半自動平壓模切機(jī)

1、半自動平壓模切機(jī)設(shè)計說明書一、 設(shè)計目的通過本課程設(shè)計將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，著手設(shè)計“半自動平壓模切機(jī)”。通過對機(jī)構(gòu)的選型、設(shè)計；對機(jī)械傳動方案、機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評價而培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算能力。熟悉一般的機(jī)械裝置設(shè)計過程。二、 工作原理及工藝動作過程半自動平壓模切機(jī)是印刷，包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱制品的專用設(shè)備。它可以對各種規(guī)格的紙板、厚度在4mm一下的瓦楞紙板，以及各種高級精細(xì)的印刷品進(jìn)行壓痕、切線、壓凹凸。經(jīng)過壓痕、切線的紙板，用手工或機(jī)械沿切線除去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸的商標(biāo)。它的工藝動作主要有兩個：一是將紙板走紙到位，二是進(jìn)行沖壓模切。其具

2、體工作動作順序如下：半自動平壓模切機(jī)工藝動作順序三、 運(yùn)動循環(huán)圖（一） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動要求從機(jī)器的工藝動作可以看出，可以把整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動的運(yùn)動分成兩個部分，一是輔助運(yùn)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(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)要求做間歇運(yùn)動；二是主運(yùn)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(fù)運(yùn)動。其特點是行程短，受載大。本機(jī)構(gòu)要求行程是50毫米，最大載荷是2×106 N，工作速度是每小時壓制3000張。另外，主運(yùn)動和輔運(yùn)動要相互協(xié)調(diào)。（二） 運(yùn)動示意圖由上述機(jī)構(gòu)運(yùn)動要求，繪制如下運(yùn)動示意草圖：夾緊裝置夾緊裝置模切機(jī)構(gòu)主軸 （三） 各部件運(yùn)動分析1、 主軸的選擇和轉(zhuǎn)角運(yùn)算

3、為了計算和設(shè)計方便，選擇變速箱的輸出軸為運(yùn)動分析主軸，如上圖所示。由原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求知，平面六桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.3，則極位夾角 =180°K-1K+1=23.5°并知該運(yùn)動周期分為兩部分，以156.5°（156.5°=180°-23.5°）為界分為0°-156.5°和156.5°-360°兩個過程。2、模切機(jī)構(gòu)的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-156.5°，下模從行程最低點開始，在平面六桿機(jī)構(gòu)的帶動下向上移動至預(yù)定模切位置，進(jìn)行沖壓模切；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5°-

4、360°，下模完成模切動作，快速急回運(yùn)動至行程最低點即下一周期起點。3、走紙機(jī)構(gòu)的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-156.5°，特殊齒輪組（用于完成間歇運(yùn)動）沒有嚙合運(yùn)動，鏈輪鏈條處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5°-360°，特殊齒輪組輪齒參與嚙合，帶動鏈輪鏈條運(yùn)動，進(jìn)行走紙運(yùn)動。4、夾緊裝置的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-156.5°，帶動夾子的凸輪走過推程，遠(yuǎn)休止和回程使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為156.5°-360°，凸輪處于近休止?fàn)顟B(tài)使剛性彈簧夾處于夾緊狀態(tài)。（四） 綜上所述運(yùn)動循環(huán)圖如下：主軸轉(zhuǎn)角0

5、° 156.5°(圖示位置) 360°走紙機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動夾緊裝置送料夾緊輸入走紙模切機(jī)構(gòu)滑塊上升（模切）滑塊下降（回程）四、 送料、模切機(jī)構(gòu)的選型 （一） 送料機(jī)構(gòu)的選型1、可選機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)供選機(jī)構(gòu)類型 紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動 紙板的停歇機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)特殊齒輪組 紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子 2、選型原因：(1)對于紙板的輸送構(gòu)件，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(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)距離傳遞；c、本機(jī)構(gòu)在長時間傳輸、模切時摩擦大，易發(fā)熱，而雙列鏈輪傳動機(jī)構(gòu)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

