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北京印刷學院 畢業(yè)設計（論文） 課 題 名 稱： 模切機模切部分設計 專 業(yè) 班 級： 機械工程及自動化10－1班 學 生 姓 名： 　　　 學 生 學 號：　　　　　 起迄日期： 2013年11月9日— 2014年5月23日 指導教師： 孫玉秋 職稱： 副教授 發(fā)任務書日期： 2014年 5 月15 日 摘要 整機結構主要由電動機產(chǎn)生動力將需要的動力傳遞到鏈輪上，然后通過鏈輪傳遞到齒輪，通過齒輪再過渡到另外一組鏈輪上，然后再通過齒輪過渡到滾筒上。同時本文對該方案模切機的關鍵零部件設計過程進行了詳細闡述，其主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案的設計、電動機的選擇、執(zhí)行機構的設計、傳動零部件的設計、軸的設計與校核以及軸承的選擇、機架的設計等。 本文主要介紹模切機的發(fā)展狀況，模切機模切部分結構設計原理，模切機模切部分總體方案分析及確定，模切機模切部分結構設計內(nèi)容所包含的機械圖紙的繪制，模切部分的計算，結構設計結論與建議。 本論文研究內(nèi)容： (1) 模切機模切部分總體結構設計。 (2) 模切機模切部分工作性能分析。 (3)電動機的選擇。 (4) 模切機模切部分的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件。 (5)對設計零件進行設計計算分析和校核。 (6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。? ? 關鍵詞：模切機模切部分，結構設計 52 Abstract The whole structure was produced mainly by the motor power will need to transfer the power to the belt wheel, and then through the belt wheel transfer to the gear, the gear and the transition to another group of belt wheel, and then through the transition to the drum gear. Design of key parts and the scheme of die-cutting machine were introduced in detail, the main contents include the system overall plan design, the choice of motor, actuator design, transmission parts of the design, the flywheel design, shaft design and checking and bearing selection, the design of the frame. This paper mainly introduces the development status of the die-cutting, die-cutting die-cutting machine part structure design principle, analysis of overall scheme and determine the die-cutting die-cutting machine, drawing mechanical drawing die cutting machine part structure design content includes the calculation, cutting part, conclusion and suggestion of structure design. The research of this thesis: (1) part of the overall structure design of die cutting machine. (2) performance analysis of die cutting machine part. (3) the choice of motor. (4) transmission system, execution parts die-cutting die-cutting machine parts. (5) the design of components for the design calculation and check. (6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design. Keywords: die cutting machine parts, structure design 目 錄 摘要 II Abstract III 1 緒論 1 1.1 模切機研究意義 1 1.2 模切機研究動態(tài) 1 1.3 模切機種類 2 1.4 模切機發(fā)展趨勢 3 2 模切機模切部分裝置總體方案設計 6 2.1模切機的設計要求 6 2.2模切機的工藝動作要求 6 2.3模切機構方案分析比較 7 2.4 確定電機所需功率 11 3 六桿模切機構設計 13 3.1 肘桿機構的尺寸參數(shù)確定 13 3.1.1運動特性分析 14 3.1.2力學特性分析 15 3.1.3肘桿機構自鎖及正常運動條件 16 3.1.4肘桿機構的速度分析 17 3.1.5肘桿機構的尺寸參數(shù)確定 20 3.2 肘桿機構的強度校核 22 3.3 鉸軸的剪切強度校核 23 3.4 軸承的校核 42 4 鍵的選擇與校核 47 4.1 鏈輪1上鍵的選擇與校核 47 4.2 鏈輪2上鍵的選擇與校核 48 結 論 50 參考文獻 51 致 謝 52 1 緒論 1.1 模切機研究意義 隨著社會的不斷進步，技術的不斷提升，該行業(yè)的生產(chǎn)制造廠家不斷增加，這就使得生產(chǎn)者面臨巨大的挑戰(zhàn)。