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1、安徽工程科技學院 前 言 機械原理課程設計是為了培養(yǎng)學生的開發(fā)和創(chuàng)新機械產品的能力，高等學校工科本科《機械原理課程教學基本要求》中對機械原理課程設計提出的要求是：“結合一上簡單的機械系統(tǒng)，綜合運用所學理論和方法，使學生能受到擬定機械運動方案的初步訓練，并能對方案中某些機構進行分析和設計”。在機械原理課程中加強機械運動簡圖設計能力的培養(yǎng)，已越來越為廣大師生所認識。 機械原理課程設計要求針對某種簡單機器（它的工藝動作過程比較簡單）進行機械運動簡圖設計，其中包括機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合等等。通過機械原理課程設計，可以進一步鞏固、掌握并初步運

2、用機械原理的知識和理論，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新機械的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在機械原理課程設計中占有十分重要的位置。 通過機械原理課程設計培養(yǎng)了學生的系統(tǒng)設計和機構設計能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力及應用計算機的能力。機械原理課程設計已取得了預期效果，使機械原理課程教學有了新發(fā)展，其意義是深遠的。 目 錄 一：課程設計任務書.............................................2 二：功能和設計要求.............................................3 三：總功能分解..................

3、...............................4 一．總功能分析..............................................4 二．功能元分解..............................................4 三．功能元求解..............................................4 四：機械運動方案的選擇評價及確定...............................5 五：運動循環(huán)圖......................................

4、...........11 六：原動機的選擇...............................................12 七：機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構的設計...............................14 八：體會.......................................................17 九：參考文獻...................................................18 課程設計任務書 題目：半自動平壓模切機 工作原理及工藝動作過程 半自動平壓模切機是印刷、包裝等行

5、業(yè)壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備，它可用來對各種規(guī)格的白紙板及厚度在4mm以下的瓦楞紙板以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、折疊以及壓制凹凸商標等，經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸商標，可以成批量的生產，實現(xiàn)規(guī)?；?。 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。 原始數(shù)據(jù)及設計要求 1）每小時壓制紙板3000張。 2）上模固定，下模向上移動的行程長度，回程的平均速度為工作行程的平均速度的1.3倍。 3）工作行程的最后2mm范圍內受到生產阻力N，回程時不受力。下模和滑塊的質量共約120kg。 4

6、）工作臺面離地面的距離約1200mm。 5）所設計的機構性能要良好，結構簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。 設計方案提示 1） 走紙機構可采用雙列鏈傳動，走紙橫塊其兩端分別固定在前后兩根 鏈條上，橫塊上裝有若干夾緊片以夾緊紙板。主動鏈輪由間歇運動機構帶動以實現(xiàn)定時走紙。 2） 模切機構一般可采用六桿沖壓機構，在紅板停頓時進行沖壓模切。沖壓機構要求急回并節(jié)省動力。 3） 由于沖壓模切機構僅在短時間內承受很大生產阻力，為了減小周期性速度波動可選用較小容量的電機，一般需安裝飛輪。 設計任務 1） 根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。 2） 進行送料、模切機構的選型。 3） 機械

7、運動方案的評定和選擇。 4） 根據(jù)給定的生產阻力及工作裕量選定合適的電動機。 5） 進行飛輪設計。 6） 按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數(shù)擬定機械傳動方案。 7） 畫出機械運動方案簡圖。 8） 對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算。 指導老師（簽名） 年 月 日 二、半自動平壓模切機的功能和設計要求： １．功能 半自動平壓模切機是印刷、包裝等行業(yè)壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備，它可用來對各種規(guī)格的白紙板及厚度在4mm以

8、下的瓦楞紙板以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、折疊以及壓制凹凸商標等，經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸商標，可以成批量的生產，實現(xiàn)規(guī)?；?。 壓紙工藝過程分為“走紙”和“且?！?。上模固定，下模沖壓。 1） 將紙板走紙到位。 2） 進行沖壓模切。 2．原始數(shù)據(jù)和設計要求 1）每小時壓制紙板3000張。 2）上模固定，下模向上移動的行程長度，回程的平均速度為工作行程的平均速度的1.3倍。 3）工作行程的最后2mm范圍內受到生產阻力N，回程時不受力。下模和滑塊的質量共約120kg。 4）工作臺面離地面的距離約12

