半自动模切机运动方案拟定

1、-机械原理课程设计一.机械原理课程设计的目的机械原理课程设计的目的n是机械类学生第一次进行的机械运动方案设计和传达装置结构设计.n是对已学机构的分析和综合.n是培养学生初步掌握机械设计方法所不可缺少的一个重要教学环节 n培养学生对已学的基础知识：如制图、力学、机械制造基础、机械原理、机械设计等课程的综合运用能力 对参加课程设计的同学的要求n积极思考n广为涉猎n大胆创新n认真仔细二二.半自动平压模切机半自动平压模切机（以下简称模切机）简介（以下简称模切机）简介 n2.12.1课题说明课题说明n模切机模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备，该机可对各种规格的纸板和厚度在6mm以下的

2、瓦楞纸板进行压痕、切线。沿切线去掉边料后，可折成各种纸盒、纸箱或压制各种富有立体感的精美凹凸商标和印刷品。2.2原始参数和设计要求原始参数和设计要求1）纸张尺寸为250mm250mm，由人工放入输送线上，双班制，每小时压制纸板20003000 张；2）模压行程H=500.5mm。回程的平均速度是工作行程平均速度的1.2倍左右。压力与模压行程的关系如图1所示。模压产生阻力F=0.4 106 0.8106 N，模压回程时不受力；3）模具和滑块的质量约为120Kg；4）在最后加压的5mm范围内施压性能良好，即增力性好，且在5mm范围内施压时间适当长些；5）工作台距离地面约1200mm；6）要求结构简

3、单紧凑、节省动力、便于制造，使用寿命为十年。三三.模切机运动方案的确定模切机运动方案的确定 n3.1工艺动作分解工艺动作分解 纸箱或纸盒的压痕、切线、压凹凸，都要用凹模和凸模加压，为此纸板需定位、夹紧，再送到模压位置加压，之后将加压后的纸板送走。因此，模切机的工艺动作可分解为三个动作： 1. 控制夹紧装置张开、夹紧、 2.送料 3.加压模切。3.2运动方案的构运动方案的构3.2.1送料机构的选择送料机构的选择 n为了保证模压时的相对位置精度，纸板在输送过程中，必须定位、夹紧。比较简单而可靠的方法是利用带有夹紧片的双列链条，如图2所示。n链轮的运动可由间隙运动机构（如不完全齿轮机构等）控制。n两

4、链条之间有固定模块4（固定模块的条数和间距L可根据整机尺寸确定，与链轮中心距有关，通常L可取5条），其上装有夹紧片8，n当推杆7顶住夹紧片时，夹紧片张开，此时在工作台10上，由人工放入纸板6，当推杆7下降时，夹紧片8靠弹力自动夹紧纸板，推杆的动作可用凸轮控制。n在间隙机构控制下输送链条带着纸板移动距离L，在模切工位上停止移动，进行模切。n同时在另一个工位上推杆推开夹紧片，工人再放入纸板，输送链再将切好的纸板送至指定工位，由固定挡块9迫使夹紧片张开，纸板落到收纸台上。3.2.2模切运动方案的构思及筛选模切运动方案的构思及筛选n工艺动作分解后，接着应考虑采用哪几种机构的组合来实现这些动作，即要进行

5、机械运动方案的构思 。n构思机械运动方案 的方法有： 列举法 黑箱法 筛选法 等用筛选法选择模切机的加压方法（关联树法）由由左左模模向向右右模模加加压压左左右右模模同同时时加加压压由由右右模模向向左左模模加加压压由由下下模模向向上上模模加加压压加压方法加压方法水平加压水平加压垂直加压垂直加压由由上上模模向向下下模模加加压压上上下下模模同同时时加加压压筛选1。水平加压不利于纸板输送系统的布置 - 排除2。垂直加压中 .上下模加压不利于对准 - 排除 .下模固定上模压干扰链条送料- 排除 .上模固定下模压 - 可行.筛选结果：采用由下往上压的方案，即执行构件作往复直线运动。 传动系统运动方案构思