要想贏利，要想擊敗競爭對手就必須有更加優(yōu)勢的技術保障來制生產(chǎn)出創(chuàng)新性產(chǎn)品。這種新型產(chǎn)品不僅在節(jié)約成本，效率高，生產(chǎn)穩(wěn)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。尤其是達到現(xiàn)在“十二五”規(guī)劃所倡導的“節(jié)能減排和綠色環(huán)保”。 雖然模切機的技術已經(jīng)不斷成熟，但是要在這個基礎上提高還是有可能的，結合企業(yè)的需要，可以將幾個工藝動作合成。這樣就更能夠生產(chǎn)更加緊湊。目前．我國全自動平壓平模切機的技術水平已經(jīng)有大幅度的提高，主要表現(xiàn)在：先進企業(yè)設備的模切速度指標已經(jīng)達N8000張/小時．模切精度已經(jīng)達到±0．1～O.2m?m，多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的全自動平壓平模切機普遍帶有清廢裝置，還有的企業(yè)能夠制造全息燙金模切兩用的模切機，也有一些企業(yè)能夠制造模切瓦楞紙的全自動平壓平模切機和半自動平壓平模切機。這些設備的基礎件大都采用鋼結構墻板，加工中心加工．精度和剛性得到充分保證。這都體現(xiàn)出不論規(guī)模是大是小的企業(yè)都提出了對新型平壓模切機的需求。 1.2 模切機研究動態(tài) 國外模切機的發(fā)展比較成熟，其主要有以下特點： 一是自動平壓模切機正向著控制智能化、機械操作簡化的方向發(fā)展。 模切的幅面大； 二是自動模切正向著功能全面化方向發(fā)展，許多模切機構帶有清廢功能，大大提高了工作效率； 三是機械本身有著高的精度和速度，在德魯巴展覽會上，瑞士的BOBST公司生產(chǎn)的SPRINTEPA106－PER自動模切壓痕機（帶全清廢單元）達到了12000張/小時的速度，其模切精度通常可以控制在0.1mm左右。 在眾多印后設備品種中,我國模切機產(chǎn)品的技術和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)達到較高的水平,其主要標志表現(xiàn)在以下幾個方面: 一是模切機的進口額下降,出口額在不斷提高； 二是模切機的品種基本滿足國內(nèi)印刷包裝業(yè)的生產(chǎn)需求。國內(nèi)已經(jīng)可以制造包括全、自動平壓平模切機在內(nèi)的商標模切機,不干膠商標模切機,圓壓圓模切機,圓壓平模切機, 平壓模切壓痕機(老虎嘴模切機)等產(chǎn)品,近年來,已經(jīng)可以制造聯(lián)動線上的模切單元； 三是制造全自動和半自動模切機的企業(yè)已經(jīng)超過20家。其中主要廠家有上海亞華、北人集團、唐山玉印、天津長榮、北京勝利偉業(yè)、湖北京山、河南新鄉(xiāng)、上海耀科、上海鼎龍、上海旭恒、青島美光等企業(yè)。商標模切機有多家企業(yè)在生產(chǎn)，其中主要廠家有咸陽和豐、北京馬昌營等企業(yè)。生產(chǎn)平壓模切壓痕機（老虎嘴模切機）的企業(yè)更是數(shù)不勝數(shù)。 半自動平壓平模切機是印刷包裝品印后加工的重點設備，不但是一種高效、安全、高質(zhì)量的模制成型設備，同時，又是一種高效、安全、高質(zhì)量的模制成型設備，?同時．又是平壓模切壓痕機(老虎嘴模切機)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，受到包裝印刷企業(yè)的青睞。這種設備的廣泛應用和廣闊的市場前景，已經(jīng)吸引不少企業(yè)進入全自動平壓平模切機的制造行列．使我國全自動平壓平模切機已經(jīng)形成完整的產(chǎn)品品種系列，在技術上也達到較高的水平。 1.3 模切機種類 1、圓壓圓模切機 ASAHI 全自動平壓模切機 CartonMaster 一個滾筒相當于壓印滾筒，模切時施加壓力；另外一個是滾筒刀模。滾筒刀模有木質(zhì)和金屬兩大類，前者主要模切很厚的瓦 楞紙板，后者有采用化學腐蝕或電子雕刻方法加工的金屬滾筒刀模，主要用于不干膠標簽及商標的模切，還有一種金屬滾筒刀模主要用于中高檔長線產(chǎn)品，采用壓切 式或剪切式形式。 2、圓壓平模切機 圓壓平模切機在市場上的應用很少，國內(nèi)沒有專業(yè)生產(chǎn)廠家，這里不贅述。 3、平壓平模切機 平壓平模切機是目前應用最廣泛的最普遍的類型，也是國內(nèi)外生產(chǎn)廠家最多的機型。國內(nèi)的有上海亞華、唐山玉印、信川機 械、北人集團公司、河南新機集團、北京勝利偉業(yè)印刷機械有限公司等生產(chǎn)廠家；國外有瑞士BOBST、德國IMG、日本ASAHI、美國標準紙盒機械公司、 西班牙IBERICA、韓國YoungShin機械有限公司、日本IIJIMA以及等生產(chǎn)廠家。平壓平模切機可以用于各種類型的模切，既能人工續(xù)紙半自動 模切，也能全自動高速聯(lián)動模切；既能模切瓦楞紙板、卡紙、不干膠，又能模切橡膠、海綿、金屬板材等。 立式平壓平模切機，俗稱老虎嘴，一說其工作時類似嘴的咬合動作，一說其工作起來不安全容易傷人，因而得名。不管怎 樣，形象地說明了立式平壓平模切機的工作特點。立式平壓平模切機在結構上主要分為機身和壓架兩大部分，模切版臺裝在機身上。