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1、 中原工學院 課程設計 課程名稱：機械設計（上）課程審計 課 程 號：DB0302028 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級：機自131班 學 號：201300314103 學生姓名：劉旭東 指導教師：程軍紅 2015年06 月26 日 題目：半自動平壓模切機的模切設計 設計者：劉旭東 同組成員：王超凡、李俊熙

2、 目錄 <一>：課程設計任務 4 <二>：執(zhí)行機構的功能原理 8 <三>：執(zhí)行機構運動規(guī)律及型式設計 9 <四>：主機構的運動設計 17 <五>：執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計 19 <六>：方案評價總結 20 <七>：課程設計總結（體會） 21 <八>：參考文獻 21 <九>附錄 21 <一>：課程設計任務 一、設計題目: 半自動平壓模切機的模切機構 二、工作原理及工藝動作過程 半自動平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備.它可對各種規(guī)格的紙板、厚度在

3、4mm以下的瓦愣紙板，以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凹凸。經過壓痕、切線的紙扳，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿著壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸的商標。 壓制紙板的工藝過程主要分兩部分，一為將紙板走紙到位，二是對紙板沖壓模切。如圖一所示，4為工作臺面，工作臺上方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為走紙模塊，其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運動到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構，其執(zhí)行構件7作往復移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操

4、作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉動，將紙板送到具有固定上模5和可動下模6的位置。鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構件（滑塊）和下模6為一體向上移動，實現紙板的壓痕、切線（稱為模壓或壓切）、壓切完成以后，鏈條再次運行，當夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構（圖上未表示）作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進人第二個工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現連續(xù)循環(huán)工作。 本題要求按照壓制紙板的工藝過程設計下列幾個機構：使下壓模運動的執(zhí)行機構，起減速作用的傳動機構；控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機構。

5、 圖 （1）平壓模切機工藝動作示意圖 圖 （2）模切機的生產阻力曲線 三、原始數據和設計要求 1、每小時壓制紙板3000張。 2、傳動機構所用電動機轉速n=1450r/min，滑塊推動下模向上運動時所受生產阻力如圖2所示，在其工作行程的最后2mm范圍內受到生產阻力為Fc=2106N，回程時不受力. 下模和滑塊的質量約120kg。 3、下模向上移動的行程長度H=500.5mm?；爻痰钠骄俣葹楣ぷ餍谐唐骄俣鹊?.3倍， 4、工作臺離地面的距離約1200mm。 5、按照壓制紙板的工藝過程要求設計下列幾機構：使下壓模往復運動的執(zhí)行機構；起

6、減速作用的傳動機構；控制橫塊上壓緊裝置（壓緊紙板）的控制機構。所設計機構的性能要良好，結構簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。 四、設計方案提示 根據半自動平壓模切機的工作原理，把機器完成加工要求的動作分解成若干種基本運動。進行機械運動方案設計時，最主要的是要弄清設計要求和條件，掌握現有機構的基本性能，靈活地應用現有機構或有創(chuàng)造性地構思新的機構，以保證機器有完善的功能和盡可低的成本。完成一項運動，一般說總有幾種機構可以實現，所以，不同的機構類型及其組合將構成多種運動方案。對本題進行機械運動方案設計時可考慮一下機構方案： 1、實現下模往復移動和執(zhí)行機構一般可采用具有急回或曾力特性的六桿沖

7、壓機構。 2、傳動機構可采用連續(xù)勻速運動的減速機構，有帶傳動與兩級齒輪傳動串聯(lián)，帶傳動與行星輪系串聯(lián)等。 3、控制加緊裝置的機構可采用具有一端停歇的往復移動運動機構，有圖輪機構，有圓弧槽的導桿機構等。 4、由于沖壓模切機構只在短時間內承受很大的生產阻力，為了減小周期性波動可選用較小的電動機，并安裝飛輪。 五：設計任務 1、根據設計要求與原始數據每組考慮至少2~3鐘系統(tǒng)運動方案，并對其傳動性能進行初步的分析比較，畫出運動方案簡圖。經小組討論選定一種較佳運動方案； 2、根據工藝動作的順序和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖。 3、進行機械運動方案的評價； 4、完成說明書一份。設計說明書應包括設

