毕业设计（论文）-对称传动式剪板机设计

I毕业设计（论文）题目对称传动式剪板机学院机电工程学院专业班级学生姓名指导教师成绩摘要本次课题设计的是对称传动式剪板机，剪板机作为一种机械加工设备，体现现代机械化水平之一。随着科学进步的发展，剪板机技术也逐渐成熟。此次设计为对称传动式剪板机要求连续冲切，剪切力为16t，滑块行程为108mm。剪切次数60次/min。本文主要介绍了对称传动式剪板机的设计方法及设计过程，包括电动机的选择、带传动的设计、齿轮和轴等主要零部件的设计。主要是针对生产实习所遇到的老式剪板机的传动装置和执行机构等部分进行设计。传动装置选用V带传动和齿轮传动，执行机构选择曲柄滑块机构。设计过程中，对一些主要部件进行了强度校核。在剪板机的零件设计中，合理选择材料能够有效的延长压力机的使用寿命。在通过精心设计和提高加工零件尺寸精度的同时，也提高了劳动生产率，从而降低了产品的制造成本，增强了产品在市场上的竞争能力。 关键词：机械；剪板机；曲柄滑块；对称传动；全套图纸加V信153893706或扣3346389411AbstractAs

amodern

mechanical

equipment,the

position

of

plate-cutting

in

modern

society,is

indispensable.Shearinghasbeenwidelyusedinthenationaleconomyinallsectorsofindustrialproduction.Withthecontinuousdevelopmentofmachineryindustryneedsmoreandmoretoworkavarietyoftheplate-cutting.Thedesignissymmetricdrivetype,requiringcontinuouspunching,punchingstrength16tons,stoke108mm.Thispaperdescribesthedesignmethodofsymmetrictransmission-typelevelduringtheplate-cutting.Mainlyfortheinadequaciesoftheoriginalmachine,andpressesthetransmissionandtheimplementingagenciesandotherpartsofthesystemandstructuredesign.Vbelttransmissiongearselectionandgeardrive;implementingagenciesselectedslider-crankmechanism.Crankslidermechanismforselectionoftheimplementation,Someofthemajorcomponentsofthedesignwaschecked.Partinthedesignoftheplate-cutting,areasonablechoiceofmaterialscaneffectivelyextendtheservicelifeofpress.Inimprovingtheprocessingpartssizeprecisionatthesametime,improvelaborproductivity,therebyreducingthemanufacturingcostoftheproduct,enhancethecompetitionabilityofproductsintheonthemarket.Keywords:Mechanical、Theplate-cutting、MachineShearing、Symmetrictransmission目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题背景 11.2国内外研究现状 11.3本次设计的主要内容 1第2章方案论证 22.1传动方案的确定 22.1.1液压传动方案 22.1.2机械传动方案 22.2总体传动方案 3第3章电动机的选择 43.1电动机类型和结构形式的选择 43.2电动机的功率和转速的选择 43.2.1确定连杆长度 43.2.2确定连杆的长度 43.2.3受力分析 53.2.4剪板机对偏心轴的最大扭矩 63.3计算传动装置的运动和动力参数 73.3.1确定传动比和分配各级传动比 73.3.2计算各轴的转速、功率、及扭矩 73.4电动机的校核 8第4章带传动的设计及计算 94.1带轮的设计计算 94.1.1带型的选择 94.1.2确定带轮基准直径 104.1.3确定带的传动中心距和基准长度 104.1.4验算主动轮上的包角 114.1.5确定带的根数 114.2确定带的预紧力及作用在轴上的轴压力 124.2.1计算预紧力 124.2.2作用在轴上的轴压力 124.3带轮的结构设计 124.3.1小带轮的结构设计 124.3.2大带轮的结构设计 14第5章齿轮设计 165.