6、其易打滑，易變形，傳輸精度低，傳遞效率低。(2)對于紙板的停歇，選用特殊齒輪組： a、相對凸輪機(jī)構(gòu)相比而言，特殊齒輪組制造容易，工作可靠。b、特殊齒輪組在設(shè)計時，易實現(xiàn)從動件的運(yùn)動時間和靜止時間的比例在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，適用范圍廣。c、特殊齒輪組在工作時由于面接觸且是間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，因此不易磨損，使用壽命長。另外凸輪機(jī)構(gòu)制造加工困難，易磨損。 (3)對于紙板的固定，選用剛性彈簧夾：a、在走紙時，相對普通夾子而言，由于剛性彈簧力的作用，可以自動的將紙板夾緊，并準(zhǔn)確平穩(wěn)的走紙；b、在夾緊和松開紙板時，運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)和剛性彈簧的配合使用，能準(zhǔn)確、方便、自動的實現(xiàn)紙板的夾緊和松開動作。另外，使用普通夾子較難實現(xiàn)

7、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。3、最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇殊齒輪組選用特；紙板的固選用剛性彈簧夾。（二） 模切沖壓機(jī)構(gòu)的選型 1、可選機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)供選機(jī)構(gòu)急回機(jī)構(gòu)直動推桿凸輪機(jī)構(gòu)平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2、選型原因：a、相對凸輪機(jī)構(gòu)而言，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副一般均為低副，其運(yùn)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。b、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計、加工制造容易，經(jīng)濟(jì)性好，且低副一般為幾何封閉，工作的可靠性好。c、在滿足運(yùn)動要求的條件下，連桿機(jī)構(gòu)可以靈活改變各桿件的相對長度來調(diào)節(jié)運(yùn)動規(guī)律，適用性強(qiáng)。另外，凸輪機(jī)構(gòu)增力效果差，設(shè)計加工制造

8、困難，適用性差。3、 最終選型：平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。五、 機(jī)械運(yùn)動方案的評定和選擇由上述運(yùn)動循環(huán)圖及題設(shè)要求可知，“半自動平壓模切機(jī)”主要分為三大部分：動力傳動機(jī)構(gòu)；走紙機(jī)構(gòu)；沖壓模切機(jī)構(gòu)。其中動力傳動機(jī)構(gòu)又分為動力傳遞機(jī)構(gòu)和變速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。走紙機(jī)構(gòu)分為：紙板的輸送機(jī)構(gòu)，紙板的停歇機(jī)構(gòu)和紙板的固定機(jī)構(gòu)。沖壓模切機(jī)構(gòu)為急回機(jī)構(gòu)。 備選機(jī)構(gòu)列表： 機(jī)構(gòu)供選機(jī)構(gòu)類型 紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動 紙板的停歇機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)特殊齒輪組 紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子急回機(jī)構(gòu)直動推桿凸輪機(jī)構(gòu)平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動力傳遞機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器V形帶變速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)單級蝸桿傳動機(jī)構(gòu)錐-圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)由上述備

9、選機(jī)構(gòu)可得32種備選機(jī)械運(yùn)動方案，從中選出3種典型可行方案如下：方案A：雙列鏈輪傳動-特殊齒輪組-剛性彈簧夾-平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)-V形帶-圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)方案B：雙列鏈輪傳動-凸輪機(jī)構(gòu)-剛性彈簧夾-直動推桿凸輪機(jī)構(gòu)-聯(lián)軸器-錐-圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)方案C： 皮帶輪傳動-凸輪機(jī)構(gòu)-普通夾子-直動桿凸輪機(jī)構(gòu)-聯(lián)軸器-單級蝸桿傳動機(jī)構(gòu)典型可行方案評定方案A：1、示意圖剛性彈簧夾2、分析與評定(1)機(jī)械功能的實現(xiàn)質(zhì)量由于V形帶和齒輪的組合傳動，功率損失小，機(jī)械效率高，可靠性高；平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)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(wù)；使用剛性彈簧夾自動的實現(xiàn)紙板的夾緊與松開動作，并

10、運(yùn)用特殊齒輪組完成走紙的間歇運(yùn)動和準(zhǔn)確的定位，以實現(xiàn)與沖壓模切的協(xié)調(diào)配合。(2)機(jī)械的運(yùn)動分析在同一傳動機(jī)構(gòu)的帶動下，特殊齒輪和雙列鏈輪機(jī)構(gòu)共同完成走紙的準(zhǔn)確定位，運(yùn)動精度高，并且能和沖壓模切運(yùn)動很好的配合完成要求動作工藝。(3)機(jī)械動力分析平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有良好的力學(xué)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(jī)構(gòu)（特別是六桿機(jī)構(gòu)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。(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)合理性該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸設(shè)計簡單，機(jī)構(gòu)重量適中。(5)機(jī)械經(jīng)濟(jì)性平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計，加工制造簡單，使用壽命長，維修容易，經(jīng)濟(jì)成本低，