按照其動作方式有兩種類型：單 擺式和雙擺式。所謂單擺式是指模切時，壓架擺動，機身不動（即版臺不動），版臺與壓架下部先接觸，上部后接觸，模切結束時上部先離開，下部后離開，這樣受 力時間不同，且受力不均，因此使用越來越少，慢慢淘汰了。雙擺式是指模切時，機身和壓架都有動作，接觸之前壓架平版和版臺是平行的，之間的接觸形式是平行 移動，因此壓力大而均勻。生產(chǎn)的立式平壓平模切機大部分屬于此種類型。立式平壓平模切機根據(jù)自動化程度又可以分為半自動和全自動兩種類型。目前國內(nèi)生產(chǎn)的 立式平壓平模切機（老虎嘴）主要是半自動的，模切是機器完成的，模切和收紙是靠人工完成。由于生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率與操作者的熟練程度有關，且容易出安全事 故，所以美國等發(fā)達國家已經(jīng)明令禁止使用這種設備了。 4適用范圍 1、膠貼制品:對各種電子：電器特殊膠墊、硅膠貼、魔術貼、導電膠、強力雙面膠、3M、索尼特殊膠貼、背光屏等電子業(yè)、IT業(yè)薄膜開關、汽車制造業(yè)中所使用膠貼產(chǎn)品。 2、防塵材料：化妝棉、相機棉、高密海綿、過濾棉、防塵網(wǎng)、無紡布。 3、防震產(chǎn)品：回力膠墊、橡膠、透明腳墊、PORON墊、3M、阻燃EVA、高發(fā)泡。 4、絕緣材料：防火快巴紙、鋁箔、銅箔、PVC、PET、牛皮紙、海綿護套、珍珠護套。 5、EMI屏蔽材料:銅箔,鋁箔,導電布,吸波材 6、耐熱隔熱材料：矽膠片、透明云母片、纖維布、隔熱棉（布）。 7、紙質(zhì)包裝材料：瓦楞紙，包裝紙和紙板 1.4 模切機發(fā)展趨勢 全自動平壓平模切機水平分析 全自動平壓平模切機是印刷包裝品印后加工的重點設備，不但是一種高效、安全、高質(zhì)量的模制成型設備，同時，同時．又 是平壓模切壓痕機(老虎嘴模切機)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，受到包裝印刷企業(yè)的青睞。這種設備的廣泛應用和廣闊的市場前景，已經(jīng)吸引不少企業(yè)進入全自動平壓平模切 機的制造行列．使我國全自動平壓平模切機已經(jīng)形成完整的產(chǎn)品品種系列，在技術上也達到較高的水平。 全自動平壓平模切機的工作原理是輸紙機通過送紙部件將紙張送入前規(guī)和側規(guī)定位，再由牙排將紙張送到模切機構進行二次 定位進行模切，模切后再由牙排送達清廢機構，清廢后再進入收紙部，從而完成模切作業(yè)。我國全自動平壓平模切機的技術水平已經(jīng)有大幅度的提高，主要表現(xiàn)在： 先進企業(yè)設備的模切速度指標已經(jīng)達N8000張/小時．模切精度已經(jīng)達到±0．1～0.2mm，多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的全自動平壓平模切機普遍帶有清廢裝置，還有 的企業(yè)能夠制造全息燙金模切兩用的模切機，也有一些企業(yè)能夠制造模切瓦楞紙的全自動平壓平模切機和半自動平壓平模切機。這些設備的基礎件大都采用鋼結構墻 板，加工中心加工．精度和剛性得到充分保證。全自動平壓平模切機的技術難點如：凸輪間歇機構、鏈條導軌、叼紙牙排都有我國的自主專利技術和知識產(chǎn)權。設備 上廣泛應用觸摸屏技術、變頻調(diào)速技術和可編程序控制器技術，設備的穩(wěn)定性、可靠性有很大提高。模制成型設備出口逐年增加，2004年進口大幅下降的事實已 經(jīng)證明國產(chǎn)全自動平壓平模切機的技術水平在提高用戶的認可度在增強。 為了確保這種類型模切機產(chǎn)品質(zhì)量，全國印刷機械標準化技術委員會在上個世紀末已經(jīng)制定相關的技術標準，其中有JB/T8161998平壓模切機和JB/T9151999平壓平燙金機兩個標準，用于指導企業(yè)生產(chǎn)和國家對質(zhì)量的監(jiān)督抽查。 自動化、智能化、多功能化方向發(fā)展 中國首臺圓壓圓模切機 模切機的多個可編程控制器之間的數(shù)據(jù)通訊；LCD智能操作顯示屏，人-機對話；利用光導纖維傳感器檢測光標，精確定位；數(shù)字伺服；全息鋁箔表 面張力控制；燙印全息機械精密制造技術等都將不斷運用。除了模切之外，還要求能夠燙金和自動清廢。以坤輪機械公司的數(shù)控模切機為例，從模切、模切/燙金， 到上、下貼合/排廢，最后收紙/切張全部自動完成，用戶不要求絕對的高速度，但是要求穩(wěn)定可靠。模切機作為印后包裝印刷品加工的主要設備，已經(jīng)在我國形成 不同的檔次、針對多種印刷包裝產(chǎn)品門類齊全、品種豐富的設備家族，基本上滿足了國內(nèi)對設備的需求。模切機的發(fā)展趨勢有以下特點： 1．圓壓圓連線模切將是大批量印刷包裝產(chǎn)品的最好模切方式。已經(jīng)用于柔性版印刷生產(chǎn)線、表格印刷機、瓦楞紙印刷開槽模切機、輪轉式不干膠商標印刷機、凹版印刷模切生產(chǎn)線等連線印刷包裝設備。隨著印刷科技的發(fā)展，尤其是圓模切滾筒的加工工藝水平的提高，圓模切的應用范圍將更加廣泛，模切的生產(chǎn)效率將進一步提高。 2．隨著印刷包裝業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)的規(guī)模不斷擴大。全自動平壓平模切機的應用市場將不斷擴大。相比之下，半自動平壓模切壓痕機的銷售市場將進一步下降，除生產(chǎn)力低下、操作者勞動強度大等理由之外，安全性差，容易發(fā)生工傷事故的弊端，是其走下坡路的主要理由。但是，由于我國印刷包裝業(yè)規(guī)模水平差距很大，這種設備還會有一定的市場，仍然會發(fā)揮作用。 3．傳統(tǒng)的不干膠商標印刷機制造企業(yè)。