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 165.1.1齿轮类型的选择 165.1.2齿轮材料和精度等级的选择 165.1.3齿数的选择 165.2按齿面接触强度设计 175.2.1计算许用应力 175.2.2计算几何尺寸 185.3按齿根弯曲强度设计 195.3.1确定公式内各参数的值 195.3.2设计计算 205.4几何尺寸计算 215.4.1计算分度圆直径 215.4.2计算中心距 215.4.3计算齿轮宽度 21第6章轴的设计与校核 226.1传动轴的设计及尺寸计算 226.1.1轴材料的选择 226.1.2初步确定轴的最小直径 226.1.3轴的结构设计 226.2主轴的设计及尺寸计算 296.2.1轴材料的选择 296.2.2初步确定轴的最小直径 296.2.3轴的结构设计 29第7章轴承的选择与校核 367.1轴承的选择 367.2轴承的校核 36第8章曲柄滑块机构的设计及运动学分析 378.1连杆结构的设计 378.2曲柄滑块的运动学分析 398.2.1位移分析 398.2.2速度分析 408.2.3加速度分析 408.3剪切能力的计算 43第9章其他部件的设计 459.1剪刀的设计 459.2滑块和导轨的设计 459.2.1导轨截面的选择 459.2.2导轨材料及热处理 459.2.3导轨长度的选择 469.3机座的设计 469.3.1机架的作用 469.3.2对机座的主要要求 469.3.3结构尺寸 46第10章模具设计 47第11章三维设计 50第12章运动仿真 53第13章数控编程 55结论 63参考文献 64致谢 66第1章绪论1.1课题背景在经济发达的今天，产品的市场竞争日趋激烈，在保证产品质量的前提下，如何提高产品加工精度和降低生产成本是提高产品竞争力的关键所在。产品成本一般包括材料、工件的损耗、机床折旧、工人薪资和其他管理等费用，它们与劳动生产率相关，因此对机械设备的改造创新以提高产品加工效率是降低产品成本最有效的途径。机械工业担负着向国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性作用。机械设计制造是机械产品研发的第一道工序，关系到产品的质量性能、研发周期和技术经济效益。所以通过产品设计、制造和广泛使用各种先进的机器，就能大大的促进国民经济快速发展，加速我国社会主义现代化建设进程。机械在工业、农业、国防等方面已得到广泛的应用，在国民经济中占据着重要的地位，机械工业的生产水平是国家现代化建设水平的主要标志之一。工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展反应出来。目前我国较多的机械制造企业中所使用的加工设备大多已陈旧过时，特别是剪板机，无论是从加工效率还是加工质量上都远远落后于国外。对称传动式剪板机是一种典型的对称传动式机械设备，主要用于剪裁各种尺寸金属板材的直线边缘。该设备应用广泛，具有结构简单、维修方便、经济实用、成本低的优点，所以本次要设计一台解决老式剪板机的缺点，并且进行改造创新。具有实际意义的对称传动式剪板机。1.2国内外研究现状在汽车、航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车行业要求生产规模化、车型个性化和大型覆盖件一体化。进入21世纪，我国汽车制造业飞速发展，面对这一形式，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。目前国内的压力机械通过自行研发与国外进行多种方式的生产技术合作，有了较快的发展，质量和技术水平有了明显的提高，而不少国外的产品则展示了当前国际上的先进技术。国外近十年来，机械传动的剪板机结构上并没有多大发展，仍然是以曲柄机构及偏心传动为主，其中又有上传动和下转动之分，下传动结构重心低，高度小，立柱不承受负荷，全部负荷由偏心到刀架之间的连杆所承受，因此，重量轻，但下传动装置也有它的缺点，如装板条的手推车不能推入剪板机内直接靠近刀片。目前在国外，特别是工业发达的国家剪板机的发展已达到一个相当高的水平。其发展趋势向着平稳、高精度、高质量、节能、环保、数控、职能的方向发展。1.3本次设计的主要内容本设计“对称传动式剪板机”具有机构简单，使用可靠，维修方面，成本低，运转平稳，生产效率高等优点。本次设计主要是完成了动力源，为剪板机提供动力和运动驱动部分；传动系统，传递动力部分；执行系统，完成执行动作的部分以及其他辅助机构的设计。同时考虑剪板机的几何精度、运动精度、定位精度。具体的来说主要内容包括电动机、带传动、齿轮、轴以及其他主要零件在老师的认真指导下，使之更加完善，对部分系统及结构进行了改进和创新，使之更适应实际工作的要求。第2章方案论证2.1传动方案的确定2.1.1液压传动方案剪板机的传动方式很多：液压传动、气压传动、机械传动等，液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳、噪声小、安全可靠、可以进行单次连续剪切，剪切厚度也较机械传动的厚。但是对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也高，而且液压传动存在“泄露”问题造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，从而影响液压传动工作的平稳性，液压剪板机的维修也不是很方便，需要掌握一定的专业知识。所以适应环境能力小，因此，此次设计不选用液压传动方案。综上所述，选用机械传动方案，机械传动具有结构简单、易操作、成本低等优点。2.1.2机械传动方案凸轮机构和曲柄滑块机构都能实现剪板机的切削动作。如图2-1所示，主轴的转动带动凸轮转动，凸轮升程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始位置，准备下一个动作循环。凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，故选取曲柄滑块机构（图2-2），该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用等优点。2.2总体传动方案综合考虑，此次剪板机设计的总体方案为：由电动机经过一级带轮减速及一级齿轮减速驱动主轴上的对心曲柄滑块机构，使滑块作往复运动，进行剪切动作，剪板机的剪切力是16t，行程是108mm，每分钟剪板60次。设计传动系统图如图2-3图2-2传动系统图第3章电动机的选择3.1电动机类型和结构形式的选择选择电动机的原则是：保证正常工作，并具有一定过载保护能力的前提下，综合考虑工作情况和经济性的要求，尽量选择容量较小，通用性较强，电能消耗低的型号。Y系列三相异步电动机为全封闭式自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员会（IEC）标准设计，具有国际互换性的特点，能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便等优点。综上所述，考虑选择剪切力，行程及工作条件，选用Y系列一般用途的封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。3.2电动机的功率和转速的选择3.2.1确定连杆长度根据设计要求，滑块的行程为108mm，则曲柄的半径为3.2.2确定连杆的长度由文献[3]及[4]如图3-1所示，角是在该位置（角）连杆的压力角，角为传动角。传动角越大，对机构越有利，为了保证机构有良好的传动性，取由关系得：（3-1）（3-2）图3-1 曲柄滑块机构简图由于的最大值为1，则由公式（3-2）得（3-3）对比样机，综合考虑剪板机的整体结构尺寸最后取3.2.3受力分析剪板机工作时，曲柄带动连杆以力F带动滑块向下运动，忽略导轨和滑块的摩擦阻力，就将F向水平和竖直方向分解如图所示：图3-2受力分析 为作用于板料的剪切力 为作用于导轨产生的摩擦力因为（3-4）（3-5）当时，公式（3-5）得，则，故故有：,.3.2.4剪板机对偏心轴的最大扭矩主轴所受最大扭距时，曲柄必垂直于连杆。由于角很小，,取时扭矩等于等于（3-6）根据设计要求剪切力，则根据文献[5]曲柄滑块机构的输入功率大于输出功率,等效于电动机提供的扭矩要大于等于剪切阻力，则（3-7）又公式（4-7）的电动机的功率取带轮的传动效率，滚动轴承的效率，齿轮的效率，则总效率为（3-8）则又公式（3-7）及（3-8）得所需电动机最小功率为（3-9）则根据，又文献[4]表19-1，选取转速为1500r/min4级型号为Y280S-4的电动机。其中参数如下所示：表3-1Y280S-4系列三相异步电动机技术数据电动机型号同步转速额定功率满载转速堵转电流堵转转矩最大转矩Y280S—4kw额定电流额定转矩额定转02.22.23.3计算传动装置的运动和动力参数机器传动系统的传动参数，主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零件设计计算的重要依据。3.3.1确定传动比和分配各级传动比设计希望剪板机在连续工作时每分钟的剪切能力为60次/min，每剪一次，曲柄转动一周，则取曲柄的转速为，由于电动机的转速则总传动比为（3-10）由于（3-11）取带轮的传动比则齿轮的传动比3.3.2计算各轴的转速、功率、及扭矩转速：电动机：I轴：II轴：功率：电动机：I轴II轴扭矩：电动机I轴II轴3.4电动机的校核上述计算结果说明，即，即所以电动机满足要求将上述计算汇如下表：参数/轴名电机轴I轴II轴转速148037060功率69.5366.4164.01转矩448.661714.110188.26传动比446.17效率10.9550.965第4章带传动的设计及计算带传动是一种挠性传动。带传动的基本组件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带（图4-1）。当主动轮1转动时，利用带轮和传动带的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带2传递给从动带轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。图4-14.1带轮的设计计算带轮的计算功率是根据传递功率并考虑到其本身性质及每天工作的时间等因素确定的一个工况系数，来保证带轮长期有效的工作式中：——计算的功率——传动的额定功率（）——工况系数又文献[3]查的，由于载荷变动较大，每天工作时间小于10小时，取。 4.1.1带型的选择根据和小带轮转速，由文献[9]查图26-2选择普通V带D型。4.1.2确定带轮基准直径查参考文献[3]查表8-8取主动轮直径。则外径为大带轮的基准直径则其外径为根据公式验算V带轮速度 （4-3）代入数据得4.1.3确定带的传动中心距和基准长度由于中心距未给出，可根据传动的结构需要初步中心距取（4-4）初选中心距计算所需带的基准长度（4-5）由文献[6]最后选取，则实际中心距为：，则实际的中心距为： （4-6）取整最后得。4.1.4验算主动轮上的包角（4-7）所以满足要求。