2944 剪板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),板機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) I剪板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要該設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)剪板機(jī)，其沖剪力為 10 噸，滑塊的行程為 22mm，每分鐘剪切30 次。由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)和一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速。設(shè)計(jì)中采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)板料的剪切。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，用 Turbor C 編程，輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)功參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的仿真。關(guān)鍵詞：Turbor C 運(yùn)動(dòng)仿真 曲柄滑塊 剪板機(jī) IIABSTRACTThe design of symmetric transmission shears, shear-to 10 tons, the itinerary for the slider 22 mm per 30 minutes shear. Powered by the motor through a belt drive and a slowdown Gear. Design of the implementation agencies right mind crank slider, This will shears transmission rotation slider into the reciprocating linear motion, the realization of the right of sheet metal shear. Crank slider is simple in structure, easy processing, easy to maintain and repair, economic and practical advantages in machinery, equipment widely used. The design, right through the plane crank slider mathematical modeling, Turbor C programming, input slider crank agencies that such remarks parameters and the parameters of the whole movement of the simulation process. Key words: Turbor C Motion simulation Crank and slide block Cutting machine 1第 1 章 緒 論1.1 剪板機(jī)分類(lèi)剪 板 機(jī) 的 分 類(lèi) ： 機(jī) 械 剪 板 機(jī) 、 數(shù) 控 剪 板 機(jī) 、 液 壓 剪 板 機(jī) 、 數(shù) 控 擺 式 剪 板 機(jī) 、數(shù) 控 前 送 料 擺 式 剪 板 機(jī) 、 液 壓 擺 式 剪 板 機(jī) 、 超 厚 液 壓 擺 式 剪 板 機(jī) 、 液 壓 閘 式 剪 板機(jī) 、 深 喉 口 剪 板 機(jī) 、 腳 踏 剪 板 機(jī) 、 精 密 剪 板 機(jī) 。 “十 五 ”期 間 ， 液 壓 剪 板 機(jī) 在 結(jié)構(gòu) 與 配 置 方 面 跨 越 了 各 行 其 道 的 階 段 ， 逐 步 向 國(guó) 際 主 流 靠 攏 。 目 前 多 數(shù) 液 壓 剪 板機(jī) ， 機(jī) 架 采 用 整 體 焊 接 結(jié) 構(gòu) 、 經(jīng) 時(shí) 效 處 理 、 具 有 良 好 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 和 精 度 保 持 性 ；采 用 集 成 式 液 壓 系 統(tǒng) 伺 服 驅(qū) 動(dòng) ， 極 大 提 高 了 機(jī) 床 運(yùn) 行 的 可 靠 性 ； 根 據(jù) 被 剪 板 料 的材 質(zhì) 、 厚 度 和 剪 切 長(zhǎng) 度 ， 自 動(dòng) 完 成 剪 切 角 度 、 剪 切 行 程 、 刀 片 間 隙 和 后 擋 料 的 調(diào)整 ； 可 配 備 前 送 料 系 統(tǒng) 或 后 托 料 裝 置 ， 集 送 料 、 卸 料 于 一 體 ， 有 效 地 提 高 了 設(shè) 備自 動(dòng) 化 程 度 。在使用金屬板材較多的工業(yè)部門(mén)，都需要根據(jù)尺寸要求對(duì)板材進(jìn)行切斷加工，剪板機(jī)主要用于剪切金屬板材，是重要的金屬板材加工機(jī)床。其不僅用于機(jī)械制造業(yè)，還是金屬板材配送中心必不可少的裝備，應(yīng)用范圍特別廣泛。剪板機(jī)是借于運(yùn)動(dòng)的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對(duì)各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。常用來(lái)剪裁直線邊緣的板料毛坯，主要應(yīng)用于金屬加工行業(yè)。剪板機(jī)按結(jié)構(gòu)分為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類(lèi)；按傳動(dòng)方式分，有機(jī)械傳動(dòng)剪板機(jī)和液壓傳動(dòng)剪板機(jī)兩類(lèi)。剪板機(jī)目前主要有以下幾種：平刃剪板機(jī)：剪切質(zhì)量較好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機(jī)械傳動(dòng)的較多，該剪板機(jī)上下兩刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初扎方坯和板坯。斜刃剪板機(jī)：分閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)，剪切質(zhì)量較前者差，有扭曲變形，但力能消耗較前者小，適用于中大型剪板機(jī)。多用途剪板機(jī)：板料折彎剪板機(jī)，即在同一臺(tái)機(jī)器上可完成兩種工藝，假期下部進(jìn)行板料剪切，上部進(jìn)行折彎，也有的機(jī)器前部進(jìn)行剪切，后部進(jìn)行板料折彎。專(zhuān)用剪板機(jī)：氣動(dòng)剪板機(jī)大多用在剪切線上速度快，剪切次數(shù)高。數(shù)控剪板機(jī)：直接對(duì)后擋料器進(jìn)行位置編程，可進(jìn)行位置校正，具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多步自動(dòng)運(yùn)行，完成多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。剪板機(jī)是通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換 滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料進(jìn)行剪切加工的剪切機(jī)械，機(jī)械剪板機(jī)是金屬板料剪切的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，廣泛用于汽2車(chē)、造船、建材、五金機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)的薄板剪切下料使用，被剪切板料以抗拉強(qiáng)度48 公斤/毫米以?xún)?nèi)為基準(zhǔn)，如需剪切其他高強(qiáng)度板料時(shí)，應(yīng)相應(yīng)減少剪切板料厚度。為了提高本機(jī)的整體抗拉強(qiáng)度，采取鋼板焊接結(jié)構(gòu)，并具有結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)所以剪板機(jī)就成為各工業(yè)部門(mén)使用最為廣泛的板料剪斷設(shè)備。1.2 剪板機(jī)工作原理。