两部份，如图21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为走纸横块(共五个)，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行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，将纸板送到具有上模5(装调以后是固定不动的)和下模6的位置，链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件滑决6和下模为一体向上移动，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，当夹有纸板的横块走到某一位置时，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，后一个横块进入第二个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。2.2.2新型平压模切机的工艺动作分解新型平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。该机可对各种规格的白纸板、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、切线的纸板，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。这种设备具有结构合理、质量可靠、成型性好、经久耐用、维修方便等特点。本次设计的模切机是半自动平压模切机，机构简单，动力节省，成成本低，可以适用于各种不同规模的企业。为了实现压痕、切线、压凹凸等动作，新型平压模切机必须具备以下几个工艺动作：1） 夹紧机构将纸版夹紧；2） 将纸板走纸到位；3） 进行冲压模切；4） 夹紧机构松开，完成模切。其具体工艺动作顺序如下：图2-3 新型平压模切机的工艺动作顺序2.3执行系统的协调设计对于新型平压模切机的运动循环图主要是确定控制夹紧装置张开，夹紧送料和加压模切三个执行机构的先后顺序、相位，以及对各执行机构的设计、装配和调试。新型平压模切机的加压模切机构为主机构，下压模为标定件，以曲柄转角横坐标起点，纵坐标表示各执行机构的位移起逸位置。（1）曲柄自运动至相应于下压模向上移动5mm，此为下压模施压区间。（-）愈大，加压效果愈理想。（2）为保证纸板处于静止状态下模切，输送链轮比角提前10停止，并滞后角10开始转动。（3）在夹紧工位上，应确保输送轮停止转动后，推杆才升至最高位置，顶动夹紧片松开，输送链轮重新转动前，推杆迅速下降，使夹紧片夹紧纸板。在此期间，保证有足够的时间将纸板送入夹紧片。1、首先确定执行机构的运动循环时间T该新型平压模切机模切冲压机构即为主执行机构，该机构冲压、回程一个往复即构成一个运动循环，其所需时间由生产率来确定。因为新型平压模切机的生产率Q=3000张/时,即曲柄轴每转一周(360O),下模往复移动一次完成一个工作循环。为满足生产率，曲柄每小时转速为,故其运动循环时间。2、确定执行构件各区段的运动时间及相应的分配轴转角。3、绘制新型平压模切机的三个执行机构的运动循环图如下：图24的新型平压模切机的运动循环图2.4设计方案的讨论2.4.1设计方案的讨论 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能低的成本。完成一项运动，一般来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应考虑以下问题： (1) 设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。例如实现往复直线移动的机构，有凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等。由于压制纸板时受力较大，宜采用承载能力高的平面连杆机构，而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构，再从机构应具有急回特性的要求出发，在定性分析的基础上，选取节省动力的机构。当受力不大而运动规律又比较复杂时，可采用凸轮机构。例如本题中推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构，由于夹紧片张开后要停留片刻，让纸板送入后才能夹紧，因而推杆移动到最高位置时，有较长时间停歇的运动要求，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。 (2) 为满足机器工艺要求，各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调，如下压模在工作行程时，纸板必须夹紧；在下压模回程时，纸板必须送到模压位置。