4.1.5确定带的根数（4-8）式中： ——包角系数，查得=0.95 ——长度系数，查得文献[3]得——单根V带的基本额定功率，查得15.63kw——单根V带额定功率的增量，查得代入数据得:取整Z=44.2确定带的预紧力及作用在轴上的轴压力4.2.1计算预紧力（4-9）用带入上式，并且考虑包角对所需预紧力的影响，可将的计算公式写为：（4-10）式中：——V带单位长度的质量将已知量代入公式（5-10）得4.2.2作用在轴上的轴压力如果不考虑带两边的压力差，则轴压力可近似以带的预紧力的合力来计算（4-11）式中：Z——带的根数——单根带的预紧力——主动轮上的包角4.3带轮的结构设计4.3.1小带轮的结构设计1、材料：HT2002、确定带轮的形式由电动机Y280S-4查参考文献[4]得：电机轴，电机轴伸出长度为E=140mm，且已知小带轮的基准直径，因为所以小带轮采用轮辅式结构。带轮的基准直径为355mm，外径371mm。3、轮槽的尺寸查文献[7]表8-10得带轮的轮槽尺寸如下：轮槽基准宽度基准线上槽深基准线下槽深槽间距第一槽对称面至端面的距离最小轮缘厚轮槽角轮槽结构如图4-2所示：图4-2槽轮结构4、确定小带轮外形结构带轮宽：带轮外径：轮缘外径：，取轮毂长度：因为所以，取，取C=25小带轮的结构如图4-3所示图4-3小带轮结构4.3.2大带轮的结构设计1、材料：HT2002、确定带轮的结构形式初选大带轮的轴径，已知大带轮的基准直径，所以大带轮选用辐射是结构。3、槽轮尺寸同小带轮4、轮缘及轮毂大小尺寸：带轮宽：带轮外径：轮毂外径：，取轮毂长度;由所以 ，取(4-12)式中：P——传递的功率，为57.8kw N——带轮的转速，为370r/min ——轮辐数，取=4大带轮的结构如图4-4图4-4大带轮机构第5章齿轮设计齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一。形式很多，应用广泛，效率高，圆周速度可达200m/s，机构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定。齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等特点。本次采用半开式齿轮传动。此设计剪板机的齿轮传动采用直齿圆柱齿轮传动。应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但对齿面抗磨损能力的计算方法迄今不够完善，故此次以保证齿根弯曲疲劳作为设计准则。5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5.1.1齿轮类型的选择根据设计的传动方案选择直齿圆柱传动。5.1.2齿轮材料和精度等级的选择由于机械工作时属于中等冲击，选取大小齿轮的材料均为45钢（调质），齿面硬度：255HB，大齿轮的材料均为45钢（常化）硬度217HB。取中间值，则大齿轮为263.5HB，小齿轮为293.5HB.因其表面进过调制处理，故选用8级精度。5.1.3齿数的选择为了避免根切现象，对于压力角为的标准直齿圆柱齿轮，应选的小齿轮齿数，而因剪板机所用的齿轮为开式齿轮传动，现选取小齿轮的齿数，则大齿轮的齿数，取整之后的。5.2按齿面接触强度设计5.2.1计算许用应力由文献[3]得设计公式（5-1）式中选取载荷系数小齿轮传递的转矩由文献[7]查取齿宽系数查得材料的弹性影响系数按齿面硬度查得大齿轮解除疲劳强度极限，小齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数（工作条件：假设工作寿命10年，每年按300天算，两班制，，每班四个小时）（5-2）式中齿轮的转速齿轮每转一周同一齿面啮合的次数j=1工作寿命由文献[3]查得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1（5-3）（5-4）5.2.2计算几何尺寸1、小齿轮分度圆直径将以上所有数据代入公式（5-1）有取整后得2、计算圆周速度（5-5）3、计算齿宽（5-6）4、计算齿宽与齿高之比模数（5-7）5、齿高 （5-8）6、比值 （5-9）计算载荷系数根据，8级精度，由文献[3]查得动载荷系数，由直齿轮假设；由表查得,。小齿轮相对支撑为悬挂式(5-10）将数据代入公式得并且由b/h=4.44,8级精度，并且调质处理，查得弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数，故载荷系数(5-11)7、按实际的载荷系数校正所得分度圆直径（5-12）8、计算模数（5-13）5.3按齿根弯曲强度设计根据文献[3]由齿根弯曲强度的设计公式（5-14）5.3.1确定公式内各参数的值计算载荷系数（5-15）由文献[7]查取齿型系数，查取应力校正系数,小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。由文献[7]查得弯曲疲劳寿命系数,。计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由得（5-16）（5-17）计算大、小齿轮的并加以比较（5-18）小齿轮的数值大5.3.2设计计算（5-19）对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的模数7.9并就近圆取整为标准值m=8mm。接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮的齿数：（5-20）大齿轮齿数取这样设计出的齿轮，既能满足齿面解除疲劳强度，又能满足齿根弯曲疲劳强度，并且做到机构紧凑，避免浪费，降低成本。