剪板機(jī)是借于運(yùn)動(dòng)的刀片和固定的刀片，采用合理的刀片間隙，對(duì)各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離的設(shè)備。剪板機(jī)常用來(lái)剪裁直線邊緣的板料毛坯。剪切能保證被剪板料剪切表面的直線性和平行度要求，并減少板材扭曲，以獲得高質(zhì)量的工件。板金行業(yè)的下料剪切工具，廣泛適用于機(jī)械工業(yè)，治金工業(yè)，汽車(chē)、造船、電器電氣工程設(shè)備、板金加工、鋼管焊接、電子工業(yè)、航天航空工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械制造、餐飲家具各種機(jī)械行業(yè)，主要作用就是用于金屬剪切在使用金屬板材較多的工業(yè)部門(mén)，都需要根據(jù)尺寸要求對(duì)板材進(jìn)行切斷加工，所以剪板機(jī)就成為各工業(yè)部門(mén)使用最為廣泛的板料剪斷設(shè)備。上刀片固定在刀架上，下刀片固定在下床面上，床面上安裝有托球，以便于板料的送進(jìn)移動(dòng)，后擋料板用于板料定位，位置由調(diào)位銷(xiāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓壓料筒用于壓緊板料，以防止板料在剪切時(shí)翻轉(zhuǎn)。棚板是安全裝置，以防止發(fā)生工傷事故剪 板 機(jī) 剪切 后 應(yīng) 能 保 證 被 剪 板 料 剪 切 面 的 直 線 度 和 平 行 度 要 求 ， 并 盡 量 減 少 板 材 扭 曲 ， 以獲 得 高 質(zhì) 量 的 工 件 。 剪 板 機(jī) 的 上 刀 片 固 定 在 刀 架 上 ， 下 刀 片 固 定 在 工 作 臺(tái) 上 。 工 作 臺(tái) 上 安 裝 有 托 料 球 ， 以 便 于 板 料 的 在 上 面 滑 動(dòng) 時(shí) 不 被 劃 傷 。 后 擋 料 用 于 板料 定 位 ， 位 置 由 電 機(jī) 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 。 壓 料 缸 用 于 壓 緊 板 料 ， 以 防 止 板 料 在 剪 切 時(shí) 移動(dòng) 。 護(hù) 欄 是 安 全 裝 置 ， 以 防 止 發(fā) 生 工 傷 事 故 。 回 程 一 般 靠 氮 氣 ， 速 度 快 ， 沖 擊 小 。剪 板 機(jī) 屬 于 鍛 壓 機(jī) 械 中 的 一 種 ， 主 要 應(yīng) 用 在 金 屬 加 工 行 業(yè) 。 產(chǎn) 品 廣 泛 適 用 于 ：輕 工 、 航 空 、 船 舶 、 冶 金 、 儀 表 、 電 器 、 不 銹 鋼 制 品 、 鋼 結(jié) 構(gòu) 建 筑 及 裝 潢 行 業(yè) 。剪 板 機(jī) 是 帶 有 自 動(dòng) 送 料 裝 置 ， 可 完 成 板 料 高 效 率 、 精 密 加 工 的 機(jī) 械 剪 板 機(jī) ，具 有 自 動(dòng) 、 高 速 、 精 密 三 個(gè) 基 本 要 素 隨 著 中 國(guó) 加 入 WTO 以 來(lái) ， 我 們 回 過(guò) 頭 來(lái) 瞻望 中 國(guó) 的 制 造 業(yè) ， 就 拿 剪 板 機(jī) 的 成 長(zhǎng) 來(lái) 看 吧 剪 板 機(jī) 床 的 成 長(zhǎng) 越 來(lái) 越 成 為 機(jī) 械 制 造行 業(yè) 的 中 流 砥 柱 ， 通 用 型 高 性 能 剪 板 機(jī) ， 廣 泛 適 用 于 航 空 、 汽 車(chē) 、 農(nóng) 機(jī) 、 電 機(jī) 、電 器 、 儀 器 儀 表 、 醫(yī) 療 器 械 、 家 電 、 五 金 。對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)剪板機(jī)是一種典型的對(duì)稱(chēng)傳動(dòng)的機(jī)械，主要用于剪裁各種尺寸金屬板材的直線邊緣。該設(shè)備應(yīng)用廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。本機(jī)器的工作原理：動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)通過(guò)二級(jí)傳動(dòng)（一級(jí)帶輪傳動(dòng)，一級(jí)齒輪傳動(dòng)）3減速驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，由切刀（固定在滑塊上）來(lái)進(jìn)行對(duì)板料的切削。在這次設(shè)計(jì)中，針對(duì)該剪板機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過(guò)數(shù)學(xué)建模，運(yùn)用Turbor C 強(qiáng)大的編程運(yùn)算能力，研究了曲柄以勻角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊的位移、速度、加速度的變化規(guī)律。4第 2 章 選擇方案對(duì)比及剪板機(jī)構(gòu)描述剪板機(jī)主要是通過(guò)滑塊上刀片的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切斷功能，能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的主要由液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)兩種。2.1 液壓傳動(dòng)方案剪板機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 2.1 所示，其原理：手動(dòng)換向閥 6 推向左位（即左位接入系統(tǒng)） ，此時(shí)活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料進(jìn)行剪切加工，當(dāng)加工完成后，將閥 6 手柄推向右位（即右位接入系統(tǒng)） ，活塞向上運(yùn)動(dòng)，即刀片上抬，到了一定位置，將閥 6 手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動(dòng)。然后剪切第二次時(shí)，重復(fù)上述操作。手動(dòng)換向閥 6 也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)剪切，提高效率。圖 2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖液壓剪板機(jī)采用液壓傳動(dòng)，使機(jī)器工作時(shí)平穩(wěn)，噪聲小，安全可靠，可以進(jìn)行單次連續(xù)剪切，剪板厚度也較機(jī)械傳動(dòng)的厚，但是液壓系統(tǒng)是利用液體作為中間介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的，剪切力大時(shí)，油壓也相應(yīng)的高，對(duì)液壓元件的精度、強(qiáng)度要求也高，制造成本也相應(yīng)的較高，而且液壓系統(tǒng)不可避免的存在，泄露問(wèn)題，會(huì)造成污染，油溫的變化會(huì)引起油液粘度變化，影響液壓傳動(dòng)工作的平穩(wěn)性，所以適應(yīng)環(huán)境能力小。另外，液壓剪板機(jī)的維修也不方便，需要掌握一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，因此此次設(shè)計(jì)不選用此方案。2.2 機(jī)械傳動(dòng)方案52.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)方案圖 2.2 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖 2.2 所示：主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)凸輪傳動(dòng)，凸輪升程時(shí)推動(dòng)滑塊（即刀片）作剪切動(dòng)作。回程時(shí)，滑塊在彈簧的作用下上升到開(kāi)始位置，準(zhǔn)備下一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)選擇機(jī)構(gòu)的尺寸和確定凸輪輪廓線。缺點(diǎn)是凸輪機(jī)構(gòu)一般用于控制機(jī)構(gòu)而不是用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)槠涔ぷ鲏毫Σ荒芴?