6、怎样把水平方向的旋转运动经减速后变换为垂直方向的往复直线运动 ？能实现以上运动的机构有：1。齿轮减速后的曲柄滑块机构 2。曲柄滑块机构演变而成一些带滑块的六杆 机构 3。经减速后的直动推杆盘形凸轮机构 4。螺母作往复转动的螺旋机构 5。齿轮作往复转动的齿轮齿条机构 方案比较方案 曲柄滑块机构 滑块的六杆机构 凸轮机构 螺旋机构 齿轮齿条机构 增力性 无 强 无 一般 无 加压时间 较短 较长 最长 短 较长 一级 较小 小 小 小 小 传动角 二级 - 较大 - 大 大 平稳性 较平稳 较平稳 有冲击 较平稳 较平稳 磨 损 与变形 一般 一般 剧烈 强 一般 效 率 高 高 较高 低 较高

7、结 构 简单 较简单 简单 最复杂 复杂 加 工 与装配 易 易 较难 难 难 成 本 最低 低 一般 较高 较高 运动尺寸 最小 最大 较小 较大 较大 比较结果：方案2最理想注：1。加压时间：在相同的施压距离5mm内，下压模移动所用的时间越长越有利。2。一级传动角：四杆机构的传动角 二级传动角：六杆机构中后四杆机构的传动角。3.3机构运动参数的确定机构运动参数的确定 机械运动的原始参数是进行机构设计与传统系统设计研究必须具备的数据。3.3.13.3.1原动件运动参数原动件运动参数 AB杆即是原动件，其运动参数为转速为n。一般可根据任务书规定的产量计算出每个工件的加工时间，如本题要求曲柄转一

8、圈，下模往复一次，压出一块纸板，其所需时间为T秒，则曲柄的转速为n=60/T rpm3.3.2主执行构件运动参数主执行构件运动参数n主执行构件是机构实现主要工艺动作的运动输出构件，其运动参数与运动形式有关。如本题的主执行构件是作往复运动，其运动参数主要是：行程H、行程速比系数K、每分钟往复次数、施压时的位移S和速度v等。3.3.3原动机的运动参数原动机的运动参数n原动机的运动参数通常有转动和往复移动两种形式。一般机械中普遍使用Y系列三相异步交流感应电动机作为原动机，常用的转速有3000、1500、750、300rpm四种。转速愈低，电动机重量愈重，价格愈高。但整体的总传动比则会小一些，反之总传

9、动比会增加。所以合理地选择原动机的转速是整机设计时不容忽视的一个环节。结合本课题的情况建议选用同步转速为1500rpm的交流电动机。3.4机械传动系统的拟定机械传动系统的拟定 3.4.1主运动链和辅助运动链主运动链和辅助运动链 n由原动机到主工作机构原动件之间的运动联系，称主运动链 n由主运动链中某一构件引出的运动链，通常称为辅助运动链 n为了保证主运动链和辅助运动链协调配合运动，通常主工作机构的原动件和辅助运动链的原动件都集中在同一根轴。 本课题中使下压模作往复直线运动的该级机构为主工作机构。为了使辅助运动链的执行构件与主运动链的执行机构有序地协调动作，它们的原动件即曲柄16、凸轮14、不完

10、全齿轮12安置在同一根轴III上3.4.2运动链中各机构的排列运动链中各机构的排列高高速速级级 低低速速级级 摩摩擦擦传传动动、带带传传动动 链链传传动动 减速 齿齿轮轮 传传动动 减速 原原 动动 件件 执执行行机机构构 凸凸轮轮机机构构、连连杆杆机机构构、间间隙隙运运动动机机构构 3.4.3传动比的确定传动比的确定n当已知主工作机构的原动件转速nc和原动件的额定转速nn后，则主运动链的传动比为i=nn/nc。若主运动链各传动机构是串联组合，则ic= i1i2i3n各级传动比的分配，一般应考虑下述原则：1。每级传动比应在该类传动机构推荐的常用范围内选取。 2。各级齿轮传动的传动比，一般按递增