5.4几何尺寸计算5.4.1计算分度圆直径;.5.4.2计算中心距 （5-21）5.4.3计算齿轮宽度为了避免大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减少而增加大齿轮的工作载荷，通常将小齿轮的齿宽在圆整数值的基础上加宽5～10mm。故取小齿轮的齿宽大齿轮的齿宽第6章轴的设计与校核轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。轴的结构设计是根据轴上的零件安装、定位以及轴的制造工艺的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。所以轴的设计很重要！6.1传动轴的设计及尺寸计算6.1.1轴材料的选择轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用压制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造传动轴比较合理。故选用45号钢作为轴的材料。6.1.2初步确定轴的最小直径由于轴的材料为45号钢，查文献[3]由公式：（6-1） 取得考虑到稳定性要求和结构的需要，参考样机尺寸对轴进行放大，故6.1.3轴的结构设计（1）、选用滚动轴承：因为轴承不承受轴向力和定位要求，可选普通滚动轴承即可，选用深沟球轴承，从文献[10]查表7-2-43得选轴承217号。基本尺寸为 （2）、初步设计轴的结构为了满足大带轮的轴向定位要求5-6右端设计出一轴肩。取C、D处直径d=80其他尺寸见图6-1传动轴的结构及尺寸。图6-1传动轴的结构及尺寸（3）、轴上零件的轴向定位齿轮和皮带轮与轴的轴向定位均采用平键联接。有文献[3]查得，平键轴与小齿轮选用平键，长度取L=110mm，与大齿轮选用平键，长度取125mm（4）、键的校核键传递的扭矩为：T=1714.1由文献[3]选取[P]——键、轴和轮毂三者中最弱材料的许用压力为120MPa取k——键与轮毂的接触高度，k=0.5h，k=0.514=7由公式（6-2）键的强度通过。（5）圆角和倒角由文献[3]表15-2选取倒角为，各轴肩圆角半径R=2.5mm（6）支撑反力、弯矩及扭矩的计算支撑力：轴的受力情况如图6-2所示水平受力图如下根据图6-3所示列方程得,,水平受力图如下根据图6-3所示列方程得 (6-3) (6-4)解得,，根据图6-4所示列方程解得 ,，弯矩： (6-5)(6-6) (6-7)(6-8) (6-9)水平、垂直以及合力弯矩图如图6-5（a,b,c）所示图6-5弯矩图扭矩：大带轮的扭矩：小带轮的扭矩：扭矩图如下图6-6图6-6扭矩图（7）精确校核轴的疲劳强度<1>判断危险截面根据应力集中部位和载荷分布对选取的六个方面进行分析，截面1、2、3、与4、5、6尺寸相同但后者载荷较小，所以不用考虑。2、3面弯矩相差不大但应力集中不如3严重，所以最后的危险面取1、2。<2>截面1右侧抗弯截面系数(6-10)抗扭截面系数(6-11)截面上的弯曲应力(6-12)截面上的扭转切应力(6-13)轴的材料为45钢，调质处理。由文献[7]表15-1查得:,,截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表3-2查取。因,经插值后可查得,又由文献[3]附图3-1可查得轴的材料的敏感系数为,故有效应力集中系数为(6-14)(6-15)由文献[3]附图3-2得尺寸系数;由文献[3]附图3-3得扭转尺寸系数；由文献[3]附图3-4得表面质量系数为。轴未经表面强化处理，即，则综合系数为(6-16)(6-17)又由合金钢的特征系数，且，即，故取,于是，计算安全系数值，则(6-18)(6-19)(6-20)故可知其安全。因无过大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性。故略去静强度的校核。截面2的校核和截面1的校核类似所以满足要求6.2主轴的设计及尺寸计算6.2.1轴材料的选择由于该轴传递的功率不大，但其受力和力矩作用大，故轴的材料选用45钢，调质处理。取。6.2.2初步确定轴的最小直径由于轴的材料为45钢，查文献[3]则取由公式（6-21）式中，考虑到曲柄收到的阻力较大，大齿轮的结构也很大，所以取6.2.3轴的结构设计（1）、选用滚动轴承因为轴承不承受轴向力，可选用普通滚动轴承即选取深沟球轴承，从文献[10]查表7-2-43得选轴承330号。基本尺寸为.（2）、初步设计轴的结构为了满足大齿轮的轴向定位要求1左端设计出一轴肩。其他尺寸见图6-7图6-7主轴的结构及尺寸（3）、键的选择与校核曲柄偏心轮连接处的平键由文献[10]选取，L=120mm校核：键传递的扭矩为：T=10188.26/2=5094.3N.m由文献[3]选取[P]——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用应力120MPa取k——键与轮毂的接触高度，k=0.5h，k=0.525=12.5 键的强度满足要求。（4）、圆角和倒角由文献[3]表15-2选取倒角为，各轴肩圆角半径为R=3mm（5）、支撑反力、弯矩及扭矩的计算 支撑力：,,图6-8主轴受力图水平受力如下图6-9根据图6-9列下列方程：解得：,.