，否則會(huì)嚴(yán)重磨損凸輪的輪廓及推桿，導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動(dòng)作要求，不能保證機(jī)器的穩(wěn)定性，因此該方案不予采用。2.2.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)方案曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理如圖 2.3 所示：通過(guò)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過(guò)連桿使滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較合適。2.3 剪板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)描述剪切過(guò)程如圖所示，板料在剪板機(jī)的上.下剪切刀作用下受剪切產(chǎn)生分離變形。剪切時(shí)下剪刀固定不動(dòng)，上剪刀向下運(yùn)動(dòng)。開(kāi)始剪切時(shí)，上剪刀刀刃壓入板料，產(chǎn)生一對(duì)剪力 F 及相應(yīng)的力矩 Fd，迫使被剪板料轉(zhuǎn)動(dòng)。但在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到剪刀側(cè)面的阻擋，在剪刀的另一側(cè)面也產(chǎn)生一對(duì)側(cè)推力 Ft 及相應(yīng)的力矩 Ftc，其方向阻止板料的轉(zhuǎn)動(dòng)。開(kāi)始剪切時(shí)，板料轉(zhuǎn)角隨壓入深度的增大而增大，而力矩 Ftc 也隨之增大，故剪刀壓入一定深度后有 Fd=Ftc，這時(shí)被剪板料就不再轉(zhuǎn)動(dòng)，直至在剪力作用下被剪斷6為止。這種剪切板料的設(shè)備稱(chēng)為剪切機(jī)。圖 2.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖剪板機(jī)屬于直線剪切機(jī)類(lèi)型，主要用于剪切各種尺的金屬板材的直線邊緣。由于剪板機(jī)上設(shè)有后擋料裝置或前擋料裝置，顧可以對(duì)板料進(jìn)行定尺寸剪切。剪板機(jī)可以按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)如表 2.4 所示。剪切過(guò)程示意圖 2.4剪板機(jī)的技術(shù)參數(shù)剪板機(jī)可剪板料厚度手剪板機(jī)構(gòu)件強(qiáng)度限制，最終取決于剪切力。影響剪切力的因素很多，如刃口間隙，刃口鋒利程度。剪切面的寬度等，而最主要的還是被剪材料的強(qiáng)度。略去一些次要因素則剪切力與其主要因素的關(guān)系為 ??tan/2KFb?式中 σ 被剪材料抗拉強(qiáng)度值；t 被剪材料厚度；剪切角；?7k 系數(shù)；通常剪切強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值為 500MPa，在剪切力及其他因素確定的條件下，可以得到剪板機(jī)剪板料的最大厚度。目前國(guó)內(nèi)外剪板機(jī)的最大剪切厚度為 32 毫米以下，厚度過(guò)大對(duì)設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)是不可取的。剪切方式按剪切要求此類(lèi)剪板機(jī)通常采用斜刃刀片，斜刃剪切是采用漸入剪切的方式如圖2.5 所示，故瞬間剪切尺寸小于板料寬度。剪板機(jī)上、下刃口不平行，上、下刃口間的夾角稱(chēng)為剪切角一般為 0.5 度到 4 度。剪切角與剪切力及板料變形有關(guān)，剪切角不同，剪切行程隨之改變，有些液壓剪切機(jī)的剪切角度是可調(diào)的，以適應(yīng)不同情況。剪切角減小后，剪切行程也相應(yīng)減小，行程次數(shù)即可提高從而提高生產(chǎn)率。斜刃剪切質(zhì)量不如平刃剪切，有扭曲變形現(xiàn)象，但是剪切力和能力消化比平刃要小得多，故斜刃剪切在中、大型剪板機(jī)中采用。圖 2.4 斜刃剪切可剪板寬可剪板寬是指剪板機(jī)剪刃方向，一次剪切完板料的最大尺寸，它參照鋼板寬度和使用廠家的要求制定（可剪切寬度小于剪刃長(zhǎng)度） ，這種剪切方式稱(chēng)為橫切方式。縱切方式為多次接觸剪切，只要條料寬度小于剪板機(jī)只要條料寬度小于剪板機(jī)的凹口——喉口，剪切尺寸不受限制。隨著工業(yè)的發(fā)展，要求剪板寬度不斷增大，目前剪板機(jī)寬度為 0000 毫米的剪板機(jī)已經(jīng)比較普遍，國(guó)外最大板寬已達(dá) 10000 毫米。用剪板機(jī)剪切沖壓加工用的條料，長(zhǎng)度為 2000 以下時(shí)，剪板機(jī)剪切條料寬度最小公差如表格 2.6 所示。表 2.6 剪切調(diào)料寬度最小公差8剪裁條料寬度/mm25?25-50 50-100 100-200厚度 t/mm寬度最小公差0.5 一下 0.3?0.3?0.4?0.5?0.-1 0.4 0.4 0.5 0.61-2 0.5 0.5 0.6 0.72-3 0.6?0.6?0.7?0.7?3-4 — 0.8 0.8 1.04-5 — — 1.0 1.35-6 — — 1.3?1.2?采用縱切方式對(duì)剪板機(jī)的喉口深度會(huì)有要求，如圖 2.7 所示。目前剪板機(jī)趨勢(shì)是減少喉口深度，以提高機(jī)架的剛度。行程次數(shù)行程次數(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率，隨著生產(chǎn)發(fā)展及各種上、下料裝置的出現(xiàn)，要求剪板機(jī)應(yīng)該具有較高的行程次數(shù)對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)的小型剪板機(jī)，一般要達(dá)到 50 次每分鐘以上。9圖 2.72.4 本章小結(jié)本章主要介紹剪板機(jī)的液壓傳動(dòng)方案和機(jī)械傳動(dòng)方案，從中了解凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和減半機(jī)構(gòu)。對(duì)剪板機(jī)的的技術(shù)參數(shù)、剪切方式、可剪板寬、剪切角度進(jìn)行了確定。10第 3 章 剪板機(jī)總體傳動(dòng)方案綜合考慮，本次剪板機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案為電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)帶輪減速及一級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)主軸上的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行剪切動(dòng)作，剪板機(jī)的剪切力是 10 噸，行程為 22mm，每分鐘剪板 30 次。設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 系統(tǒng)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖113.1 電動(dòng)機(jī)的選擇3.1.1 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式的選擇本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和機(jī)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類(lèi)、工作條件、載荷大小和性質(zhì)變化、啟動(dòng)性能、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來(lái)選擇。電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源,因此,無(wú)特殊要求時(shí),均應(yīng)采用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中異步電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)的一種,它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械,一般以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛。Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)為封閉式三相異步電動(dòng)機(jī),能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電機(jī)內(nèi)部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。不僅使用于水泵、鼓風(fēng)機(jī)、金屬切削機(jī)床及運(yùn)輸機(jī)械,更使用于灰塵較多、水土飛濺的地方,如碾米機(jī),磨粉機(jī),脫殼機(jī)及其它農(nóng)業(yè)機(jī)械,礦山機(jī)械等。根據(jù)工作環(huán)境和要求,選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇電動(dòng)機(jī)的容量選擇的是否合適,對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選的過(guò)小,不能保證工作機(jī)的正常的工作或使電動(dòng)機(jī)因過(guò)載而過(guò)早的損壞;而容量選的過(guò)大,則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行,其效率和功率因數(shù)都較低,增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。該剪板機(jī)的剪切力為 10 噸，根據(jù)諾沙里公式：= （3.1）P)σδ106.α1(gδσ 0.62bxx2xb ytZth?式中 ——剪切力 =10×103×9.8=98000N——被剪板料強(qiáng)度極限，實(shí)際中的板料 =500N/mmbσ b ——被剪板料延伸率， =25%x xσ ——被剪板料厚度h——上刀刃傾斜 =2°??——被剪部分彎曲力系數(shù)， =0.95ZZ——前刃側(cè)向間隙相對(duì)值， =0.083 yy——壓具影響系數(shù) x=7.7x把已知數(shù)據(jù)代入式（3.1）12)17.083.5212.0695.1(g20.5 .6980 ????????tgth解得： =4.63mmh根據(jù)文獻(xiàn)資料得，Q11 型剪板機(jī)技術(shù)參數(shù)，類(lèi)比實(shí)習(xí)時(shí)工廠的樣機(jī)，選取電動(dòng)機(jī)的功率為 5.5kW。轉(zhuǎn)速的確定：由于傳動(dòng)由皮帶和齒輪組成的。按推薦的傳動(dòng)副傳動(dòng)比較合理的范圍，取三角帶傳動(dòng)比 =2～ 4。二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比 =8～ 40，則總傳動(dòng)比合理范圍為 1i 2i 'ai=16～160, 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：= · =(16～160)· =480～4800r/min'di'awnwn查表 19.1 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù),選取 Y132-M2-6 型電動(dòng)機(jī)比較合適,其技術(shù)參數(shù)如下:功率為 5.5kW，級(jí)數(shù)為 6，滿載時(shí)的電流、轉(zhuǎn)速、效率分別為12.6A、960r/min、85.3%。3.1.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)總傳動(dòng)比 = （3.2）'di32096?主nm= ×'di12i式中 ——三角帶傳動(dòng)比1i——圓柱齒輪傳動(dòng)比2取 =4 =1ii843?計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速= r/min1n24096?im= r/min2n3084961??im計(jì)算各軸的功率查得 [4]各部件傳動(dòng)效率為：圓柱齒輪：0.94～0.96 =0.95 2?13三角帶傳動(dòng)：0.94～0.96 =0.955 1?軸承(每對(duì) )： 0.97～0.99 =0.98 3則總傳遞效率為：= = =總?123298.05.90?7.= = = =5.15kWP?d31?d=2021= 3d= =4.79kW298.59.5?各軸轉(zhuǎn)矩= dTwdnP0式中 ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；d——電動(dòng)機(jī)功率；P——滿載轉(zhuǎn)速 [6]；wn= = N·m = N·mdTwd9509605.?71.4= 軸101??id= 8.5.47.5mN?= N·m82=軸T0210??id= N·m9.08.95.847.5??= N·m13.2 本章小結(jié)14本章主要根據(jù)了對(duì)上一章幾個(gè)方案對(duì)比確定了剪板機(jī)的總體傳動(dòng)方案。從中選擇了電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，規(guī)定了電動(dòng)機(jī)的功率從中進(jìn)行了計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算。15第 4 章 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算在同樣的張緊力下，V 帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力， V 帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單較緊湊，造價(jià)低廉，傳動(dòng)平穩(wěn)以及緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。4.1 確定計(jì)算功率 = (4.1)caPKA?= kW 6.52.1??式中 ——傳動(dòng)的額定功率（ ）kW——工作情況系數(shù)A查文獻(xiàn)資料，載荷變動(dòng)較大，軟啟動(dòng)每天工作時(shí)間小于 10 小時(shí)，取 =1.2。AK4.2 選擇帶型根據(jù) =6.6kW 和主動(dòng)帶輪（小帶輪）轉(zhuǎn)速 = r/min，由文獻(xiàn)資料中選定 AcaPwn?1960型 V 帶。4.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑4.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑查參考文獻(xiàn)[4]取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 = mm。D1254.3.2 驗(yàn)算帶的速度=V)06/()(1??n?= 92514.3?= m/s86由于 過(guò)小，表示所選的 過(guò)小，這將使所需要的有效拉力 過(guò)大，即所需要V1DeF的跟數(shù) 過(guò)多，于是帶輪的寬度，軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大。Z取 = mm1D60=V)106/()(1??n?= m/s94.316= m/s04.84.3.3 計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑= = =640mm2D1i?460?并按照 V 帶輪的基準(zhǔn)直徑系列進(jìn)行圓整,圓整后=640mm24.4 確定中心距 和帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度a由于中心距未給出,可根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初步中心距 取0a)(2)(7.021021DaD???代入 = mm , = mm1D60264mm650取 = mm0a= mm,根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系,按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度6 'dL≈ + + + (4.2)'dL02a?1(D)20214)(a?≈ mm6)()6(2????= mm25由參考文獻(xiàn)[7]表 33.1－9 取 = mm，由于 V 帶的中心距一般是可以調(diào)整的,故'dL70采用下式進(jìn)行近似計(jì)算≈a?02'd?= mm578= mm 4考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力(如帶伸長(zhǎng)而松弛后的緊張)的需要，中心距的變化范圍為17= = mm＝ mm minadL015.?27015.874??5.83= = mm= mm。 