因此，为使各执行构件能按工艺要求协调运动，应绘出机械系统的机构运动循环图。(3) 根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动构件的转速。若电动机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式，例如带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等；有自锁要求而功率又不大时，可采用蜗杆蜗轮机构。对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比，这是传动装置的一个重要问题，它将直按影响机器的外廓尺寸、重量、润滑和整个机器的工作能力，这个问题将在机械设计课中解决。 (4) 在一个运动循环内仅在某一区间承受生产阻力很大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变化，若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数，则将引起角速度的周期性波动。为使主动作的角速度较为均匀，应考虑安装飞轮。可适当选择带传动的传动比，使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用，通常应计算大带轮的转动惯量是否满足要求，如不满足，则需另外安装飞轮。 实现本题要求的机构方案有多种： (1) 实现下模往复移动的执行机构具有急回或增力特性的往复直移机构有曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的六杆机构等。 (2) 传动机构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和行星轮系(需安装飞轮)等。(3) 控制夹紧装置的机构具有一端停歇的往复直移运动机构有凸轮机构、具有圆弧槽的导杆机构等。2.4.2执行机构的选型通过前述的运动分解及夹紧机构分析、送料机构分析、模切机构分析、传动机构分析可得出下述的运动转换功能图：图25 新型平压模切机运动转换功能图接下来将功能元即基本运动转换功能框图列为纵坐标，与功能元匹配的机构列为横坐标，于是便可形成下图所示的形态学矩阵：根据控制夹紧装置张开，夹紧送料，加压模切这三个执行构件动作要求和机构特点可以选择表21的常用机构，这一表格就是执行机构的形态学矩阵。表2-1 执行机构的形态学矩阵控制夹紧装置张开机构凸轮推杆机构圆弧槽导杆机构螺旋机构夹紧送料机构纸板的输送机构双列链轮传动皮带轮传动纸板的停歇机构凸轮机构特殊齿轮组棘轮机构纸板的固定刚性弹簧夹普通夹子加压模切机构曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的不同六杆机构见图26、图27及图28。凸轮推杆机构对于加压模切部分不同组合的六杆机构要求具有急回或增力特性，所以设计出一下三种组合，见图26图27及图28。 图2-6 六杆机构组合之一（偏心轮式肘节机构） 图2-7 六杆机构组合之二 图2-8 六杆机构组合之三根据上表所示的各种具有可能性的机构进行组合，可以得出各种不同的方案。各个方案的可行性效果各不相同，各自有自己的优点和不足。例如控制夹紧装置张开中凸轮机构具有运动精确，可靠性高等特点，但是制造困难。下面将进行运动方案的选择和评定。2.4.3机械运动方案的选择和评定根据表31所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出新型平压模切机的机械运动方案数为：N=32324=144现在，可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单，效率高，成本低，动力节省等等要求来选择方案。由于方案较多，此处分部分进行讨论：I、首先是加紧送料机构的选择：(1)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。(2)对于纸板的停歇，选用特殊齿轮组；a、相对凸轮机构相比而言，特殊齿轮组制造容易，工作可靠。b、特殊齿轮组在设计时，易实现从动件的运动时间和静止时间的比例在较大范围内调节，适用范围广。c、特殊齿轮组在工作时由于面接触且是间歇运转，因此不易磨损，使用寿命长。另外凸轮机构制造加工困难，易磨损。(3)对于纸板的固定，选用刚性弹簧夹：a、在走纸时，相对普通夹子而言，由于刚性弹簧力的作用，可以自动的将纸板夹紧，并准确平稳的走纸；b、在夹紧和松开纸板时，运用凸轮机构和刚性弹簧的配合使用，能准确、方便、自动的实现纸板的夹紧和松开动作。另外，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。（4）最终选型：纸板的输送选用双列链轮传动；纸板的停歇选用特殊齿轮组；纸板的固选用刚性弹簧夹。于是拟定其为夹紧送料机构的选型，以下部分将不再重复叙述。