8、計題目、設計要求、方案設計和選型、方案評價，執(zhí)行構件的運動循環(huán)圖，課程設計總結，參考文獻。 <二>：執(zhí)行機構的功能原理 如圖(3)所示，4為工作臺面，工作臺上方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為走紙模塊，其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運動到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構，其執(zhí)行構件7作往復移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉動，將紙板送到具有固定上模5和可動下模6的位置。鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部

9、的的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構件（滑塊）和下模6為一體向上移動，實現紙板的壓痕、切線（稱為模壓或壓切）、壓切完成以后，鏈條再次運行，當夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構（圖上未表示）作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進人第二個工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現連續(xù)循環(huán)工作。 圖(3)平壓模切機工藝動作示意圖 <三>：執(zhí)行機構運動規(guī)律及型式設計 執(zhí)行機構運動的規(guī)律分成兩個部分，一是輔助運動，它可以用于完成紙板的夾緊，走紙，松開等動作。對實現該運動的傳動機構要求做間歇運動；二是主運動，完成對紙板的壓切動作，要

10、求裝有模板的滑塊做直線往復運動.其加工紙板的工藝動作流程如圖(4) 半自動平壓模切機加工紙板工藝流程圖 紙盒余料 松開走紙 輸出走紙 模切沖壓 輸入走紙 夾緊紙板 印刷紙板 1、 送料機構的選型 圖(4)機構加工紙板流程圖 送料： 1）、紙板的輸送：分為雙列鏈傳動機構和帶輪傳動機構。 對于紙板的輸送構件

11、，選用雙列鏈輪傳動： a、相對皮帶傳動而言，雙列鏈輪傳動精度較高，有利于紙板的精確走紙定位； b、適合于本機構的遠距離傳遞； c、本機構在長時間傳輸、模切時摩擦大，易發(fā)熱，而雙列鏈輪傳動機構適合于長時間在此惡劣環(huán)境下工作。 另外，使用皮帶輪傳動其易打滑，易變形，傳輸精度低，傳遞效率低。 圖（5）雙列鏈傳動正視圖 ， 2）、紙板停歇：分為凸輪機構、特殊齒輪機構和槽輪機構 經過討論及分析應選用特殊齒輪鏈輪。 a采用特殊齒輪加工和維修方便，工作可靠； b易實現從動件的運動時間與靜止時間的比例在較大范圍內調節(jié)；

12、 c工作時面接觸為間歇運動，不易磨損。 主動鏈輪做單向間歇運動，選擇齒輪（4個）與不完全齒輪（1個）組合，將鏈條安放在完全齒輪上，在將完全齒輪與不完全齒輪連接，不完全齒輪轉動帶動完全齒輪轉動。 圖（6）不完全齒輪 圖（7） 不完全齒輪嚙合 3)對于紙板的固定，可選用剛性彈簧夾或普通彈簧夾。 選用剛性彈簧夾 a、 剛性彈簧夾具有剛性彈簧力的作用，不僅可以自動的將紙板夾緊，而且可以準確平穩(wěn)的實現走紙運動； b、能準確、方便、自動的實現紙板的夾緊和松開動作。 c、使用普通夾子

13、較難實現紙板的自動夾緊和松開的工藝動作以及平穩(wěn)走紙的目的。 圖（8） 剛性彈簧夾 最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇選用殊齒輪組；紙板的固選用剛性彈簧夾。 模切沖壓機構的選型 1）、可選機構 機構 供選機構 急回機構 直動推桿凸輪機構 平面六桿曲柄滑塊機構 2）、選型原因： a、相對凸輪機構而言，連桿機構的運動副一般均為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，潤滑好，磨損小，則承載能力較大，有利于實現增力效果。 b、連桿機構的設計、加