ax3?3?9144.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 根據(jù)對(duì)包角的要求，應(yīng)保證≈1???? 12068012???aD≈1 ???? 4774?主動(dòng)輪上的包角滿足要求。4.6 確定帶的根數(shù)(4.3)lcakpZ?)(0???式中 ——包角系數(shù)，查得 0.91?k——長(zhǎng)度系數(shù)，查得 1.13l——單根 V 帶的基本額定功率，查得 0.94kW0p——單根 V 帶額定功率的增量,查得 0.5kW[4]?代入數(shù)據(jù)得= = 根Z13.90)5.4.(6??54.7 確定帶的預(yù)緊力考慮離心力不利的影響，和包角對(duì)所需預(yù)緊力的影響，單根 V 帶的預(yù)緊力為= (4.4)0F2)15.(???qkZpca???式中 ——V 帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，查得 =0.10kg/mq= = N0 204.8)91.02(4856. ??9.1由于新帶容易松弛，所以對(duì)非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述18預(yù)緊力的 1.5 倍。4.8 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上壓軸力為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承，必須確定帶傳動(dòng)作用在軸上的力 。如果不考pF慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按帶的預(yù)緊力 的合力來(lái)計(jì)算，即0= pF02Zsin1?式中： ——帶的根數(shù)Z——單根帶預(yù)緊力0——主動(dòng)輪上的包角1?=pF02Zsin1?= N47i9.5??=1437.3N4.9 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.9.1 小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.材料：HT2002.確定帶輪的形式由參考文獻(xiàn)[6]得：電機(jī)軸 =38mm，電機(jī)軸伸出長(zhǎng)度為 E=80mm，且已知小帶D輪的基準(zhǔn)直徑 =160mm，2.5 =2.5×38mm=95mm12.5 ＜ ＜300mm1所以小帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu)。帶輪的基準(zhǔn)直徑為 160mm，外徑 =168mm。ad3.輪槽的尺寸查文獻(xiàn)得帶輪的輪槽尺寸如下：輪槽基準(zhǔn)寬度 =11.0mmdb基準(zhǔn)線上槽深 =2.75mmminah19基準(zhǔn)線下槽深 =8.7mmminfh槽間距 =15±0.3mm e第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面的距離 = mmf210??最小輪緣厚 =6mmmin?輪槽角 =38°?輪槽結(jié)構(gòu)如圖 4.1 所示。圖 4.1 輪槽結(jié)構(gòu)4.確定小帶輪外形尺寸帶輪寬： = =(5-1)×15+2×10mm=80mmBfeZ2)1(??帶輪外徑： = =160+2×4mm=168mmadahD輪緣外徑： =(1.8～2) =(1.8～2)×38mm=(68.4 ～76)mm，取 =70mm1d 1d輪轂長(zhǎng)度： 因?yàn)?=80mm＞1.5 =1.5×38mm=57mm B所以 =(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取 =60mm。1L 1L=(1/7-1/4) =(1/7-1/4)×80mm=(11.43～20)mm 取 =15mm'C 'C小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 4.220圖 4.2 小帶輪結(jié)構(gòu)4.9.2 大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、材料：HT2002、確定帶輪的結(jié)構(gòu)形式初選大帶輪的軸徑 =35mm，已知大帶輪的基準(zhǔn)直徑 =640mm＞300mm，所以dD大帶輪選用輪輻式結(jié)構(gòu)。 3、輪槽尺寸同小帶輪。4、輪緣及輪轂的尺寸：帶輪寬： = =(5-1)×15+2×10mm=80mmBfeZ2)1(??帶輪外徑： =640+2×4mm=648mmaahDd2?輪轂外徑： =(1.8～2) =(1.8～2)×35mm=(63～70)mm，取 =70mm2d輪轂長(zhǎng)度：因?yàn)?=80mm＞1.5 =1.5×35mm=52.5mm Bd所以 =(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm ，取 =60mm。 2LD2L= (4.5)1h3290anzP式中： ——傳遞的功率，為 5.15kW——帶輪的轉(zhuǎn)速，為 240r/minn——輪輻數(shù)，取 4aZ21= = mm=50.8mm1h3290anzP342015.?=0.8 =0.8×50.8mm=40.6mm21=0.4 =0.4×50.8mm=20.3mmbh=0.8 =0.8×20.3mm=16.2mm21=0.2 =0.2×50.8mm=10.2mmf=0.2 =0.2×40.6mm=8.1mm2h大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 4.3圖 4.3 大齒輪機(jī)構(gòu)5.0 本章小結(jié)本章主要確定了帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)和計(jì)算，對(duì)帶傳動(dòng)的功率、選擇帶型和小帶輪的基準(zhǔn)直徑、中心距、帶著根數(shù)、帶著預(yù)緊力、主動(dòng)輪上包角進(jìn)行計(jì)算確定。從而對(duì)帶輪結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)作用在軸上壓軸力進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范。22第 5 章 軸的設(shè)計(jì)軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞，軸主要是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸按照承受載荷的不同，可分為以下三類(lèi)：（1）轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受扭矩。（2）心軸只承受彎矩不承受扭矩。（3）傳動(dòng)軸只承受扭矩不承受彎矩。按軸線形狀的不同，可分為兩種：（1）曲軸通過(guò)連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，或作相反的運(yùn)動(dòng)變換。（2）直軸又可按外形分為光軸和階梯軸。本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)采用的是直軸。5.1 主動(dòng)軸設(shè)計(jì)5.1.1 軸的材料軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià)，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。在載荷一定的情況下，好的材料能提高軸的工作性能及壽命，但同時(shí)要考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性，故采用 45 號(hào)鋼，并做調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)[8] 得 =103～126，取 =116， =60MP。0A0A??1??軸的失效形式：主要有斷裂、磨損、超過(guò)允許范圍的變形和振動(dòng)等，對(duì)于軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：1. 足夠的強(qiáng)度。2. 足夠的剛度。3. 振動(dòng)的穩(wěn)定性 [4]。