这样可选择的执行机构方案还有：N=31=12种II、其他非执行机构的选型见拟定的下表：表22 非执行机构的选型动力传递机构联轴器V形带传动链传动变速转向机构圆柱齿轮传动机构单级蜗杆传动机构锥-圆柱齿轮传动机构III、可行的方案选定综上所述可以选定三个结构比较简单而又更加可行的方案进行比较。方案（I）：控制夹紧装置张开机构为凸轮推杆机构-夹紧送料机构-加压模切机构为图26六杆机构组合之一（偏心轮式肘节机构）-V形带传动-圆柱齿轮传动机构；方案（II）：控制夹紧装置张开机构为螺旋机构-夹紧送料机构-加压模切机构为凸轮推杆机构-联轴器-锥-圆柱齿轮传动机构；方案（III）：控制夹紧装置张开机构为凸轮推杆机构-夹紧送料机构-加压模切机构为凸轮推杆机构-联轴器-单级蜗杆传动机构。下面针对以上的三种方案用模糊综合评价方法来进行评估选优，再从中选取一种更为合适的方案。对于方案(I):（1）在机械功能的实现质量方面：由于V形带传动和齿轮的组合传动，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）在机械的运动分析方面：在同一传动机构的带动下，特殊齿轮和双列链轮机构共同完成走纸的准确定位，运动精度高，并且能和冲压模切运动很好的配合完成要求动作工艺。（3）在机械动力分析方面：平面六杆曲柄滑块机构有良好的力学性能，在飞轮的调节下，能大大的降低因短时间承受很大生产阻力而带来的冲击震动；整个机构（特别是六杆机构和特殊齿轮组）具有很好的耐磨性能，可以长时间安全、稳定的工作。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。（4）在机械结构合理性方面：该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计简单，机构重量适中。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。（5）在机械经济性方面：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。方案I的示意图见图26图2-9 方案I的示意图对于方案(II)：(1)机械功能的实现质量：相较于方案A的V形带，联轴器的传递效率虽然高，但是减速效果差；采用直动推杆凸轮机构难承受很大的生产阻力，不能很好的完成冲压模切功能；运用凸轮机构带动走纸机构间歇运动，由于长时间工作而磨损变形，会造成走纸机构无法准确定位。虽然能实现总体功能要求，但实现的质量较差。(2)机械运动分析：凸轮的长期间歇运动导致微小误差积累，从而引起走纸定位的准确性下降，最终引起各执行机构间的配合运动失调。(3)机械动力分析：直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）耐磨性差。(4)机械结构合理性：该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸很重量都较大。(5)机械经济性：由于凸轮机构和锥圆柱齿轮的设计、加工制造较难，用料较大，维修不易，故而生产和维修经济成本均较高。对于方案III：（1）机械功能的实现质量：相对于方案B，皮带传送很难实现走纸的准确定位；普通夹子不便于纸板的自动化夹紧和松开，需要相应辅助手段较多；采用蜗杆减速器，结构紧凑，环境适应好，但传动效率低，不适宜于连续长期工作。总体上机械功能的实现质量很差。（2）机械运动分析：皮带传送易磨损、打滑，走纸运动的精度低，又因很难实现准确定位与冲压模切的协调性差。（3）机械动力分析：直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）和平带耐磨性差。（4）机械机构合理性：该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸很重量都较大。（5）机械机构经济性：由于普通夹子的使用，降低了生产成本，但由于其易磨损，维修成本大，又由于凸轮机构和蜗杆机构的存在，经济成本还是很大。综上所述，从机械功能的实现质量、机械运动分析、机械动力分析、机械结构合理性、机械经济性等各方面综合考虑，同时结合平压模切机的现有技术水平和制造水平，在对于传统的平压模切机进行创新的基础上，并使之符合国家十二五规划中“高效节能”的指导思想后，选择方案I作为此次新型平压模切机的设计方案。第三章 电动机的选择电动机是新型平压模切机的原动机，为其提供动力来源，电动机的选择原则是既能满足系统的动力需求，同时也能达到节约能源的要求，根据国家十二五规划的要求，高效节能也是电动机的选择原则。电动机的选择首先是进行功率计算：P=P= P=210=7.37（kw）其中，P-执行机构所需的功率、Kw；P-模切过程生产阻力、N；S-有效模切行程（回程时不受力，故有效行程只有整个行程的一半）、mm；T-周期、s；K-行程速比系数(此处取值为1.3)。