14、工制造容易，經濟性好，且低副一般為幾何封閉，工作的可靠性好。 c、在滿足運動要求的條件下，連桿機構可以靈活改變各桿件的相對長度來調節(jié)運動規(guī)律，適用性強。 另外，凸輪機構增力效果差，設計加工制造困難，適用性差。 最終選型：平面六桿曲柄滑塊機構。 型式設計： 方案A 示意圖如圖（9） 1-凸輪、 2-頂桿、3-滑塊、4-不完全齒輪、5-完全齒輪、 6-曲柄、7-頂桿 圖（9）凸輪頂桿機構簡圖 1)機械的運動分析 下模向上運動進行模切運動時會產生很大的生產阻力，但是直動推桿凸輪機構不能承受很大的阻力，所以選用直動推桿凸輪機構來完成沖壓模切并不是很合理；凸輪機構長時間

15、帶動走紙機構進行間歇運動，將會使工作磨損變形產生的微小誤差積累，這會造成走紙機構定位的準確性下降，最終引起各執(zhí)行機構間的配合運動失調。 2)機械的結構合理性分析 該機構結構簡單緊湊，但是，凸輪機構的運用會造成整體機構的尺寸和重量都變大。 3） 機械的機構經濟性分析 凸輪機構和錐圓柱齒輪的設計、制造較難，用料較大，生產成本較高，況且維修方面的技術含量較高，經濟成本較高。 總體上機械功能的實現較差 方案B 示意圖如圖（10） 1-凸輪、2-圓柱滾子、3-連桿、6-滑塊、7-不完全齒輪、8-完全齒輪、9-鏈輪、10-曲柄 圖（10）凸輪六桿機構設計簡圖 1

16、） 機械的運動分析 通過凸輪連接與平面六桿機構的組合，能夠合理的完成沖壓過程，但是機構比較復雜，設計比較困難，并且傳動過程較長，能量易損失，傳動效率低。 2)機械結構的合理性分析 該機構結構簡單緊湊，但是，凸輪機構的運用會造成整體機構的尺寸和重量都變大且設計比較復雜繁瑣。 3） 機械機構的經濟性分析 凸輪機構的設計、制造較難，用料較大，生產成本較高，況且維修方面的技術含量較高，經濟成本較高。 總體上機械的傳動性功能實現欠佳，尺寸及輪廓設計困難。 方案C 示意圖如圖（11） 1-圓柱、2-連桿、3-搖桿、4-連桿、5-滑塊、6-不完全齒輪、7-完全齒輪、8-鏈輪、9

17、-曲柄、10-頂桿 圖（11）齒輪六桿機構簡圖 (1)機械的運動分析 雙列鏈傳動機構和齒輪的組合傳動，功率損失小，機械效率高，可靠性高；平面六桿曲柄滑塊機構能夠承受很大的生產阻力，增力效果好，可以平穩(wěn)的完成模切任務；使用剛性彈簧夾自動的實現紙板的夾緊與松開動作，并運用特殊齒輪組完成走紙的間歇運動和準確的定位，以實現與沖壓模切的協(xié)調配合。 2)機械結構的合理性分析 該機構各構件結構簡單緊湊，尺寸設計相對于凸輪而言簡單，且沒有凸輪機構沉重，運行平穩(wěn)協(xié)調。 3)機械的經濟性分析 平面六桿曲柄滑塊機構設計，加工制造簡單，使用壽命長，維修容易，經濟成本低，雖然特殊齒輪組設

18、計加工難度較大，成本偏高，但與其他等效備選機構相比，其能更好的實現工作要求，以帶來更大的經濟效益。 <四>：主機構的運動設計 半自動平壓模切機構的主運動如圖(12) 圖（12）主機構運動見圖 AB=b-a,BC=e，CD=c，AD=d，CG=f，AC=a+b 有于回程的平均速度為工作行程的1.3倍可知極位夾角θ=K-1K+1180=23.478 由于 H=50mm 在?ABC和?BCD中，由余弦定理得： c21-cosφ=a21+cosθ+b2（1-cosθ） 同理，在?BDF和?CDG中分別可得： cosφ1=c2+l2