5.1.2 軸徑的最小許用值根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算公式 [9]≥ (5.1)d310nPA23=116× =62.94mm3079.45.1.3 確定軸上的零件的裝配方案深溝球軸承、套筒和軸端擋圈從軸的左端依次安裝，深溝球軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈從軸的右側(cè)依次安裝。軸承選擇 6014 型深溝球軸承。5.1.4 軸上的零件定位1. 軸向定位軸上的零件是以軸肩、套筒來(lái)保證的。2. 周向定位限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，本次設(shè)計(jì)采用鍵來(lái)固定。5.1.5 軸各段直徑和長(zhǎng)度的確定類(lèi)比工廠樣機(jī)，確定主軸的各段直徑及長(zhǎng)度5.2 軸的設(shè)計(jì)5.2.1 材料選擇類(lèi)比主軸，選用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。5.2.2 軸徑的最小許用值≥ (5.2)d310nPA=116× mm3245.=32.24mm5.2.3 繪制軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖5.2.4 確定軸上零件的裝配方案軸承、套筒、皮帶輪、軸端擋圈從左端向右依次安裝。軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈依次從軸的右端向左安裝，軸承選擇 6007 型深鉤球軸承。傳動(dòng)軸的零件裝配及軸的機(jī)構(gòu)如圖 5.1 所示。5.2.5 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算1.輸出軸上的功率 P，轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T=4.79 kW ， =30r/min ， =1510.19 N·m2P22242.求大齒輪上所受的力 、tF1r大齒輪與小齒輪相互作用，依據(jù)牛頓第三定律=- ， =tF1傳t2r1傳2圖 5.1 傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)及裝配圖 = =2×204.81/(100×10-3)N=4096.2N(d 為小齒輪的分度圓直徑)傳tF2dT/1= =4096.2×tg20°N=1490.89N傳rF2ntg??傳所以 =+4096.2N， =-1490.89Nt1r1軸上曲柄的作用力，由于制動(dòng)帶的作用，傳到曲柄上的轉(zhuǎn)矩只有主軸的 1/3，作用在雙曲柄的徑向力 ， 為2F3= = /(3× ×2)=1510.19/(3×0.11×2)N=2288.17NTr3. 主軸的受力分析主軸的受力如圖 5.2 所示，由圖根據(jù)物體的平衡條件可知已知： =117， =404， =144， =-2L34LrF11490.89N， = =2288.17N， =4096.2NF3t1解方程組得=141.25N， =-4237.45N， =-2339.58N， =-745.87N1HR2HR1VR2VR=4237.45×(135+1180+135)×50/(135+1180+135+50)M25=204810.08N·mm= =2339.58×135N·mm1VMR2L=315843.3 N·mm=2V3221)(F??=2339.58×(135+1180)-2288.17×1180 N·mm=376507.1 N·mm=3VM43324321 )()( LLR???=2339.58×(135+1180+135)-2288.17×1180-2288.17×135 N·mm=383447.45 N·mm由圖可以看出 C 截面為最危險(xiǎn)截面，按第四強(qiáng)度理論校核=2275.01TW?22375.0TMdV??圖 5.2 主軸的受力分析圖26= MPa62233 109.57.0)145.87()107(4.32 ??? ????=40.49MPa＜[σ -1]=60MPa 安全5.3 本章小結(jié)本章主要對(duì)剪板機(jī)的軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。從而對(duì)剪板機(jī)主動(dòng)軸的材料、軸徑最小許用值、軸上的零件定位進(jìn)行了確定并且繪制軸上的零件裝備圖以及軸的結(jié)構(gòu)圖，最終對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。27第 6 章 齒輪設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要最常用傳動(dòng)之一,效率高,機(jī)構(gòu)緊湊,工作可靠,壽命長(zhǎng),傳動(dòng)比穩(wěn)定。缺點(diǎn)是造價(jià)高，安裝精度高，易磨損。6.1 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)6.1.1 齒輪類(lèi)型的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。6.1.2 齒輪材料的選擇由于機(jī)器工作時(shí)屬于中等沖擊，選取大小齒輪的材料均為 45Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度：小齒輪 271～316HBS ，大齒輪為 241～286HBS，取中間值，則大齒輪為263.5HBS，小齒輪為 293.5HBS。6.1.3 選取精度等級(jí)因其表面經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，故選用 8 級(jí)精度。6.1.4 選擇齒數(shù)選小齒輪齒數(shù)為 Z1=20，大齒輪齒數(shù) Z2=uZ1=8×20=1606.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，既：≥2.23 (6.1)td1??321???????HEdtZuTk??6.2.1 確定公式內(nèi)的各個(gè)計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)=1.3tk計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩= =95.5×105× N·mm=2.049×105 N·mm1TnP2401.選取齒寬系數(shù)=0.6d?材料的彈性影響系數(shù)28=189.8MPaEZ21接觸疲勞強(qiáng)度按齒面硬度查得大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 =610MPa，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)2limH?度極限 =650MPa1limH?計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) njLN60?=60×240×1×（30×300×8）=1.0368×10 9njLN160?= = =0.1296×1092i813.9?接觸疲勞強(qiáng)度查得 [4] =1.0, =1.11HNK2HN計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效效率為 1%，安全系數(shù) =1，有S= =1.0×650=650MPa1][H?KHN1lim= =1.1×610=671MPa2][S2li6.2.2 計(jì)算小齒輪分度圓直徑將以上所有數(shù)據(jù)代入公式(7-1)有d1t≥2.23 ??321???????HEdtZuTk??=2.32×325608.196.049????????=81.016mm計(jì)算圓周速度=V106?ndt?29= m/s10624.8??=1.018m/s計(jì)算齒寬=btd1??=0.6×81.016=48.610mm計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) = = =4.051mmtm1zdt206.8齒高 =2.25 =2.25×4.051mm=8.041mmht=48.610/9.115=5.333b/計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) =1.081mm/s，8 級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) =1.1;直齒輪假設(shè)VVK≥100N/mm;由表查得 = =1.2； =1.5；查得齒向載荷分配系數(shù)用內(nèi)差bFKTA/ ?HKFA法得 =1.23，并且 =4.44，8 級(jí)精度，并調(diào)質(zhì)處理，查得彎曲強(qiáng)度計(jì)算用的齒?Hhb/向載荷分布系數(shù) =1.16；故載荷系數(shù)?F= =1.5×1.1×1.2×1.23=2.4354KAV?H?