生產(chǎn)進入艱難時期，產(chǎn)銷量逐年下降。究其原因，主要是高科技產(chǎn)品一一高效的輪轉衛(wèi)星式商標印刷機和柔性版印刷機的產(chǎn)銷量增加，印刷和連機圓壓圓模切生產(chǎn)效率遠遠高于間歇印刷、間歇平壓模切的落后生產(chǎn)設備。 4．我國已經(jīng)進口多臺全張紙的大幅面單張紙印刷機，以高寶等為代表的利必達1620型機的最大進紙尺寸為1200mmX1620mm，印刷速度達到120D0張/小時，并附帶上光和遠紅外線烘干裝置，又開發(fā)出最大進紙尺寸為1300mmX1850mm超全張單張紙印刷機。我國也有三家印刷機械企業(yè)開始生產(chǎn)全張單張紙印刷機，最大進紙尺寸分別達到：1020mmX1420mm和1020mmX1440mm，最高印刷速度達到5000～7000張/小時。全張紙的推出和市場的擴大，對包裝印刷品的模切加工設備也會產(chǎn)生需求。適應全張規(guī)格尺寸的數(shù)控模切機我國已大量生產(chǎn)，其中以坤輪機械生產(chǎn)的模切機為例，該機的模切速度達12000張/小時，居世界先進水平。 我國模切機技術現(xiàn)狀 在眾多印后設備品種中，我國模切機產(chǎn)品的技術和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)達到較高的水平，其主要標志表現(xiàn)在以下幾個方面： 一是模切機的進口額下降，出口額在不斷提高。據(jù)海關統(tǒng)計：2002年進口模制成型設備461臺，2529.1萬美 元；2003年進口455臺，2602.8萬美元；2004年1～3季度僅進口213臺，1715.1萬美元；預計全年進口趨勢在下降。2002年出口 765臺，1086.1萬美元；2003年出口1066臺，1389.3萬美元；2004年1～3季度出口958臺，1559.1萬美元，預計全年出口將 超過去年。 二是模切機的品種基本滿足國內(nèi)印刷包裝業(yè)的生產(chǎn)需求。國內(nèi)已經(jīng)可以制造包括全自動平壓平模切機在內(nèi)的商標模切機、不 干膠商標模切機、圓壓圓模切機、圓壓平模切機、平壓模切壓痕機（老虎嘴模切機）等產(chǎn)品，已經(jīng)可以制造聯(lián)動線上的模切單元，如：柔性版印刷機、凹版印刷機、 不干膠印刷機、瓦楞紙印刷開槽機等設備的模切單元。 三是制造全自動和半自動模切機的企業(yè)已經(jīng)超過20家。其中主要廠家有上海亞華、北人集團、唐山玉印、天津長榮、北京 勝利偉業(yè)、湖北京山、河南新鄉(xiāng)、上海耀科、上海鼎龍、上海旭恒、青島美光等企業(yè)。商標模切機有多家企業(yè)在生產(chǎn)，其中主要廠家有咸陽和豐、北京馬昌營等企 業(yè)。生產(chǎn)平壓模切壓痕機（老虎嘴模切機）的企業(yè)更是數(shù)不勝數(shù)。 2 模切機模切部分裝置總體方案設計 2.1模切機的設計要求 最大輸紙尺寸（mm）：720*520 最大模切尺寸（mm）：710*510 最小輸紙尺寸（mm）:340*290 最高模切速度（s/h）：6000 最大工作壓力（t）：150 可加工紙厚度（mm）：瓦楞紙≤5；紙板0.1-1.5 2.2模切機的工藝動作要求 新型平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備。該機可對各種規(guī)格的白紙板、厚度在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(jīng)過壓痕、切線的紙板，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。這種設備具有結構合理、質(zhì)量可靠、成型性好、經(jīng)久耐用、維修方便等特點。為了實現(xiàn)壓痕、切線、壓凹凸等動作，新型平壓模切機必須具備以下幾個工藝動作： 1） 夾緊機構將紙版夾緊； 2） 將紙板走紙到位； 3） 進行沖壓模切； 4） 夾緊機構松開，完成模切。 其具體工藝動作順序如下： 圖2-3 新型平壓模切機的工藝動作順序 機器的工藝動作可以看出，可以把整個機構運動的運動分成兩個部分，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(xiàn)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，要求裝有模板的滑塊做直線往復運動，其特點是行程短，受載大。 壓制紙板的工藝過程分為“走紙”和“模切”兩部份，如圖2—1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為走紙橫塊(共五個)，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行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，將紙板送到具有上模5(裝調(diào)以后是固定不動的)和下模6的位置，鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構件——滑決6和下模為一體向上移動，實現(xiàn)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，當夾有紙板的橫塊走到某一位置時，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，后一個橫塊進入第二個工作循環(huán)，將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。 