计算传动效率：=0.950.980.97=0.757其中，表示总效率；表示带传动效率；表示轴承效率；表示齿轮的啮合效率，表示其他部分的效率。于是电动机的功率为：P=9.74kw。参照2知Y系列三相异步电动机是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。具有防灰尘、铁屑或其他杂物入侵电动机内部之特点，B级绝缘，尤其适用于维特需要求的机械上，所以此处选择Y系列的三相异步电动机，根据2知额定功率与P相接近的为11kw，故此处选取电动机额定功率P为11kw。执行机构即曲柄的转速计算：n=n=3000r/h=3000r/60min=50r/min可选择的电动机方案，初步拟定为：表3-1 电动机方案方案型号（kw）转速 r/min重量N参考价格（元）传动比同步满载总传动比V带减速器1Y160M1-11130002930117013506034.812.5202Y160M-4111500146012301800301.52.412.5203Y160L-6111000970147016002011.612.520对于对于第一种方案：总传动比i=60，根据1ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T 88532001）的传动比范围是i=12.522，于是带传动的传动比i=2.74.8；对于第二种方案：总传动比i=30，根据1ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T 88532001）的传动比范围是i=12.522，于是带传动的传动比i=1.362.4；对于第三种方案，总传动比i=20，根据1ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T 88532001）的传动比范围是i=12.522，于是带传动的传动比i=0.91.6。根据3带传动的最佳传动比在2.57之间，同时综合考虑市场价格，于是选择第一种方案为最佳方案。取减速器传动比i=20，则带传动的传动比i=3.0。.表3-2 电动机的外形及尺寸型号安装尺寸(mm)外形尺寸(mm)ABCDEFGHKABACADHDLY160M1-125421010842110123716015330335265385605第四章 传动零件设计4.1 传动比分配由第四章可知总传动比i=60，电动机的满载转速为2930r/min，同步转速为3000r/min，曲柄的转速为50r/min。根据第二章的方案设计知：新型平压模切机的传动形式为：首先采用带传动，再采用二级圆柱齿轮减速器传动。并且已经确定V带传动的传动比为i=3，二级圆柱齿轮减速器的传动比为：i=20，考虑到润滑以及加工制造的简单，并根据1取低速级传动比为=3.50则i=ii=3.505.71=20，于是高速级的传动比为：=5.71。4.2 V带传动设计带传动为新型平压模切机传输动力，制造成本较低，且能够很好地满足新型平压模切机的设计要求，是较为理想的传动装置，本次V带传动的设计包括选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮的材料、基准直径以及结构尺寸等。根据5知带传动的设计步骤如下：（1）确定计算功率P计算功率P是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的，P=KP，式中：K工作情况系数，由表87知K=1.4，P电动机额定功率，由第四章知，P=11kw，于是P=KP=1.411=15.4kw。（2）选择V带的带型 根据计算功率P和小带轮的转速n，从图811选取普通V带的带型为B型、 （3）确定带轮的基准直径d并验算带速I）初选小带轮的基准直径根据V带的带型，参考表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径，应使。对于B型，=125mm，取小带轮的基准直径=150mm。II）验算带速根据式813计算带的速度23，根据5带速不可以过高或过低，一般推荐，最高带速，此处满足这个要求。III）计算大带轮的基准直径由计算有。（4）确定中心距，并选择V带的基准长度I）根据带传动总体尺寸的限制条件，结合式8-20知，即，此处取中间数值。II）计算相应的带长=mm再根据表8-2知带的基准长度=2500mm III）计算中心距及其变动范围 传动的实际中心距近似为：=765mm，考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围： （5）验算小带轮上的包角由式知其满足设计要求。（6）确定带的根数z运用公式8-26：计算带的根数，式中表示单根普通带的基本额定功率，由表8-4a知=4.5kw；表示单根普通V带额定功率的增量，由表8-4b知=0.89kw；表示当包角不等于时的修正系数，由表8-5知=0.94；表示当带长不等于实验规定的特定带长时的修正系数，由表8-2知=1.03；表示单根V带的额定功率。