9、00mm。 5）所設計的機構性能要良好，結構簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。 三．總功能的分解： 一、總功能的分析 半自動平壓模切機是印刷、包裝等行業(yè)壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備， 其主要功能是進行壓痕、切線、折疊以及壓制凹凸等。 二、功能分解 根椐工藝動作要求可將其總功能分解為兩個分功能： 1） 將紙板走紙到位；紙板走紙過程中，要求傳動紙板的機構間歇運動，也 就 是說，此功能完成的是紙板間歇移動運動。 2） 進行沖壓模切；沖壓模切過程中，要求執(zhí)行機構上的沖壓構件上下往復 移動，以達到壓痕，切線，壓凹凸的功能，因此，這個功能的主要作用就是保證沖

10、壓構件，滑塊的上下往復運動。 三、功能元求解 形態(tài)學矩陣： 四．機械運動方案的選擇評價及確定： 根據(jù)功能元求解的形態(tài)學矩陣，可以求出半自動平壓模切機的機械運動方案數(shù)目為： 現(xiàn)在我們可以根據(jù)給定的條件、各機構的相容性和盡量使機構簡單等要求來選擇方案： 根據(jù)機構的功能，運動規(guī)律的形式，傳動精度高低，機構的工作性能，應用范圍可調性，運轉速度，承載能力，機構的動力性能，加速度峰值，可靠性，經濟性，（制造難易，能耗大?。?，結構緊湊（尺寸，重量，結構復雜性）等要求來選擇方案。由此可以選擇兩個結構比較簡單的方案。 模切沖壓機構： 方案一：雙列鏈傳動機構，多桿滑塊機構。 方

11、案二：帶傳動機構，連桿凸輪組合機構。 方案號 1 2 A從發(fā)電機傳遞動力 皮帶 鏈 B變速，改變旋向 皮帶 鏈 C產生急回運動 凸輪 桿 D急回運動 曲柄搖桿機構 曲柄滑塊機構 走紙機構： 方案一、帶輪機構，凸輪，夾子， 方案二、鏈輪機構，特殊齒輪。 方案號 1 2 A紙板的輸送 帶輪機構 鏈輪機構 B紙板的停歇 凸輪 特殊齒輪 C紙板的定位 夾子 對這兩個方案，可以用模糊綜合評價選優(yōu)。兩種機構各項性能指標的評價如下： H值 49.25 70.5 由以上分析，顯然可以得到以上結論

12、：多桿滑塊機構在承受載荷，加速度，耐磨性，制造難易，重量和結構復雜性這些具體項目的性能明顯優(yōu)于連桿凸輪組合機構，而這些指標對于半自動平壓模切機來說是很重要的，因此，在兩者之間選擇六連桿機構。至于在運動規(guī)律和尺寸方面，連桿凸輪機構所占的優(yōu)勢，在半自動平壓模切機的設計要求中不是很重要考慮的，因此可以忽略六連桿機構在此方面的不足。綜上所述，選擇六連桿機構作為沖壓模切機構。 帶傳動機構和鏈傳動機構的選擇。帶傳動結構簡單，維護方便，成本低廉，沖擊力小，傳動平穩(wěn)，噪聲小，但是傳動效率低，壽命較短等缺點。鏈傳動機構因多對齒輪同時嚙合，要求承載能力大，傳動效率高，以及可實現(xiàn)中心矩較大的軸間傳動，但傳動有沖擊

13、，振動和噪聲。由于半自動平壓模切機在設計時要求傳動機構有較大的承載能力，較高的機械效率要求，因此，在比較之后，選擇鏈傳動機械。 多桿滑塊機構（模切沖壓機構方案一） 半自動平壓模切機的機構(方案一) 半自動平壓模切機運動簡圖（方案二） 凸輪機構與特殊齒輪機構（沖壓模切機構方案二） 五：運動循環(huán)圖 對于半自動平壓模切機運動循環(huán)圖主要是確定沖壓模切和走紙兩個執(zhí)行構件的先后順序，以利對各執(zhí)行機構的設計、裝配和調試。 半自動平壓模切機的模切機構為主機構，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示各執(zhí)行構