為了實現(xiàn)壓痕、切線、壓凹凸等動作，新型平壓模切機必須具備以下幾個工藝動作： 5） 夾緊機構將紙版夾緊； 6） 將紙板走紙到位； 7） 進行沖壓模切； 8） 夾緊機構松開，完成模切。 2.3模切機構方案分析比較 設計實現(xiàn)下模往復移動的機構時，要同時考慮機構應滿足運動條件和動力條件。例如實現(xiàn)往復直線移動的機構，有凸輪機構、連桿機構、螺旋機構等。由于壓制紙板時受力較大，宜采用承載能力高的平面連桿機構，而連桿機構中常用的有四桿機構和六桿機構，再從機構應具有急回特性的要求出發(fā)，在定性分析的基礎上，選取節(jié)省動力的機構。當受力不大而運動規(guī)律又比較復雜時，可采用凸輪機構。例如本題中推動夾緊裝置使夾緊片張開的控制機構，由于夾緊片張開后要停留片刻，讓紙板送入后才能夾緊，因而推桿移動到最高位置時，有較長時間停歇的運動要求，故采用凸輪機構在設計上易于實現(xiàn)此要求，且結構簡單。 根據(jù)控制夾緊裝置張開，夾緊送料，加壓模切這三個執(zhí)行構件動作要求和機構特點可以選擇表2—1的常用機構，這一表格就是執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣。 表2-1 執(zhí)行機構的形態(tài)學矩陣 控制夾緊裝 置張開機構 凸輪推桿機構 圓弧槽導桿機構 螺旋機構 夾緊送料機構 紙板的輸送機構 雙列鏈輪傳動 皮鏈輪傳動 紙板的停歇機構 凸輪機構 特殊齒輪組 棘輪機構 紙板的固定 剛性彈簧夾 普通夾子 加壓模切機構 曲柄滑塊機構、曲柄搖桿機構(或?qū)U機構)與搖桿滑塊機構串聯(lián)組成的不同六桿機構見圖2—6、圖2—7及圖2—8。 凸輪推桿機構 對于加壓模切部分不同組合的六桿機構要求具有急回或增力特性，所以設計出一下三種組合，見圖2—6圖2—7及圖2—8。 圖2-6 六桿機構組合之一（偏心輪式肘節(jié)機構） 圖2-7 六桿機構組合之二 圖2-8 六桿機構組合之三 根據(jù)上表所示的各種具有可能性的機構進行組合，可以得出各種不同的方案。各個方案的可行性效果各不相同，各自有自己的優(yōu)點和不足。例如控制夾緊裝置張開中凸輪機構具有運動精確，可靠性高等特點，但是制造困難。下面將進行運動方案的選擇和評定。 其他非執(zhí)行機構的選型見擬定的下表： 表2—2 非執(zhí)行機構的選型 動力傳遞機構 聯(lián)軸器 V形帶傳動 鏈傳動 變速轉向機構 圓柱齒輪傳動機構 單級蝸桿傳動機構 錐--圓柱齒輪傳動機構 III、可行的方案選定 綜上所述可以選定三個結構比較簡單而又更加可行的方案進行比較。 方案（I）：控制夾緊裝置張開機構為凸輪推桿機構----夾緊送料機構----加壓模切機構為圖2—6六桿機構組合之一（偏心輪式肘節(jié)機構）----V形帶傳動----圓柱齒輪傳動機構； 方案（II）：控制夾緊裝置張開機構為螺旋機構----夾緊送料機構----加壓模切機構為凸輪推桿機構----聯(lián)軸器----錐--圓柱齒輪傳動機構； 方案（III）：控制夾緊裝置張開機構為凸輪推桿機構----夾緊送料機構----加壓模切機構為凸輪推桿機構----聯(lián)軸器----單級蝸桿傳動機構。 下面針對以上的三種方案用模糊綜合評價方法來進行評估選優(yōu)，再從中選取一種更為合適的方案。 對于方案(I):（1）在機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量方面：由于V形帶傳動和齒輪的組合傳動，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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)與沖壓模切的協(xié)調(diào)配合。 （2）在機械的運動分析方面：在同一傳動機構的帶動下，特殊齒輪和雙列鏈輪機構共同完成走紙的準確定位，運動精度高，并且能和沖壓模切運動很好的配合完成要求動作工藝。 （3）在機械動力分析方面：平面六桿曲柄滑塊機構有良好的力學性能，在飛輪的調(diào)節(jié)下，能大大的降低因短時間承受很大生產(chǎn)阻力而帶來的沖擊震動；整個機構（特別是六桿機構和特殊齒輪組）具有很好的耐磨性能，可以長時間安全、穩(wěn)定的工作。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(xiàn)增力效果。 （4）在機械結構合理性方面：該機構各構件結構簡單緊湊，尺寸設計簡單，機構重量適中。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(diào)節(jié)運動規(guī)律，適用性強。 （5）在機械經(jīng)濟性方面：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(jīng)濟成本低，雖然特殊齒輪組設計加工難度較大，成本偏高，但與其他等效備選機構相比，其能更好的實現(xiàn)工作要求，以帶來更大的經(jīng)濟效益。方案I的示意圖見圖2—6 圖 方案I的示意圖 對于方案(II)：(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量：相較于方案A的V形帶，聯(lián)軸器的傳遞效率雖然高，但是減速效果差；采用直動推桿凸輪機構難承受很大的生產(chǎn)阻力，不能很好的完成沖壓模切功能；運用凸輪機構帶動走紙機構間歇運動，由于長時間工作而磨損變形，會造成走紙機構無法準確定位。雖然能實現(xiàn)總體功能要求，但實現(xiàn)的質(zhì)量較差。 (2)機械運動分析：凸輪的長期間歇運動導致微小誤差積累，從而引起走紙定位的準確性下降，最終引起各執(zhí)行機構間的配合運動失調(diào)。 (3)機械動力分析：直動推桿凸輪機構難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學要求；該方案中的凸輪機構（包括機構中的兩個凸輪機構）耐磨性差。 (4)機械結構合理性：該機構結構簡單緊湊，但由于凸輪機構的使用，造成整體機構的尺寸很重量都較大。 (5)機械經(jīng)濟性：由于凸輪機構和錐圓柱齒輪的設計、加工制造較難，用料較大，維修不易，故而生產(chǎn)和維修經(jīng)濟成本均較高。 對于方案III：（1）機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量：相對于方案B，皮帶傳送很難實現(xiàn)走紙的準確定位；普通夾子不便于紙板的自動化夾緊和松開，需要相應輔助手段較多；采用蝸桿減速器，結構緊湊，環(huán)境適應好，但傳動效率低，不適宜于連續(xù)長期工作。總體上機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量很差。 （2）機械運動分析：皮帶傳送易磨損、打滑，走紙運動的精度低，又因很難實現(xiàn)準確定位與沖壓模切的協(xié)調(diào)性差。 （3）機械動力分析：直動推桿凸輪機構難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學要求；該方案中的凸輪機構（包括機構中的兩個凸輪機構）和平帶耐磨性差。 （4）機械機構合理性：該機構結構簡單緊湊，但由于凸輪機構的使用，造成整體機構的尺寸很重量都較大。 （5）機械機構經(jīng)濟性：由于普通夾子的使用，降低了生產(chǎn)成本，但由于其易磨損，維修成本大，又由于凸輪機構和蝸桿機構的存在，經(jīng)濟成本還是很大。 綜上所述，從機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量、機械運動分析、機械動力分析、機械結構合理性、機械經(jīng)濟性等各方面綜合考慮，同時結合平壓模切機的現(xiàn)有技術水平和制造水平，在對于傳統(tǒng)的平壓模切機進行創(chuàng)新的基礎上，選擇方案I作為此次新型平壓模切機的設計方案。 2.4 確定電機所需功率 根據(jù)課題要求，最小輸紙尺寸（mm）:340*290 最高模切速度（s/h）：6000 最大工作壓力（t）：150 可加工紙厚度（mm）：瓦楞紙≤5；紙板0.1-1.5 根據(jù)最大工作壓力（t）：150 ，最高模切速度（s/h）：6000 預估參考這個http://www.zhongtaiste.com/moqieji.htm功率取7.5KW 查《機械設計課程設計手冊》得： 選擇，其銘牌如下表1-1： 表2-2 Y系列三相異步電動機 電動機型號 額定功率 KW 滿載轉速 r/min 堵轉轉矩/額定轉矩 最大轉矩/額定轉矩 質(zhì)量 Kg 　Y132M-4 　 7.5 同步轉速1500 r/min,4級 1440 2.2 2.2 　81 （a） （b） 圖2.1 電動機的安裝及外形尺寸示意圖 表2.2 電動機的安裝技術參數(shù) 中心高/mm 外型尺寸/mm L×（AC/2+AD）×HD 底腳安裝 尺寸A×B 地腳螺栓 孔直徑K 軸伸尺 寸D×E 裝鍵部位 尺寸F×GD 132 515× 345× 315 216 ×178 12 38× 80 10 ×43 3 六桿模切機構設計 3.1 肘桿機構的尺寸參數(shù)確定 根據(jù)雙曲肘外翻式的傳統(tǒng)結構，繪制出運動簡圖如下圖2-5： 圖2-5肘桿機構運動簡圖 L1—后連桿長度； L2——前連桿長度； L4—小連桿長度； L5—后連桿上的支桿長度 E—偏心度，即十字頭上的滑動點C與支點A的水平線垂直距離； —后連桿轉角，也稱合開模轉角； —前連桿轉角； —后連桿上主桿與支桿的夾角，即L1與L5的夾角； —斜排角，即L1與L2共線時,L1與過A點的水平線的夾角； —小連桿與過C點的水平線的夾角； —鎖模狀態(tài)下，小連桿與過C點的水平線的夾角； —開模到最大行程的狀態(tài)下，小連桿與過C點的水平線的夾角； —開模到最大行程的狀態(tài)下的開模轉角； S1—合模油缸活塞的行程； S2—動模板的移動行程； 以A為原點，建立如圖所示的XOY坐標系。 3.1.1運動特性分析 （1）合模行程——動模板的移動行程 當合模轉角轉到任意角度時，B點所處的位置點為 （4-1） 從上式得出 （4 -2） 從而得到 其中，稱為桿長比，代入四.<1>式得 下面分析合模轉角轉到極限位置時，的值 ① 當時，，即L1與L2共線時，肘桿合模機構處于鎖模狀態(tài)，有最大值 ② 當時，即L1處于坐標系XOY的第四象限，理論值是在L5與L4共線 狀態(tài)下，但是這是不可能達到的，現(xiàn)是在合模轉角轉到一定位置時的值，即達到 鎖模行程380mm的設計要求的值，此時有最小值 所以動模板的行程 （2）合模油缸活塞的行程 由圖-7所知，當十字頭滑塊從初始位置（開模起始點），變化到終點位置（開模終點）時，可得到合模油缸活塞的行程 偏心度 （4-3） 3.1.2力學特性分析 圖-8 力的特性分析 ——小連桿（二力桿）上的C點受到得桿向力； ——支點A到小連桿的距離； ——前連桿（二力桿）上的F點受到得桿向力； ——支點A到前連桿的距離。 （1）力的放大倍數(shù)M，即動模板的合模力與合模液壓缸的推力的比值 其中 ——合模油缸的推力 ——動模板的合模力（鎖模力） 若不計機構在運動中的摩擦力、自重、慣性力等因素的影響，可根據(jù)以圖2-6的力學分析和靜力平衡關系求得M （因為兩者的轉矩相等） 其中、的關系式可以通過幾何分析得到 由式4.<2>得 由式4.<3>得 從而得到力的放大倍數(shù)M （4-4） 3.1.3肘桿機構自鎖及正常運動條件 根據(jù)式得到合模油缸的推力 （4-5） 根據(jù)式4.