于是，进行圆整后取z=3.（7）确定带的初拉力由式8-6计算带的初拉力，式中q表示传动带单位长度的质量，由表8-3知q=0.18kg/m；将之前的已知条件代入其中得=280N对于新安装的V带，初拉力应为1.5。（8）计算带传动的压轴力为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力，由式8-28知=1646N（9）带轮张紧装置的设计V带运动一定时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛，为了保证带传动的正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施。新型平压模切机中的带传动采用张紧轮的张紧装置。由于此设计中的中心距不可调，所以张紧轮将带张紧。设置张紧轮应注意：（1）应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲； （2）张紧轮应尽量靠近大带轮，以免减少带在小带轮上的包角； （3）张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。图4-1 张紧轮装置（10）带轮的设计根据参考文献5知带轮的材料选为HT200；V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。V带的机构形式与基准直径有关，而有本章前节知小带轮的直径=150mm，大带轮的直径=450mm，根据参考文献5选取小带轮为腹板式，大带轮为轮辐式。下面对大带轮的结构设计计算如下：，取；，取； ； ，取； ； 式中：传递功率，kw；n大带轮的转速，r/min；轮辐数。轮槽截面尺寸见下表：表4-1 轮槽截面尺寸槽型 fminmineB1411.510.83.5197.5大带轮结构见零件图MQJ00-06。.4.3 减速器齿轮组的设计 新型平压模切机的二级传动部分采用的是二级圆柱齿轮减速器传动方案，在此处主要是进行齿轮组的设计，其中涉及了很多方面的内容，包括齿轮材料的选择，强度的计算，尺寸的设计等方面，下面具体进行介绍。由4.1节知低速级传动比为i=3.50，高速级的传动比为：i=5.71。4.3.1 高速级齿轮的设计计算1 选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数 结合工作要求选择齿轮传动类型为直齿圆柱齿轮传动。 模切机为一般机械，故选用7级精度（GB 1009588）5。 由表10-15选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数初选小齿轮齿数Z1=23，由i3=5.71，可知Z2=1312按齿面接触强度设计（1）由设计计算公式（10-9a）进行试算，即确定公式内各个参数的数值。 1）初选载荷系数。2）小齿轮传递的转矩3）由表10-7选取齿宽系数4）由表10-6查出材料的弹性影响系数。5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。7）由图10-19取接触疲劳寿命系数,8）计算接触疲劳许用应力。失效概率为1%，安全系数S=1,由式10-12即得:（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的值mm=61.03mm2）计算圆周速度。3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 5）计算载荷系数。根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数；直齿轮，；由表10-2查得使用系数;由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，。由，查图10-13得；故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由公式10-10a得7)计算模数。3按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度设计公式为（1） 确定公式内得各计算数值1） 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,;3） 计算弯曲疲劳许用应力。取疲劳安全系数S=1.4，由式10-12即得：4) 计算载荷系数K。5) 查取齿形系数。由表10-5查得；。6） 查取应力校正系数。由表10-5查得; 。7） 计算大、小齿轮的并加以比较。大齿轮数值大。（2） 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与轮齿直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取有弯曲强度算的模数1.985并就近圆整为m=2考虑模切机的冲击，齿轮模数从大选取由齿面接触疲劳强度所决定，从而最后选取模数为2.5mm。