图6-9水平受力图垂直受力如下图6-10根据图6-10列下列方程 解得 ，图6-10主轴垂直受力图即：，弯矩：(6-5)(6-6) 水平、垂直以及合力弯矩图如图7-11（a、b、c）所示a水平弯矩图b垂直弯矩图c合力弯矩图图6-11弯矩图扭矩：大齿轮的扭矩：T=10188026扭矩图6-12图6-12扭矩图（7）、精确校核轴的疲劳强度<1>、危险截面的判断截面234与截面789，二者都有相同的尺寸和应力集中，但后者载荷小，故不予考虑，截面456，56的应力集中不如截面4严重，所以56不予以考虑，2载荷小不予以考虑。最后确定危险面为1、3、4。<2>、取[S]=1.8，要求安全系数S[S]=1.8由表7-1计算说明表6-1各参数计算公式和数据参数名计算公式截面1截面3截面4T（）5064.1310188.2610188.2M（）2094.278013.3418187.3304.9337372.4609.8674744.8275275275155155155故轴的强度满足工作性能第7章轴承的选择与校核7.1轴承的选择传动轴与主轴的轴承皆选择深沟球轴承，其型号分别为：217和330传动轴轴承所受的径向力主轴轴承所受的径向力根据受力情况需校核传动轴A处和主轴B处7.2轴承的校核 由文献[10]查得额定静负荷的计算公式（7-1） 式中——基本额定载荷的计算值（N）——当量静载荷，其中，——旋转轴承的安全系数，选取所以轴承满足要求第8章曲柄滑块机构的设计及运动学分析8.1连杆结构的设计 由于所受的最大力为，曲柄所受的最大阻力矩为。连杆为两端受力的二力杆。因此连杆的主要失效形式为稳定失效。为了增强连杆的稳定性，连杆设计为“工”型截面，初步确定尺寸如下图8-1所示 连杆的受力稳定性的校核： 连杆选材为45钢，正火处理。查文献[13]得，，，，稳定安全系数稳定安全系数。已知：，.图8-1连杆结构示意图 查文献[13]压杆柔度公式(8-3) 代入数据得 由于连杆简化为两端铰支链，故，“工”字型截面的惯性矩为：(8-2) 代入数据得 截面积 连杆的柔度 (8-3) 式中：——杆的长度——截面的惯性半径——压杆长度系数 带入数据得 由于所以不能用欧拉公式由文献[13]查得优质碳钢的a和b，其中：， 由文献[13]查得公式(8-4)式中 由此可见应按强度问题计算，所以，根据文献[13]第四强度理论公式(8-5) 带入数据得 所以满足强度要求，稳定性满足要求。8.2曲柄滑块的运动学分析曲柄滑块的运动分析如下图8-2OA+AB=OB图8-2 曲柄滑块的运动分析8.2.1位移分析由公式： (8-6)取实部虚部得其中解得当时，当时，，而.8.2.2速度分析已知,,,,,,,求,.对（8-6）式两边求导得由上式得8.2.3加速度分析已知,,,,,,,,,,,,,,,,.求,.对上式两边求导得所以 解故 根据上面的滑块和曲柄连杆的运动学关系，用C语言编程，求得曲柄每转过45度时，滑块的位移、速度、加速度的值。C语言程序如下：#include"math.h"main(){floatA1=11,A2=400,PI=4*atan(1),T1,T2,A3,c,s,W1,W2,V3,Z2,Y3，V=0,Y=0,W=0,Z=0;intT,t1=0,t2=0,t3=0,t4=0;printf("%s\n","TA3V3Y3W2Z2");for(T=0;T<=360;T+=5){T1=PI*T/180;c=-A1*cos(T1)/A2;s=sqrt(1-c*c);if(c>=0)if(c>0)T2=atan(s/c);elseT2=PI/2;elseT2=atan(s/c)+PI;A3=A1*sin(T1)+A2*sin(T2);W1=2*PI*50/60;W2=-A1*W1*sin(T1)/(A2*sin(T2));V3=A1*W1*cos(T1)+A2*W2*cos(T2);Z2=-(A1*W1*W1*cos(T1)+A2*W2*W2*cos(T2))/(A2*sin(T2));Y3=-A1*W1*W1*sin(T1)-A2*W2*W2*sin(T2)+A2*Z2*cos(T2);if(V3>=V){V=V3;t1=T;}if(Y3>Y){Y=Y3;t2=T;}if(W2>W){W=W2;t3=T;}if(Z2>Z){Z=Z2;t4=T;}printf("%d,%f,%f,%f,%f,%f\n",T,A3,V3,Y3,W2,Z2);}printf("%s\n","

TMAX");printf("%s,%d,%f\n","V",t1,V);printf("%s,%d,%f\n","Y",t2,Y);printf("%s,%d,%f\n","W2",t3,W2);printf("%s,%d,%f\n","Z",t4,Z);getch();}根据程序运行的结果，作出曲柄滑块运动特性表8-1。由表8-1可以知道，曲柄角位移为90°、270°时，滑块在两个极端位置，其速度为最小值，角速度达到最大值。曲柄角位移为0°、180°、360°时，滑块位于平衡位置，其速度达到最大值，角速度达到最小值。