<5>及摩擦圓理論（轉動副的自鎖條件為驅(qū)動力位于摩擦圓之內(nèi)）可確定肘桿機構自鎖條件： (假設值) 即肘桿機構正常運動條件： 從而得到最大合模角 3.1.4肘桿機構的速度分析 如圖2-7 （1）肘桿機構的速度傳動比 圖2-7 肘桿機構速度分析 根據(jù)圖-9的幾何關系得 (由得到) 所以動模板的移動速度與合模油缸活塞的移動速度之比 化解整理得到 3.1<1> 比較分析式3.1<1>與式2.1<1>，這結果與通過力的特性分析的得到的結果是一致的。 下面在對式3.1<1>進行分析，分子分母同乘以，則的表達式可以表達為的形式： 其中前一部分表達式 為與之比，即 后一部分表達式 為與之比，即 所以總的速度傳動比可以表示為兩個分速度傳動比之積，即 其中 ——驅(qū)動速度，即合模油缸活塞的移動速度； ——后連桿上的D點以半徑L5繞支點A的絕對速度； ——的水平分量； ——后連桿上的F點以半徑L1繞支點A的絕對速度； ——合模速度，即動模板的移動速度； ——前連桿上的B點以半徑L2相對于F點的相對轉動速度。 （2）速度傳動比的特性分析 從上面的表達式分析可得出以下結論： a. 總的速度傳動比i主要由后連桿的長度L1與其支桿長度L5所決定的，要提高移模速度，應盡可能加大L1的及減小L5。 b. 在合模轉角很小的范圍內(nèi)，總的速度傳動比i是由式3.1<1>中的所決定的。cos函數(shù)在從80°趨向于90°的范圍內(nèi)，曲線的斜率很大，函數(shù)值下降率很快，例如，從80°變化到85°，cos的函數(shù)值增長了近2倍。所以在合模角很小的范圍 內(nèi)， 總的速度傳動比式3.1<1>中的所決定的。因為相對于和很大，當合模轉角趨近于0時，，，，，此時有 即此時總的速度傳動比已經(jīng)沒有，這非常符合合模終點，模具剛好被鎖緊時防止速度過快模具被沖擊的條件。當然上述分析是理想狀態(tài)下，實際效果是，當主肘桿在伸展位置時，分速度傳比中的分子表達式趨向于0，分速度傳比在這種情況下趨向于一個很小的值，但是一個有限的值，總的速度傳動比i在這種情況下同理趨向于一個很小的值。 c. 在合模轉角很大時，總的速度傳動i比是由式3.1<1>分母中的所決定的。開模趨向于終點時，即（）趨向于1800，趨向于零，總的速度比趨向于無窮大。但這只有當后連支桿L5和小連桿L4共線的情況下，即開模行程結束時位伸展狀態(tài)時才會出現(xiàn)。一般在設計的肘桿系統(tǒng)中，不會有這種情況出現(xiàn)。根據(jù)前面肘桿機構自鎖及正常運動條件，即（）要小于155°。 （3）影響速度傳動比的主要參數(shù) a. 夾角的變化對速度傳動比的影響 是影響分速度傳動比的主要因素，既影響速度傳動比的最大值和最小值，也影響合模轉角的極限值的位置。速度傳動比的最大值隨著的增大而減小，并移向較大的開模轉角；而相反，最小值的提高并在較小的開模轉角時達到。通過改變角，改變分速度傳動比來達到調(diào)節(jié)總的速度傳動比，使其不超過所要求的極限值。一般選取。 b. E在角為定值情況下的變化對速度傳動比的影響 若，則合模時，在L5和L4間的伸展位置的分速度傳動比在合模開始時遞減，當傳動半徑L5達到回轉角（）=90°時，小連桿L4在這點上改變了轉向，也涉及到C點，并作純移動運動。就是說，絕對驅(qū)動速度與繞A點的D點轉動速度的水平分量是一致的。然后，分速度傳動比繼續(xù)降低，直至趨近于極限，即設計要求的一個很小的值。 若，則合模時，小連桿L4就繞C點的軌跡回轉，就是說，小連桿L4的回轉角在負范圍內(nèi)運動，當L4在C點的軌跡上回轉時，分速度傳動比在到達轉折點前經(jīng)過一個最小值。在（）＞90°范圍內(nèi)，總的速度傳動比小于1；總的速度傳動比最大值在（）＜90°范圍內(nèi)，且分速度傳動比大于1時出現(xiàn)。總的速度傳動比在（）＞90°范圍內(nèi)，在分速度傳動比以下獲得其最小值；而在（）＜90°范圍內(nèi)，在分速度傳動比以上獲得其最大值。 3.1.5肘桿機構的尺寸參數(shù)確定 （1）尺寸約束條件 根據(jù)目前市場上的肘桿機構尺寸和廣泛采用的設計經(jīng)驗即有關可得出相關桿長尺寸和角度。有關角度取值范圍：后連桿L1和支連桿L4之間的夾角；斜排角；；；當支連桿L4在回轉角時，支連桿L4的回轉角不能超過，以防止干涉。有關長度取值范圍：動模板的移動行程與合模油缸活塞的行程之比為1.3～1.4；；；；力的放大倍數(shù)M約為16~22倍。 參考同類型的初步假設 （2）尺寸計算確定 根據(jù)產(chǎn)品定位和設計要求，已知數(shù)據(jù)為：鎖模力，動模板的移動行程，預計實現(xiàn)力的放大倍數(shù)M為20倍 ；確定下斜排角，，。 動模板的移動行程 代入數(shù)值得： 解得： 偏心度 合模油缸活塞的行程 代入數(shù)值得： 解得： 所以得到動模板的移動行程與合模油缸活塞的行程之比： 力的放大倍數(shù)M為： 代入數(shù)值得： 圓整可得到，即達到設計要求，從而得到合模油缸所需提供的力為 根據(jù)以上計算得出肘桿尺寸圖，如圖2-8所示 圖2-8 尺寸圖 3.2 肘桿機構的強度校核 后連桿的靜強度校核 當在鎖模狀態(tài)下時，肘桿所受的力最大，所以只校核肘桿在此狀態(tài)下的強度。后連桿的橫截面積 材料為45調(diào)質(zhì)（840°C淬火，600°C回火），查表得： ， 當后連桿與前連桿共線進入鎖模狀態(tài)時，在其二力桿方向受的力為 因為肘桿機構為完全上下對稱結構，則后連桿受到的正應力 而許用應力 式中為材料安全系數(shù)，取值為1.5。顯然，即校核通過。 3.3 鉸軸的剪切強度校核 由于鉸軸設計時尺寸受限，工作條件較惡劣，制造與安裝精度、潤滑條件等對其壽命影響較大，所以它是肘桿合模機構中最容易損壞的部件。