按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑= =81.016× mm=99.87mm1dt33.1452計(jì)算模數(shù) = = mm=4.99mmm1z2087.96.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：≥ (6.2)m)][(21FSadYZKT??306.3.1 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值彎曲疲勞強(qiáng)度查得 [8]小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =426MPa。大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限1FE?=430MPa。2FE?彎曲疲勞壽命系數(shù)查得 =0.88， =0.9。1FNK2FN計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) =1.4 由 得SSKNlim][??= =267.77MPaFENF11][?4.2680?= =276.4MPaSKFEF21][?.39載荷系數(shù) K = ??FVAK載荷系數(shù) = =1.5×1.1×1.2×1.116=2.297。??FVA計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較[]aSFY?= =0.016211][FSa7.26580?= =0.014222][FSaY?4.3小齒輪的數(shù)值大 6.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算≥m321][·FSadYZKT??= 3250162.06.497??=3.99mm31對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù) 3.99 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)植 m=4mm。按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=99.87mm，算出小齒輪齒數(shù)= = =251Zmd487.9大齒輪齒數(shù) = =8×25=200 取 Z2=2002Z1u6.4 幾何尺寸計(jì)算6.4.1 計(jì)算分度圓直徑= =25×4=100mm1dmZ= =200×4=800mm26.4.2 計(jì)算中心距= = =450mma)(12d?)801(6.4.3 計(jì)算齒輪寬度= =0.6×100=60mmb1d?為防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大大齒輪的工作載荷，常將小齒輪的齒寬在圓整數(shù)值的基礎(chǔ)上人為地加寬 5~10mm故取小齒輪的齒寬 =65mm1B大齒輪的齒寬 =60mm。26.5 驗(yàn)算= = N=4098NtF12dT40981.5?= N/mm =102.45N/mm＞100 N/mmbKtA65.?合適。326.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖6.6.1 對(duì)小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算小齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)齒頂高 = =4×1 mm =4mm ah?m齒根高 = =4×（1+0.25） mm =5mm f)(?c齒全高 = =12+15mm=27mm fa齒頂圓直徑 = =100+2×4mm =108mm 1dh2齒根圓直徑 = =100-2×5mm =90mm ff?由于小齒輪直徑不大，且中間有軸傳動(dòng)，故選用實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。壓力角 =20°?齒距 = =3.14×4mm =12.56mm pm?基圓直徑 = =100×cos20°mm =93.97mm 1bdcos基圓齒距 = =12.56×cos20°mm =11.80mm 齒厚 = =12.56/2mm =6.28mm s2/p齒槽寬 = =12.56/2mm =6.28mm e頂隙 = =4×0.25mm=1.0mmc?m因?yàn)樾↓X輪的齒頂圓直徑 =108mm＜160mm，所以小齒輪可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)1ad的齒輪 [4]。小齒輪的結(jié)構(gòu)如圖 6.1 所示。6.6.2 對(duì)大齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)齒頂圓直徑 = =800+2×4mm=800mm 2adah?齒根圓直徑 = =800-2×5mm =790mm ff?由于大齒輪的齒頂圓直徑 =790mm 在 400～1000mm 之間， ，所以選用輪輻式2a結(jié)構(gòu)的齒輪 [4]。33圖 6.1 小齒輪結(jié)構(gòu)圖輪輻的設(shè)計(jì)輪輻數(shù)取 6= = 65mmd4D因?yàn)榇簖X輪的材料為鑄鋼，所以= =1.6×65mm=104mm36.1=(12～16)mm 取 =15mmnm)4~(??1?=(15～18)mm 取 =16mm12. 2=0.8×104mm=52mm 取 =52mm480DHH=0.8×52mm=41.6mm 取 =41.6mm.1?1=52/5mm=10.4mm 取 =10.4mm5/CC=52/6mm=8.7mm 取 =8.7mm61 1=0.5×52=26mm 取 =26mmHR.0?R=97.5﹥ ≥ =60mm 取 =60mm45DLBL大齒輪如圖 6.2 所示：34圖 6.2 大齒輪結(jié)構(gòu)圖6.7 本章小結(jié)本章主要對(duì)剪板機(jī)的齒輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而選定了齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。對(duì)齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度、幾何尺寸進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)算并且對(duì)剪板機(jī)齒輪設(shè)計(jì)的這些參數(shù)繪制了零件圖。35第 7 章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是曲柄剪板機(jī)的典型機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切工藝。同時(shí)，機(jī)構(gòu)還具有力的放大作用（即工作載荷大于傳動(dòng)系統(tǒng)輸入的作用力） ，滿足剪板機(jī)瞬時(shí)峰值力的要求。 7.1 材料的選擇由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)需要承受 10 噸的沖壓力，應(yīng)選擇剛度較大的鋼，選擇 45 號(hào)鋼，應(yīng)力 =238MPa, =238MPa, =142MPa。??1???y???7.2 確定曲柄連桿桿件長(zhǎng)度已知搖桿的行程為 22mm，本次設(shè)計(jì)采用對(duì)心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，如圖 7.1 所示。所以曲柄長(zhǎng) = /2=22/2mm=11mm。機(jī)構(gòu)在圖 7.1 所示位置時(shí)的傳動(dòng)角 =90°- ，為ABH ??了保證曲柄連桿的性能， ≥40°。min?圖 7.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖由圖 8-1 可知： = =?AB?sin?C?si?B?cos因?yàn)?≥40°，所以 ≤ min?mico??4036/ ≤?AB?sinC?40cos≥ / ?的最大值為 1?sin≥ / ≥11/ mm=14.36mmBCA?40cosBC?40cos類(lèi)比工廠樣機(jī)，選 =400mm。7.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考工廠樣機(jī)，確定曲柄連桿的機(jī)構(gòu)，如圖 7.2 所示圖 7.