表8-1 曲柄滑块机构运动特性曲柄的角位移T滑块的位移A3滑块的速V3滑块的加速Y30397.25872457.4456638.21239745415.74754541.518524-214.25571490414.0156000.0000000-301.784596135407702545-41.518520-213.122529180399.848724-48.5568738.296367225392.146179-27.97895621.241531270371.000000-0.0000005293.278015315397.14731039.934341213.789545360345.83872457.5789638.2963138.3剪切能力的计算 (8-7)式中：——被剪切材料的强度极限——被剪切材料的相对切入厚度，对于碳钢一般取——被剪材料的最大厚度——剪板机上刀片的倾角——与刀片有关的系数，查文献[6]表7-1得，由于故K=1.6由于剪板机的型号已确定，所以式中,,的为常数，而最大剪切力也可视为常数。故而由推出(8-8)由公式（8-8）推出S=（8-9）将数据代入公式（8-10）就能求出剪板机剪切20钢（）的最大剪切厚度同一台剪板机剪切不同材料时可用下公式（8-9）来进行换算(8-9)式中： ——为实际被剪切材料的强度极限 ——实际被剪材料的最大厚度这样根据钢板材料的不同就能计算出剪板机的剪切能力了。第9章其他部件的设计9.1剪刀的设计剪刀是剪板机的关键部件。由文献[14]查得制造剪刀的流程为：选材、锻造、退火、粗加工、淬火、精磨。淬火是制造剪刀的关键工序。经研究了热处理工艺对J49钢剪刀片力学性能及金相组织的影响。结果表明，剪刀在锻后及时在860退火,并使淬火温度控制在1060-1080，在二次回火的时候JG9钢就能产生硬化，就有良好的红硬性和冲击韧性，能很好的剪切相应的钢材。9.2滑块和导轨的设计9.2.1导轨截面的选择为了保证精度，滑块导轨的设计要求：精度保持性好，有足够的精度，低速运动稳定性好，温度变化小，结构简单，工艺性好。表9-1 导轨的对比优点缺点矩形刀轨结构简单易制造，承载能力大，安装调整方便磨损后不能自动调整，应有间隙调整机构补偿三角形导轨导向性好，制造方便，刚度高加工困难燕尾形导轨调整方便，承受力矩大，可承受倾覆力矩刚度差，加工检查维修不方便9.2.2导轨材料及热处理本次设计的导轨要求耐磨性强、工艺性好而且成本低的材料。为了节约成本，提高耐磨性，应该不同件选择不同的材料。若采用相同的材料，则运动件为铸铁材料，承载导轨材料为铸铁，铸铁选用HT30，导轨采用接触表面淬火。9.2.3导轨长度的选择取导轨长度，充分考虑到刀具架的尺寸较大故9.3机座的设计9.3.1机架的作用 （1）、安装机械零件，使之严格的相互定位。 （2）、承受机械运转时所产生的力，使整个机械稳定及机架在地基上。9.3.2对机座的主要要求（1）、足够大强度；（2）、耐磨性好；（3）、结构工艺性好。9.3.3结构尺寸根据以上要求，综合考虑外形尺寸、工作台高度以及传动关系，拟定尺寸见装配图。第10章模具设计锻造模具分为：热锻模，温锻模和冷锻模，它们在高动态载荷或静载荷下的反复工作，工作应力是非常高的，尤其是在冷锻模具，长期，在模具材料的屈服点附近的反复工作，即在负载瞬时应力急剧增加而卸荷应力消失，工作环境十分恶劣。1．热锻模具热锻模具除了承受很高的应力的动态和静态荷载的反复作用外，还承受热锻模具的循环应力作用，通常在使用前150℃~400℃预热。热锻模具型腔在锻造，冲击或静态高压时与450℃（铝合金），950℃（钛合金），1160℃（合金），甚至1230C2．等温锻造模具等温锻造模具虽然没有冲击荷载温度冷热交替，但长期承受脉冲负载，并且温度在700℃~11003．冷锻模具冷锻模具的工作温度低于300℃4．温锻模具温锻模具的工作环境是介于热锻模具和冷锻模具之间的，它们瞬时接触的温度是在600℃～850℃之间，接近于热锻模具，工作应力远远高于热锻模具，接近于冷锻模具。下面的图片展示是曲柄拉杆的锻造模型：a、参照模型b、上模C、下模d、仿真开模第11章三维设计建立三维设计产品模型的一个优势就是具有较强的美观性和直观性。随着现代社会的不断发展与进步，工业设计在很大程度上已经依赖于工程学和美学相结合，无论什么样的产品，人们对它的美观程度都有了一定的要求，那么对于设计者来说，要把产品的工业的造型和本身质量摆在同等重要的位置，因为这样才能争取到更大的市场份额。在利用计算机软件进行工程产品的辅助设计与开发时，都需要建立相对应的数学模型，也就是物理系统中的抽象表示。在传统的二维图形中是利用点、线、面来向人们展示一个三维模型，但是无论是设计人员异或是加工人员都需要经过专门的学习与训练才能将二维视图在脑中转化成三维的实体，这点是勿容置疑的。下面所展示的三维设计模型正是利用SW2012的三维实体造型技术把一个真实的模型展现在你的面前，这样不仅可以从不同视角观察实体，还可以更加直观的暴露产品模型设计中的一些缺陷和不足的地方，促使产品在外观上更加接近真实的美感。下面是对称传动式剪板机整体装配图：a、装配图下面是对称传动式剪板机机构部件图：下面是对称传动式剪板机机座部分：三维设计中的应用有助于设计者真正的思考过程和设计过程，帮助建立立体的思维方式，它可以在一定程度上，省去了中间环节，利用相关技术，再加上一些设计过程，可以大大缩短产品开发周期。在产品设计的过程中，其初衷是想表达三维设计，最终产品是一个立体的东西，所以如果我们能在产品设计初期在三维软件为产品设计和开发一个工具，它不正是一种最直接，最接近方式的实际手段。特别是当设计师面对一个复杂的结构，需要设计空间的东西，某种意义上，甚至在设计师的构思是不完全的时候，可以合理地分解的设计步骤，以帮助设计者的三维设计整体构思的成功完成，完善容易忽视的细节，直到最后检验产品的一个关键作用。第12章运动仿真设备的操作演示，客户想了解你的产品的运行方式，想了解设备运行时的内部状态，不能直接与客户进行直接沟通。