當承受較大載荷時，常用的結構是采用多剪切面的鉸軸。多剪切面的鉸軸可使結構緊湊、接觸面上的負荷分布均勻，對摩擦面的工作條件也有較大改善。 根據(jù)所設計的鎖模機構特點，選擇鉸軸的材料為40Cr，直徑為60mm。鉸軸的強度主要決定于剪切應力，而彎曲應力因影響較小，在計算中給予適當?shù)男拚涂梢浴Ｒ虼?，鉸軸的強度可按純剪切考慮，設計為6個剪切面。 也是當后連桿與前連桿共線進入鎖模狀態(tài)時，剪切應力為 而許用應力 顯然，即校核通過。 鏈傳動設計 （c）選擇鏈輪的齒數(shù) 為使中的兩個鏈輪結構更加緊湊，考慮到鏈的傳動比較小，而傳動距離比較長，選擇小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)，、取奇數(shù)，鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，可使鏈條和鏈輪輪齒磨損均勻。 選擇90BYG5200B-SAKRML-0301型號的步進電機。 圖3.3 90BYG步進電機技術數(shù)據(jù) 圖3.4 90BYG5200B-SAKRML-0301型步進電機矩頻特性曲線 （d）選擇鏈條類型 根據(jù)手冊[15]進行鏈傳動的設計計算： kW （3.11） kW （3.12） mm ， （3.13） mm， （3.14） mm （3.15） mm （3.16） mm （3.17） mm （3.18） m/s （3.19） N （3.20） N （3.21） 式中： —工況系數(shù)； —主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)； —單排鏈系數(shù) ； —中心距計算系數(shù)； —設計功率（kW）； —特定條件下單排鏈條傳遞功率（kW）； —節(jié)距（mm）； —初定中心距（mm）； —鏈條節(jié)數(shù)； —鏈條長度（mm）； —計算中心距（mm）； —實際中心距（mm）； —鏈條速度（m/s）； —有效圓周力（N）； —作用在軸上的力（水平或傾斜傳動）（N）。 經(jīng)過上述計算，選擇鏈號10B，節(jié)距mm的鏈條。 （e）計算鏈輪主要尺寸 根據(jù)所選滾子鏈的型號規(guī)格確定一對鏈輪基本參數(shù)： ，，mm，mm，mm。 鏈輪主要尺寸： （3.22） （3.23） （3.24） （3.25） （3.26） 式中： —分度圓直徑； —齒頂圓直徑； —齒根圓直徑； —分度圓弦齒高； —齒側凸緣直徑。 將數(shù)據(jù)代入計算得：mm mm mm mm mm mm mm mm mm 3.4 軸承的校核 3.4.1 輸入軸上軸承壽命計算 查閱資料[14]表13-3得到軸承的預期壽命為 由圖3.5可知軸上安裝軸承處直徑為17mm，考慮其承受齒輪軸和聯(lián)軸器的重量，所以選擇圓錐滾子軸承30203，e=0.35，=1.7， 1， Cr=20.8kN、Cor=21.8kN。求出各力即可算出強度。 軸上所受的支反力： 657.2N 1031.5N （3.31） 193.3N， 303.2N （3.32） 式中： ——徑向支反力 ——軸向支反力 193.3N，303.2N 193.3N，303.2N ，查表13-5得： 0.4， ，查表13-5得： 1，0 查表13-6載荷系數(shù)=1.2，將以上代入式（3.33）、（3.34），軸承當量動載荷為 750.5N （3.33） 1237.8N （3.34） 由公式（13-15） （3.35） 式中： ——軸承所在軸的轉速 ——溫度系數(shù) ——額定動載荷 ——軸承所在軸的傳動功率 計算軸承壽命。 137.7r/min =25000N 10/3 查表13-7，溫度系數(shù)=1 代入式（3.35）得：h，滿足使用要求。 3.4.2 中間軸上軸承壽命計算 （1） 由圖3.7可知軸上安裝軸承處直徑為25mm，考慮其承受齒輪軸和聯(lián)軸器的重量，所以選擇圓錐滾子軸承3007105，e=0.37，=1.6， 0.9， Cr=32kN，Cor=37kN。求出各力即可算出強度。 軸上所受的支反力： 38.1N，464.2N 11.9N，145.1N， 考慮其軸上零件重量得到，50 N； 61.9N，145.1N； 61.9N，=145.1N ，查表13-5得0.4，1.6 ，查表13-5得1，0 查表13-6載荷系數(shù)=1.2，軸承當量動載荷為 137.1N 557N 計算軸承壽命。 45.9r/min C=28000N 10/3 查表13-7，溫度系數(shù)=1 代入得h，滿足使用要求。 3.4.3 輸出軸上軸承壽命計算 軸承受力如圖3.11所示，軸安裝出直徑為35mm，由于軸向要承受的重力，所以選擇圓錐滾子軸承2007907E，Cr=54.2kN，Cor=63.5kN，e=0.37，1.6，0.9，求出各力大小，即可算出強度。 圖3.11 軸Ⅲ軸承受力結構簡圖 圖中R有兩部分組成，第一部分為軸上所受的支反力： 1452N， 508.8N 第二部分為和工作時產(chǎn)生的偏心力，如圖3.12所示。 圖3.12 工作時質(zhì)量產(chǎn)生偏心力簡圖 重力分別為： 300N,200N 經(jīng)計算得： 2400N 3852N，2908.8N 1203.8N，909N， 1753.9N，909N 1753.9N，=909N ，查表13-5得0.4，1.6 ，查表13-5得1，0 查表13-6載荷系數(shù)=1.2，軸承當量動載荷為 5108.2N 2949.6N 由公式13-10a，因為，所以帶入進行校核 計算軸承壽命。 15.3r/min =73200N 10/3 查表13-7，溫度系數(shù)=1 代入得h，滿足使用要求。