11、的次序排列，即从高速级到低速级，传动比遂级放大。这可使机构较为紧凑，系统的等效转动惯量减小，系统传动精度较高 四。机构的工作循环图四。机构的工作循环图 n定义定义：表示机械在一个工作循环中，各执行构件运动相互配合关系的图形称工作循环图（或称运动循环图）n设计工作循环图时，应先选择主工作机构的执行构件作为定标件，以其起点作为基准，用它的转角(或时间)作为横坐标。各执行构件为纵坐标用于表出各执行机构运动的先后次序及相位 n工作循环图通常有直线式、圆击式、直角坐标式直线式、圆击式、直角坐标式三种 在设计本课题的工作循环图时要注意以下几点 ：。根据题设，下压模向上移动最后5是下压模的 施压区间，对应原

12、动件的转角为1，2。（2-1）愈大，施压效果越好，这是模切机运动设计应追求的主要目标。而2和1的数值则由运动分析后确定。为了保证纸板处于静止状态下模切，应使输送链比1角提前10停止，并滞后2角10开始转动。在夹紧工位上，应确保输送链轮停止转动后，推杆7（参阅图2）才升至最高位，顶动夹紧片松开，输送链轮2重新转动前，推杆7应迅速下降，使夹紧片夹紧纸板。在此期间，要保证有足够的时间将纸板送入夹紧片。模切机工作循环图示例下模块 六杆机构 上升 （加压） 下降 送纸机构送 链轮机构 转动 停止 1 转动 夹紧机构 凸轮机构 停止 上升 停止 00 1 2 3600 五。五。主体机构运动设计、运动分析和

13、力分析主体机构运动设计、运动分析和力分析 5.1主体机构的运动设计（或尺寸综合主体机构的运动设计（或尺寸综合 ） 机构的运动设计就是根据机械设计任务书的要求，对选定的一种总体设计方案进行运动设计，以满足根据该机械的用途、功能和工艺条件而提出的运动规律、机构的位置或某点轨迹的要求。 机械运动的设计内容包括： 1。机构主要特性尺寸的确定 2。机构运动参数的分析 3。传动比确定与分配等模切机主体机构设计思路n主工作机构-六杆机构由两个四杆机构曲柄摇杆机构ABCD和摇杆滑块机构DCE组成。n设计时为简单对称，取CD与CE杆长相等，其长度可根据工作台平面高度适当选取。n这样，摇杆最大摆角可以由滑块E1E

14、2=H=500.5mm及CD及CE杆长由几何关系求得。n曲柄摇杆机构的尺寸综合，则可以根据速比系数K=11.2、摇杆CD长及曲柄AB长应用图解法及解析法求连杆BC及机架AD的长。图解法可参看机械原理教材。解析法说明如下 ：综合具有急回作用的机构时，除给定行程速比系数 K 以外，一般还需要给定曲柄长 AB=a、 摇杆长 CD=c 及摇杆处于极限的夹角 、 而后求其余两杆 BC=b、AD=d 的长。参见图 7。 其求解方法步骤如下： 极位夹角 =18011KK 连杆长 b 因为 cos2212221221ACACACACCC 而 2sin2,2121cCCabACabAC 所以 cos1)cos1

15、()2/(sin22222acb 机架长 d 因为由几何关系得 2sin2sin)(2coscab 2)2sin2sin)(arccos()2(21cab 由AC1D 得 1cos21121212DCACDCACAD 即 1cos)(2)(222cabcabd 所以 d=1cos)(2)(22cabcab 则求 b，d 可编程序用计算机计算。 主体机构运动设计亦可用图解法，设计时由学生自己选择。 最后，还应根据 )2)(arccos(222minbcadcb 及 )2)(arccos(222minbcadcb 取两者中的小者作为传动角，并校验是否有 50min成立。 5.2主体机构运动分析主体

16、机构运动分析 n机构运动分析是目的是对于给定型式和结构尺寸参数的机构，按原动件的位置、速度和加速度，求解机构中其余构件上某些特定点的位置、速度、加速度。n机构运动分析的方法很多，主要有图解法和分析法两种。n图解法直观形象，物理概念清晰但精度不高且很繁琐。n解析法把机构问题从数学上进行深化分析，并结合计算机辅助计算。它具有速度快、精度高、便于理论分析的优点。 5.2.1铰链四杆机构的运动分析铰链四杆机构的运动分析 n在图8所示的铰链四杆机构中，已知各杆长l1，l2，l3，l4以及原动件AB的转角1和等角速度1=。要求确定连杆2和摇杆3的转角、角速度和角加速度。 n位置分析n为简便起见，选取原动件