按接触疲劳强度算得为,算出小齿轮的齿数； 大齿轮齿数：,取Z=149这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4几何尺寸的计算（1）计算分度圆的直径，圆整为：，取公差为：。（2）计算中心距（3）计算齿轮的宽度取，。（4）计算齿顶圆直径和齿根圆直径齿顶圆直径:，圆整为：；齿根圆直径： =366.25mm(5) 由于，尺寸较小，故采用齿轮轴的形式；，根据参考文献5知该齿轮采用腹板式结构。下面对高速级大齿轮进行结构设计：； (810),可取为15mm;336.25mm;mm;63m;=15mm(6) 高速级大齿轮结构见零件图MQJ00-04。4.3.2 低速级齿轮的设计计算低速级齿轮的设计计算与高速级齿轮的设计计算方法一样，由于设计时间的关系这里就不再进行具体设计，但本人已经用软件的而设计方法设计出了此高速级齿轮的分度圆直径、齿宽等参数，见下表4-？，表中数据的单位是：mm。低速级齿轮的结构尺寸设计亦同前，低速级小齿轮采用齿轮轴形式，低速级大齿轮采用腹板式结构。下面对低速级大齿轮进行结构设计：；,因此曲柄以等角速度转过两个角度时，对应的时间tt,并且/= t/ t。而摇杆的平均速度为：=/ t,=/ t,显然.从而K=，由原始数据和设计要求知，平面六杆机构的行程速比系数K=1.3，所以=180=180=23.48图52 平面六杆曲柄滑块机构的两种极限位置和运动状况接下来进行平面六杆机构的自由度分析，根据7的相关知识知判断所设计的运动链是否成为机构，是提出新的设计方案时自行评价方案可行性的关键一步。运动链能成为机构的首要条件，是运动链的自由度必须大于零，并且原动件的数目应等于运动链的自由度数。此平面六杆机构均是低副机构，所以自由度F=3n-2P-P=36-27=1(C处有两个自由度)。这与原动机的个数为一个相吻合，能够构成机构。再进行平面六杆机构的具体尺寸设计，如图52所示，设AB=a，BC=b，CD=c，AD=f，CE=d，ED=I，EE=H，CAC=，CCA=，ACD=，CDE= 考虑到模切机的总体结构布置以及总体尺寸的要求，以及工作台距地面1200mm，可以考虑按照7:5的关系进行，可取杆CD=400mm, 杆CE=300mm,结合模切行程H=50mm, =23.48度，则：在CDE（两边之和大于第三边）中运用余弦定理知：cos =0.95于是：=18.19，所以CD杆的摆动范围是：0,18.19。图5-3 图解法设计首先选定D点，作Dq1及Dq2,使其间的夹角=18.717，分别在Dq1、Dq2上截取杆c长度DC1=DC2=400mm。连接C1C2作直线CMC1C2，作直线CN使AC=90-=66.522，直线C1M与直线C2N相交于点P，然后以C2P中点为圆心，1/2C2P长为半径作C1C2P的外接圆。于是可在的圆弧上可任选一点A作为曲柄的回转中心。但考虑到a为曲柄，实际中将采用曲轴作为曲柄，故a不宜大于50mm且不宜小于30mm，故可粗取AD即d杆为280mm，则有： 其中：AC1192.771mm,AC1=280.976mm，可根据280mm，确定A点，从而从图中测量出数据。从而得出六杆机构长度尺寸分别为：a=44.1025mm；236.8735mm；400mm；280mm；300mm。因为444.1025mm516.8735mm，故满足平面四杆机构杆长之和条件，其中以杆为机架，则、四杆构成一个曲柄摇杆机构，为曲柄，为摇杆。下面对该平面六杆曲柄滑块机构进行受力分析：如下图4-3所示，该下模板所受阻力为Q，连杆BC的推力为P，肘杆CE上的力为T，其力的作用线与DE的夹角为，L1是推力P作用线对铰支点D的垂直距离，L2是力T的作用线对铰支点D的距离，是摇杆CD的摆角。则在不考虑摩擦力和惯性力的情况下，将力T和P对铰支点D列力矩方程：，则： 图5-4 平面六杆曲柄滑块机构受力分析由上式可以看出：在P一定的情况下，要使Q较大，可使L1尽量大，L2、尽量小。当肘杆DC与肘杆CE接近一条直线时，L1几乎为一定值，而L2、趋近于0，故由公式知此时力Q理论上将趋近于无穷大，所以此时足可以满足模切要求5.2凸轮机构的设计凸轮机构的设计极为重要，它是控制弹簧夹子张开与闭合的一大机构，它设计的成功与否直接关系着整个平压模切功能的完成与否。在进行凸轮机构的设计时，最重要的是满足运动协调的要求。只有在指定的时间使弹簧夹子张开和夹紧，才能满足设计要求。由前面的运动循环图可知：在一个循环周期内，前保持模压的时间为0.4S,为整个周期的，于是得到凸轮有保持直径不变，即处于夹紧状态。模压完成后，弹簧夹子松开，凸轮的直径慢慢降低，直至弹簧夹子完全松开，可取。之后凸轮便处于直径不变状态，在此状态下弹簧夹子一直张开，等待操作者将纸板放入。在即将进入模切状态之前，弹簧夹子必须夹紧，也就是说在这之前，凸轮直径必须增加