11、雖然特殊齒輪組設(shè)計加工難度較大，成本偏高，但與其他等效備選機(jī)構(gòu)相比，其能更好的實現(xiàn)工作要求，以帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。方案B：1、 示意圖 2、分析與評定(1)機(jī)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(jī)構(gòu)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(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)帶動走紙機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動，由于長時間工作而磨損變形，會造成走紙機(jī)構(gòu)無法準(zhǔn)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(jī)械運(yùn)動分析凸輪的長期間歇運(yùn)動導(dǎo)致微小誤差積累，從而引起走紙定位的準(zhǔn)確性下降，最終引起各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的配合運(yùn)動失調(diào)。(3)機(jī)械動力分析直動推桿凸輪機(jī)構(gòu)難以承受很

12、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(xué)要求；該方案中的凸輪機(jī)構(gòu)（包括機(jī)構(gòu)中的兩個凸輪機(jī)構(gòu)）耐磨性差。(4)機(jī)械結(jié)構(gòu)合理性該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機(jī)構(gòu)的使用，造成整體機(jī)構(gòu)的尺寸很重量都較大。(5)機(jī)械經(jīng)濟(jì)性由于凸輪機(jī)構(gòu)和錐圓柱齒輪的設(shè)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(jì)成本均較高。方案C：1、示意圖普通夾子 2、分析與評定(1) 機(jī)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(zhǔn)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(yīng)輔助手段較多；采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境適應(yīng)好，但傳動效率低，不適宜于連續(xù)長期工作?？傮w上機(jī)械功能的

13、實現(xiàn)質(zhì)量很差。(2) 機(jī)械運(yùn)動分析皮帶傳送易磨損、打滑，走紙運(yùn)動的精度低，又因很難實現(xiàn)準(zhǔn)確定位與沖壓模切的協(xié)調(diào)性差。(3) 機(jī)械動力分析直動推桿凸輪機(jī)構(gòu)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(xué)要求；該方案中的凸輪機(jī)構(gòu)（包括機(jī)構(gòu)中的兩個凸輪機(jī)構(gòu)）和平帶耐磨性差。(4) 機(jī)械機(jī)構(gòu)合理性該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機(jī)構(gòu)的使用，造成整體機(jī)構(gòu)的尺寸很重量都較大。(5) 機(jī)械機(jī)構(gòu)經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)和蝸桿機(jī)構(gòu)的存在，經(jīng)濟(jì)成本還是很大。綜上所述，從機(jī)械功能的實現(xiàn)質(zhì)量、機(jī)械運(yùn)動分析、機(jī)械動力分析、機(jī)械結(jié)構(gòu)合

14、理性、機(jī)械經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合考慮，方案A各方面性能均優(yōu)，故選擇其為最優(yōu)方案。六、 機(jī)械傳動設(shè)計（一） 傳動比的分配1、 總傳動比： i=nmnw=58.62、 分配傳動比： i=i1·i2 （i1，i2分別為皮帶和減速器傳動比），為使V型帶傳動外廓尺寸不至過大，初步取i1=2.8， 則 i2=ii1=58.62.8=20.93 同理，按展開式考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪直徑相近，由展開式曲線，查得 i3=5.70，則 i4=i2i3=3.67（二） 齒輪組的設(shè)計根據(jù)（一）中傳動比的分配設(shè)計以及整體尺寸綜合考慮，查圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表（GB/T 13571987）得： （1）、m1=

15、2 a1=113mm z1=20 z2=z1·i3=20×5.70=114 （2）、m2=3 a2=139.5mm z1=20 z2=z1·i4=20×3.67=73 （3）、m3=0.5 a3=27.5mm z1=60 z2=z1·I=60×50 r/min60.218 r/min=50 （4）、m4=6 a4=180mm z=30 由z·m·z·m·=t2t=0.5221.2=0.435得z=13 （六） 剛性彈簧夾及其配合凸輪的設(shè)計 剛性彈簧夾及其配合凸輪的尺寸如上，按設(shè)計要求配合凸輪只需