17、固定铰链A为坐标原点，X轴与机架相连，从固定铰链点向外标出机架、连架杆和连杆的向量。各转角规定自X轴逆时针度量为正，反之为负。由此确定了各杆向量的指向后，机构就组成了一个封闭向量多边形。可写出封闭向量多边形的向量方程式。位置分析 为简便起见， 选取原动件固定铰链 A 为坐标原点，X 轴与机架相连，从固定铰链点向外标出机架、连架杆和连杆的向量。各转角规定自 X 轴逆时针度量为正，反之为负。由此确定了各杆向量的指向后，机构就组成了一个封闭向量多边形。可写出封闭向量多边形的向量方程式。 4321llll (1) 矢量)sincos(jile lll 分别向 X 轴和 Y 轴投影得： 33221143

18、32211sinsinsincoscoscoslllllll (2) 1133221143322sinsinsincoscoscoslllllll (3) 其中未知数为 2，3，消去 2求 3，两边平方并求和有： 2113321133422)sinsin()coscos(llllll 14131312131143212324cos2sinsin2coscos2cos2lllllllllll 0cos2cos2cos2sinsin2141242321223431313131llllllllllll 令： 131sin2llA 411343131cos22cos2lllllllB 14123212

19、2cos2lllllC 得： 0cossin33CBA (4) 令23tgx ，则有2312sinxx，22311cosxx 01112222CxxBxxA 022CBAxxBC BCCBAMABCCBAAx222222 即BCCBAMAtg22232 （其中 M=+1 或 M=-1） 则得：BCCBAMAarctg22232 (5) 根据装配条件，确定 M 的符号“+”或“-”。 同理，消去 3，可求解 2，其中令： 121sin2llD 411242121cos22cos2lllllllEos2llllllF 得： EFFEDMDarctg22222 (9) 速度

20、分析 对式两边求导，其中3322, 333222111333222111coscoscossinsinsinllllll (10) 解方程组得2332111332231112sinsinsinsinllll (11) 加速度分析 对(10)式再一次求导 323333322222221211111323333322222221211111sincossincossincoscossincossincossinllllllllllll (12) 解方程组得： 2332332322221121332232332222311212sincoscossincoscosllllllll (13) 5.2.

21、2 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 封闭矢量多边形 esll321 向 X，Y 轴投影 ellsll221232211sinsincoscos 解方程组，消去 2分别求得 2，s3： 11311221122113cossinsincoslsletgellMls (14) 对（14）式求导一次得： 0coscossinsin222111322211llvll (15) 解得： 221112212113coscoscossinlllv (16) 对（15）式再求导一次 0sincossincoscossincossin22222221211111322222221211111llllallll (17)

22、 22222212111122222122112113cossinsincoscoscossinllllla (18) 5.2.3 导杆机构导杆机构 闭矢量多边形： 314sll 对 X，Y 轴投影 331143311sinsincoscossllsl (19) 解方程组得： 11114314124213cossinsin2lllarctglllls (20) 对(19)式分别求导一次和两次可求得速度和加速度 31311313113cossinsllv (21) 33313211311313121131123332sincoscossinsvllllsa (22) 5.3主体机构的动力分析及飞

23、轮设计主体机构的动力分析及飞轮设计n5.3.1飞轮转动惯量计算飞轮转动惯量计算 平压模切机设计时必须考虑速度波动调节问题平压模切机设计时必须考虑速度波动调节问题。因为：因为：平压模切机负荷的特点是短期的高峰载荷和较平压模切机负荷的特点是短期的高峰载荷和较长期的空载互相交替长期的空载互相交替。如果按照工作行程所需的功率。如果按照工作行程所需的功率来选用电动机，要求的功率会很大。而用大功率的电来选用电动机，要求的功率会很大。而用大功率的电动机，又只是在很短工作行程时间内满负荷，大部分动机，又只是在很短工作行程时间内满负荷，大部分时间负荷很小，这样就会造成浪费，且速度波动很大，时间负荷很小，这样就会造成浪费，且速度波动很大，造成不良的效果。造成不良的效果。解决方法：解决方法：安装飞轮，使主轴的角速度较为均匀，安装飞轮，使主轴的角速度较为均匀，同时使冲