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)7.4 強(qiáng)度校核該剪板機(jī)的剪切力為 10 噸，因此=10×103×9.8N=9.8×104NF由于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的最大力發(fā)生在曲柄與導(dǎo)軌垂直的位置 [14]，作用在曲柄上的力= / ( -安全適用系數(shù)取 1.2)N?AK?cosA=1.2×9.8×104/ N=11.76×104N2)0/1(?=11.76N因?yàn)椴捎秒p曲柄傳動(dòng)，所以= /2=11.76×104/2N=5.88×104N1N37= / =5.8×104/238mm2=247mm2AN??1?從圖 8-2 可以看出 φ30 處是該機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，其面積 =（70-30）A×35mm2=1400mm2＞247mm 2，因此滿足強(qiáng)度要求。曲柄連桿上連接部分剪切強(qiáng)度校核= / =9.8×104/142mm2=690mm2minAN???= = ×(30/2)2=706.5＞ 安全。2R?minA所以曲柄連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。7.5 電動(dòng)機(jī)的校核由以上的計(jì)算可知作用在曲柄上的最大力為 11.76×104N，曲柄對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩 =T=11.76×104×11×10-3N·m=1293.6N·m。ABN?電動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩經(jīng)皮帶和齒輪傳遞到主軸的轉(zhuǎn)矩 =1510.19N·m， ＜2T2所以電動(dòng)機(jī)的選擇符合設(shè)計(jì)要求。7.6 建立曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型如圖 7.3 所示，已知常量：曲柄的長(zhǎng)度 = =11mm，OA1a連桿長(zhǎng)度 =400mm，曲柄旋轉(zhuǎn)角度 = =30 ，連桿與 x 軸所夾的角度 =90°AB1φ Tω 3φφ 2φ 3φ 1圖 7.3 曲柄連桿的數(shù)學(xué)模型7.6.1 建立位移方程建立位移方程 [15]： OBA??38將矢量方程轉(zhuǎn)化為解析形式，有?????321sinsisincocoφφφ φφφ aa（7.1）已知 ， ， ， ，解方程組（7.1）得1a21φ 3φ 212/coscasφφ ??inφφ當(dāng) >0 時(shí)2cosφ=2φ )cos/arct(i22φφ當(dāng) <0 時(shí)2csφ= +2φ π )cs/arctn(i22φφ當(dāng) =0 時(shí)2cosφ= ，2φ /π 213sinsiφφ a??7.6.2 建立速度方程對(duì)方程組（7.1）兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，整理得（7.2）?????????? 32211 sincocosciinφφφφφ φφφφφ aaa已知 　φφφφ?321321,,,a解方程組（7.1）得 ?????????? 221132coscos)/(inφφφφ φφφφ aa7.6.3 建立加速度方程對(duì)方程組（7.2）兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)整理得39（7.3）???? ??????? ?3222121 32sinsicossin cosnco φφφφφφφ φφφφφφφφ aaaa已知 ， ， ， ， ， ， ， ，解方程組（7.3）得 123φ φ 3φ 1φ φ????????? 221132coscos)/(inφφφφ φφφφ aa表 7.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性曲柄的角位移T（°）連桿的位移A3（mm）連桿的速度V3（mm/s）連桿的加速度Y3（mm/s 2）0 399.848724 57.595863 8.29636745 407.702545 41.518524 -213.24461490 411.000000 0.0000000 -309.864441135 407.702545 -41.518520 -213.244629180 399.848724 -57.595863 8.296367225 392.146179 -39.934326 213.241531270 389.000000 -0.0000002 293.278015315 392.146210 39.934341 213.241455360 399.848724 57.595863 8.2963147.7 本章小結(jié)本章了解了剪板機(jī)的曲柄滑塊，對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從中對(duì)材料的選擇、曲柄滑塊桿件長(zhǎng)度確定和電動(dòng)機(jī)校核，并且對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)計(jì)算。40結(jié) 論經(jīng)過(guò)為期十周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)四年來(lái)所學(xué)的機(jī)械理論知識(shí)有了進(jìn)一步的理解。剛開(kāi)始學(xué)這些理論知識(shí)時(shí)，總感覺(jué)很乏味，不知道它的價(jià)值在哪，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情不高，只是為了完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)效率也很低。在這次設(shè)計(jì)中，我又回顧了四年來(lái)我們學(xué)過(guò)的所有知識(shí)，并把它們綜合起來(lái)，應(yīng)用在設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，我感覺(jué)這些知識(shí)活了起來(lái)，它們不再是枯燥無(wú)味的了，在設(shè)計(jì)中遇到每個(gè)難題，我在它們中間都能找到答案，我越來(lái)越喜歡這門(mén)科學(xué)了。 近幾年來(lái)，機(jī)械工業(yè)迅速發(fā)展，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)后，這個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平也越來(lái)越高，機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度也越來(lái)越高。在這次設(shè)計(jì)中，我嘗試著運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，探索了曲柄滑塊輸入量和輸出量之間的關(guān)系，當(dāng)由于經(jīng)驗(yàn)不足，能力有限，分析的過(guò)程和結(jié)果有許多不盡人意的地方，但我已盡了最大的努力，而且在這個(gè)過(guò)程中，我也收獲了很多。我相信，只要我繼續(xù)保持在這次設(shè)計(jì)中的刻苦創(chuàng)新精神，努力學(xué)習(xí)，不斷的要求自我，改造自我，進(jìn)入社會(huì)后，遇到再大的困難，我也能冷靜的面對(duì)，找到解決問(wèn)題的方法，不斷鍛煉自己，成為一個(gè)有所作為的機(jī)械人，為社會(huì)和國(guó)家服務(wù)！41參考文獻(xiàn)[1] 俞新陸，何德譽(yù)．鍛壓手冊(cè)，第 3 卷，鍛壓車(chē)間設(shè)備[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5．[2] 左健民．液壓與氣壓傳動(dòng)．第三版[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.4．[3] 孫桓，陳作模．機(jī)械原理．第六版[M]．北京：高等教育出版社，2008.2．[4] 濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．第七版[M].北京：高等教育出版社，2007.6．[5] 梁應(yīng)彪．板材剪切力的測(cè)試[M].北京：鍛壓技術(shù)，1992.2，第六期．[6] 王世剛，張春宜，徐起賀．機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社2004．