14、件的位移起迄位置。 六：原動機的選擇 1、常用原動機的運動形式 2、常用原動機的驅動方式 3、選擇原動機應考慮的因素 1） 必須考慮現(xiàn)場能源供應情況。 2） 必須考慮到原動機的機械特性各工作制度與工作機相匹配。 3） 必須考慮到工作機對原動機提出的起動，過載運轉平穩(wěn)性，調速和控制等方面的要求。 4） 必須考慮工作環(huán)境的因素。 5） 必須考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。 6） 為了提高機械系統(tǒng)的經濟效益，必須考慮經濟成本，包括初始成本和運轉維護成本，此外，所選取的原動機的額定功率必須滿足負載需要，但也不宜過大，對電動機來說選電動機功率過大造成功率

15、因素過低也是不經濟的。 4、原動機的選擇 根據(jù)半自動平壓模切機的設計要求以及綜合原動機選擇時應考慮的因素，可以初步選定Y系列三相異步電動機作為半自動平壓模切機的原動機。 根據(jù)半自動平壓模切機的設計要求可得： 工作功率 = =1.1KW 工作電流 ==2.9A 綜上分析,選擇型號為Y90L-6的電動機作為原動機,其參數(shù)如下:功率1.1KW,電流3.2A,轉速910r/min,效率73.5%,功率因數(shù)0.72,堵轉轉矩/額定轉矩為2.0,堵轉電流/額定電流為6.0,最大轉矩/額定轉矩為2.0。

16、 七：機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構的設計 一） 設計參數(shù)： 生產率： N= 3000張/小時 下模沖頭總行程： mm 行程速比： K===1.3 t1:表示急回行程的時間，t2:工作行程式時間 電動機轉速：910r/min 二） 數(shù)據(jù)的計算：根據(jù)選定的驅動電機的轉速和半自動平壓模切機的生產 能力，可以得到此機械系統(tǒng)的總速比為： 由設計參數(shù)可知，生產率是每小時3000張紙，所以由電動機到執(zhí)行軸需要減速傳動，傳動比通過計算為18。 機械傳動系統(tǒng)的第一級采用帶傳動，其速比

17、為5，第二級采用直齒圓柱齒輪傳動，其傳動比為3.6。 帶傳動計算： 1）確定計算功率Pc Pc=KaP 取Ka=1.4，則 2)選擇帶的型號 由Pc及主動輪轉速n1，由有關線圖選擇V帶型號為C型V帶。 3）確定帶輪節(jié)圓直徑和 取mm，則 mm 齒輪傳動計算： 取，。按鋼質齒輪進行強度計算，其模數(shù)m=5。則 mm mm 槽輪的計算： 1） 槽數(shù)z 按工位數(shù)要求選定為4。 2） 中心距 按結構情況確定 =200mm 3） 圓銷半徑

18、r 按結構情況確定 r=20mm 4） 槽輪每次轉位時主動件的轉角 5）槽間角 6）主動件圓銷中心半徑 mm 7）與a的比值 8）槽輪外圓半徑 mm 9）槽輪槽深 mm 10）運動系數(shù) （n=1，n為圓銷數(shù)） 多桿滑塊機構的計算： 為了滿足以上的條件，由極位可知：L3+L1>L6 L6+L4

19、 角30度左右。 八：體 會： 通過這次設計，我深深地體會到：要設計一個機構方案，想到運動及傳動的方法只是整個設計的一小步，最重要的是計算機構的配合尺寸。 其實，機構的大體形狀以及它的傳動機構的大體原理，很早就在我腦里有了雛形，本來以為很快會結束設計，但事與愿違，我感覺我的時間全花在了計算與配合上，所以如果以后還有設計機械的作業(yè)，一定要先把具體的各種配合關系計算精確，哪怕花再多的時間，至少不會漫無目的在設計機構時，機構尺寸和相互配合需要大量計算，同時還要考慮造型的可行性，特別是尺輪間的傳動需要大量的反復的實驗，同時要有一定的技巧。 在這次設計中，我充分認識到作為設計者，必需嚴謹務實，要充分考慮到制造的可行性。設計是一種既要求想象力又要求嚴密邏輯思維的學科。 九．參考文獻 1、鄒慧君主編．《機械原理課程設計手冊》．北京高等教育出版社，1998 2、孫恒，陳作模，葛文杰主編．《機械原理》（第七版）．北京高等教育出版社，2006 3、朱保利，吾輝，王云，封立躍主編．《機械原理課程設計指導》．南昌航空工業(yè)學院．機械設計教研室，1998 4、濮良貴，紀名剛主編．《機械設計》第七版．高等教育出版社，2000 5、鄒慧君主編．機械設計原理．上海交通大學出版社，1995 19