16、完成在規(guī)定時間內(nèi)將夾子頂開和松弛兩個動作，故采用勻速運(yùn)動規(guī)律即可滿足運(yùn)動要求。雖然受剛性沖擊，但是作用力很小，運(yùn)動要求簡單，所以可以滿足設(shè)計要求。故可得，推桿的位移曲線圖如下： 其中 t1t×360°=0.6781.2×360°=203.4° （t1為模塊上升時間，t為周期）凸輪角速度為=2t=0.6 rad/s ,轉(zhuǎn)速：n=30=50 r/min（七） 平面六桿滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計12 AB=b-a,BC=e，CD=c，AD=d，CG=f，AC=a+b由設(shè)計要求可得極位夾角=K-1K+1×180°=23.478° H=5

17、0mm在ABC和BCD中，由余弦定理得：c21-cos=a21+cos+b2（1-cos）同理，在BDF和CDG中分別可得：cos1=c2+l2-f22c·l cos2=c2+（l+H）2-f22c·（l+H） 則 =1-2在ABC中，得 cos=e2+（a+b）2-（b-a）22e（a+b） =90°-12- 故d=（a+b）2+c2-2（b+a)·c·cos另外桿a為曲柄的條件為：（1） 在a、b、c、d四桿中，a為最小，c為最大；（2） a+cb+d 根據(jù)以上分析，可取 l=500mm c=400mm f=300mm 帶入以上公式可得 a

18、2×1.917+b2×0.083=480 考慮a為曲柄的條件，可得各桿長 a=15mm b=36.2mm c=400mm d=387.9mm f=300mm l=500mm七、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖4321VVIIVIIIIII 附：特殊齒輪組（4）的簡圖八、 傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸計算 （一） 軸的參數(shù)（1） 各軸轉(zhuǎn)速 InI=nmi1=29302.8=1046.43 r/min II. nII=nIi3=1046.435.7=183.58 r/min III. nIII=nIIi4=183.583.67=50.02 r/min（2）各軸輸入功率 PI=Pd·1=6.9

19、38×0.96=6.66 kw PII=PI·2·3=6.66×0.98×0.97=6.33 kw PIII=PII·2·3=6.33×0.98×0.97=6.02 kw 輸出功率： PI=PI·2=6.53 kw PII=PII·2=6.20 kw PIII=PIII·2=5.90 kw（2） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩： Td=9550×Pdnm=9550×6.9382930 N·m= 22.61 N·m TI=Td·i1·1

20、=60.79 TII=TI·i3·2·3= 329.36 N·m TIII=TII·i4·2·3=1149.04 N·m輸出轉(zhuǎn)矩： TI=TI·2=59.57 N·m TII=TII·2=322.77 N·m TIII=TIII·2=1126.06 N·m由上述各項得：軸名功率 P（kw）轉(zhuǎn)矩 T（ N·m）轉(zhuǎn)速nr/min傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電動機(jī)軸6.93822.6129302.80.96I軸6.666.5360.7959.57104

21、6.435.700.95II軸6.336.20329.36322.77183.583.670.95III軸6.025.901149.041126.0650.02（二） 凸輪運(yùn)動曲線圖（三） 平面六桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動曲線圖通過SolidWorks中COSMOSMotion三維實體仿真模擬獲得各機(jī)構(gòu)桿件運(yùn)動草圖如下： （1） 各桿件角速度圖桿件b桿件f桿件c （2） 各桿件角加速度圖桿件b桿件f桿件c（3） 各桿件質(zhì)心速度圖桿件a桿件b桿件f桿件c（4） 滑塊運(yùn)動曲線圖滑塊質(zhì)心位置滑塊質(zhì)心速度滑塊質(zhì)心加速度九、 飛輪設(shè)計根據(jù)平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動曲線圖，可知：在0.12秒時，等效構(gòu)件（零件2-1）有最

22、大角速度max，由圖得v=-0.127m/s, 3=0.1897rad/s, 5=0.2058rad/s, 7=-0.3437rad/s, v2=-0.0269m/s,v3=-0.051m/s, v5=-0.024m/s, v7=-0.088m/s.在0.66s時，等效構(gòu)件的角速度可近似為0=50r/min=5.233rad/s, 由圖v=-0.094m/s, 3=1.0772rad/s, 5=-0.1221rad/s, 7=-0.2224rad/s， v2=0.0168m/s,v3=0.031m/s, v5=0.0165m/s, v7=0.0598m/s.在1.05秒時，等效構(gòu)件有最小角速度min，由圖得v=0m/s, 3=-2.4095rad/s, 5=-0.0174rad/s, 7=-0.0470rad/s, v2=0.02829m/s,v3=0.029m/s, v5=0.011m/s, v7=0.000159m/s.選桿件材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其密度=7.85×10