19、-f22cl cosφ2=c2+（l+H）2-f22c（l+H） 則 φ=φ1-φ2 在?ABC中，得 cosα=e2+（a+b）2-（b-a）22e（a+b） β=90--12φ-α 故d=（a+b）2+c2-2（b+a)ccosβ 另外桿a為曲柄的條件為： （1） 在a、b、c、d四桿中，a為最短桿，c為最長干； （2） a+c≤b+d 根據以上分析，可取 l=500mm c=400mm f=300mm 帶入以上公式可得 a21.917+b20.083=480 考慮a為曲柄的條件，可得各桿

20、長 a=15mm b=36mm c=400mm d=388mm f=300mm l=500mm <五>：執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計 .如圖（13） 1- 鏈輪與齒輪的組合、2-齒輪、3-齒輪與圓柱的組合、4-鏈輪與齒輪的組合、9、10-鏈輪與圓柱的嚙合 圖（12）執(zhí)行系統(tǒng)簡圖 執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調配合圖如圖（8），由于電機的原動力輸入通過齒輪傳動將動力傳給A，在圖中A即為原動件。在圖中由于A1與10通過鏈條傳動將動力傳給10,10為不完全齒輪，11為完全齒輪，通過完全齒輪與不完全齒輪通過一定傳動比的相互嚙合運動從而達到紙板的停歇運動

21、。 原動件1通過2、3的傳動即通過3個齒輪的嚙合將動力傳動給3，在六桿機構中，即3為原動件。由于不同齒輪的傳動，從而使沖壓模塊8完成往復的沖模運動。3與4兩齒輪嚙合，然后通過4與9的鏈條傳動將動力傳給9，然后由F完成橫壓彈簧夾的夾紙工作，在整個運動循環(huán)過程中，機械運行平穩(wěn)，配合協(xié)調，可以達到工作的要求。 <六>：方案評價總結 對上述的幾個方案，從機械的運動、經濟性、及其合理性分析，我認為方案C為最合理的方案。 1． 凸輪機構的外形及尺寸設計困難且不易加工，在磨損之后，準確性將會變差。 2． 方案B雖然也為齒輪與劉連桿機構的傳動設計但是它與方案C的六桿機構相對比，其受力狀況欠佳，易損壞，

22、且承受的載荷不宜過大 綜上：方案C為最終的設計和使用方案。  <七>：課程設計總結（體會） <八>：參考文獻 1、 申永勝、機械原理教程、清華大學出版社 2、 申永勝、機械原理輔導與習題、清華大學出版社 3、 程軍紅、機械設計基礎、陜西科技出版社 4、 唐亞楠、機械原理、中國礦業(yè)大學出版社 5、 張霄鵬、機械設計、中國礦業(yè)大學出版社 <九>附錄 執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調設計補充說明 1、由于平面六桿機構的行程速比系數K=1.3，即極位夾角 θ=180K-1K+1=23.5并知該運動周期分為兩部分，以156.5為分界線。 2、當主軸轉角為0---156.5，下模從行程最低點開始

23、，在平面六桿機構的帶動下向上移動至預定模切位置，進行沖壓模切；當主軸轉角為156.5--360，下模完成模切動作，快速急回運動至行程最低點即下一周期起點。 3、走紙機構的分析 當主軸轉角為0-156.5，特殊齒輪組（用于完成間歇運動）沒有嚙合運動，鏈輪鏈條處于靜止狀態(tài)；當主軸轉角為156.5-360，特殊齒輪組輪齒參與嚙合，帶動鏈輪鏈條運動，進行走紙運動。 4、夾緊裝置的分析 當主軸轉角為0---156.5，帶動夾子的曲柄圓柱走過推程，進入遠休止使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當主軸轉角為156.5--360，圓柱曲柄處于近休止狀態(tài)使剛性彈簧夾處于夾緊狀態(tài)。 運動循環(huán)圖如圖（13） 圖（13）半自動平壓模切機的運動循環(huán)圖