通过运动仿真是观察运动在当时的协调性及功能情况。设备运行时，观察三维虚拟技术，屏蔽非工作环节，而机构运动配合情况，等效液压电路，信号检测和逻辑控制一览无余。对于宏观的，微观的，不可视的，遮挡的均可进行高仿真虚拟再现。下面是对称传动式剪板机的运动仿真效果图：a、放入板料b、切除板料第13章数控编程随着航空工业、汽车工业的快速发展以及消费品等轻工业生产的高速增长，人们需求精度高的产品，结构形状比较复杂的产品，然而开发周期要求却越来越短。传统的加工方法已不能满足现代生产发展的需要。数控加工应运而生。数控加工中的应用，可以实现复杂精密零件的自动加工，在提高生产力的同时，加工质量更加稳定，缩短加工周期，提高生产的灵活性，降低了劳动强度。容易在工厂或车间，实行计算机管理设备运行，减少人力的总数量，改善工作条件，加快发展产品的更新换代，提高企业对市场的适应能力，提高企业的综合经济效益。成型件展示：图13-1成型件导轨选择和处理：图13-2导轨选取刀具的选择：刀具半径50，进给率400，主轴转速400。图13-3刀具参数的确定外形铣削参数的选择： 选择右补偿具体参数见图图13-4外形铣削参数铣削过程展示：图13-5导轨铣削过程铣削模拟结果：图13-6铣削外轮廓生成代码：%O0000(PROGRAMNAME-上刀刃)(DATE=DD-MM-YY-04-06-15TIME=HH:MM-11:13)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(25.FLATENDMILLTOOL-1DIA.OFF.-1LEN.-1DIA.-50.)N104T1M6N106G0G90G54X1615.5Y-40.Z50.A0.S400M3N108G43H1Z50.N110Z32.N112G1Z20.F100.N114Y120.F400.N116G3X1580.Y155.5R35.5N118G1X0.N120G3X-35.5Y120.R35.5N122G1Y0.N124G3X-.898Y-35.489R35.5N126G1X1579.102Y-75.489N128G3X1580.Y-75.5R35.5N130X1615.5Y-40.R35.5N132G0Z50.N134X1605.5N136Z32.N138G1Z20.F100.N140Y120.F400.N142G3X1580.Y145.5R25.5N144G1X0.N146G3X-25.5Y120.R25.5N148G1Y0.N150G3X-.645Y-25.492R25.5N152G1X1579.355Y-65.492N154G3X1580.Y-65.5R25.5N156X1605.5Y-40.R25.5N158G0Z50.N160X1605.N162Z32.N164G1Z20.F100.N166Y120.F400.N168G3X1580.Y145.R25.N170G1X0.N172G3X-25.Y120.R25.N174G1Y0.N176G3X-.633Y-24.992R25.N178G1X1579.367Y-64.992N180G3X1580.Y-65.R25.N182X1605.Y-40.R25.N184G0Z50.N186X1615.5N188Z22.N190G1Z10.F100.N192Y120.F400.N194G3X1580.Y155.5R35.5N196G1X0.N198G3X-35.5Y120.R35.5N200G1Y0.N202G3X-.898Y-35.489R35.5N204G1X1579.102Y-75.489N206G3X1580.Y-75.5R35.5N208X1615.5Y-40.R35.5N210G0Z50.N212X1605.5N214Z22.N216G1Z10.F100.N218Y120.F400.N220G3X1580.Y145.5R25.5N222G1X0.N224G3X-25.5Y120.R25.5N226G1Y0.N228G3X-.645Y-25.492R25.5N230G1X1579.355Y-65.492N232G3X1580.Y-65.5R25.5N234X1605.5Y-40.R25.5N236G0Z50.N238X1605.N240Z22.N242G1Z10.F100.N244Y120.F400.N246G3X1580.Y145.R25.N248G1X0.N250G3X-25.Y120.R25.N252G1Y0.N254G3X-.633Y-24.992R25.N256G1X1579.367Y-64.992N258G3X1580.Y-65.R25.N260X1605.Y-40.R25.N262G0Z50.N264X1615.5N266Z12.N268G1Z0.F100.N270Y120.F400.N272G3X1580.Y155.5R35.5N274G1X0.N276G3X-35.5Y120.R35.5N278G1Y0.N280G3X-.898Y-35.489R35.5N282G1X1579.102Y-75.489N284G3X1580.Y-75.5R35.5N286X1615.5Y-40.R35.5N288G0Z50.N290X1605.5N292Z12.N294G1Z0.F100.N296Y120.F400.N298G3X1580.Y145.5R25.5N300G1X0.N302G3X-25.5Y120.R25.5N304G1Y0.N306G3X-.645Y-25.492R