剪板機的設(shè)計

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1、 目錄 一、剪板機工作原理及設(shè)計要求 1 二、機械設(shè)計方案擬定 3 三、機械原理分析及構(gòu)件尺寸的計算 6 四、機械變速傳動設(shè)計 12 五、運動循環(huán)圖 13 六、機械運動分析 14 七、設(shè)計總結(jié) 21 八、參考文獻 22 機械原理課程設(shè)計 一、剪板機工作原理及設(shè)計要求 1.工作原理及工藝過程 本剪板機是將卷料展開并剪成一定長度鐵板的機器，即將板料作定長度的間歇送進，在板料短暫的停歇時間內(nèi)，剪刀在一定位置上將鐵板剪斷，其工藝過程由輸送原材料和剪板兩個過程來完成。 2.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度L=1900或2000或

2、2200mm（設(shè)計時任選一種）。 （1） 每次輸送鐵板到達規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機構(gòu)將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍，以保證有較高的生產(chǎn)率。 （2） 輸送機構(gòu)運轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)，振動和沖擊應(yīng)盡量?。匆筝斔蜋C構(gòu)從動件的加速度曲線連續(xù)無突變）。 3.機械系統(tǒng)功能分析 剪板機要實現(xiàn)將卷料展開并剪成一定長度鐵板，采用兩個相互配合的間歇機構(gòu)來實現(xiàn)停歇與剪板。 利用附加曲柄搖桿機構(gòu)實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動。利用兩個滾輪將鐵板壓緊，依靠滾輪和鐵板間的摩擦力將鐵板從卷料上拉出并推向前進的輸送方式。原理分析如下： 在主動曲柄AB（齒輪1）

3、等速轉(zhuǎn)動，系桿H變速運動的一周內(nèi)，齒輪4在某一時間內(nèi)總能使其角速度為零。在主動曲柄AB（齒輪1）等速轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)，從動齒輪4按下述規(guī)律運動：當(dāng)曲柄開始轉(zhuǎn)過某一角度時間內(nèi)時，齒輪4停歇不動，以等待剪切機構(gòu)將鐵板剪斷；在主動曲柄轉(zhuǎn)過一周中其余角度時，輸出構(gòu)件4轉(zhuǎn)過另一角度，這時剛好將鐵板輸送到所要求的長度L。 原理圖如下： 二、機械設(shè)計方案擬定 1.輸送機構(gòu)方案的比較和擬定 方案一：不完全齒輪機構(gòu) 圖2—1 利用不完全齒輪實現(xiàn)間歇輸送板料 在主動輪上作出一部分的輪齒，根據(jù)運動時間

4、與停歇時間的要求，在從動輪上做出與主動輪相齒和的輪齒，當(dāng)主動輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運動時從動輪做間歇回轉(zhuǎn)運動。 不完全齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、作可靠，從動輪的運動時間和停歇時間可以在很大的范圍內(nèi)變化。但其從動輪在開始運動和結(jié)束運動兩瞬時都存在剛性沖擊。只適合于低速、輕載的場合。在此對板料的平穩(wěn)運輸沒有保證。 方案二：差動輪系與四桿機構(gòu)的組合機構(gòu) 1 3 2 4 A D B C E 機構(gòu)簡圖: ： 圖2—3 此方案采用由1、2、3、4組成的差動輪系與由A、B、C、D組成的曲柄搖桿機構(gòu)的組合機構(gòu)來實現(xiàn)間歇運動。其中AB桿與齒輪1鉸接

5、于A點并隨齒輪的回轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動形成曲柄，CD桿與齒輪2鉸接于D點形成搖桿。太陽輪4的運動由曲柄搖桿機構(gòu)與差動輪系共同決定，實現(xiàn)間歇運動。太陽輪4與滾輪相連，實現(xiàn)滾輪的間歇周轉(zhuǎn)達到輸送板料的目的，并且滾輪可以將卷料壓平。 方案擬定：綜合以上本輸送機構(gòu)采用方案二。 2.剪切機構(gòu)方案的比較和擬定 方案一：采用槽輪機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu) 機構(gòu)簡圖： 圖2—5 圖2—4 剪切機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)，它的運動由槽輪機構(gòu)來控制，曲柄AD和BC分別固定到兩個齒輪上，同過槽輪機構(gòu)將運動傳給齒輪實現(xiàn)曲柄的轉(zhuǎn)動， 槽輪機構(gòu)由主動撥盤和從動槽輪和機架組成，主動撥盤獲得動力，勻速回轉(zhuǎn)使得從動

6、槽輪間歇回轉(zhuǎn)，從動槽輪由通過齒輪將運動傳遞給曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)剪切運動。 槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、機械效率高，并能較平穩(wěn)的實現(xiàn)間歇運轉(zhuǎn)，存在柔性沖擊。 方案二：凸輪機構(gòu) 機構(gòu)簡圖： 本剪切機構(gòu)采用凸輪機構(gòu)如圖，讓凸輪實現(xiàn)刀具的停歇與運動，達到剪板目的。 凸輪機構(gòu)的最大優(yōu)點是只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計出輪廓曲線，就可以使推桿得到準確的軌跡，相應(yīng)快速，結(jié)構(gòu)簡單。 綜合以上：剪板機采用方案二。 3.輸送機構(gòu)與剪板機構(gòu)的組合 使輸送機構(gòu)和剪切機構(gòu)同步，即在齒輪4停歇的時間內(nèi)凸輪剛好完成推程和回程完成剪板工作。 三、機械原理分析及構(gòu)件尺寸的計算 1.輸

7、送機構(gòu)原理分析： 本輸送機構(gòu)由基礎(chǔ)機構(gòu)和附加機構(gòu)組成，基礎(chǔ)機構(gòu)：齒輪2、3、4及系桿H組成的自由度為2的差動輪系如圖3—1：附加機構(gòu)：曲柄搖桿機構(gòu)ABCD如圖3—2。齒輪1和桿AB固結(jié)在一起，桿CD與系桿H是一個構(gòu)件。主動輪1的運動一方面通過差動輪系傳遞給太陽輪4，一方面通過曲柄滑塊機構(gòu)傳遞給系桿H。因此齒輪4所輸出的運動是以上兩種運動的合運動。 3 4 2 H 1 2 D A A B D C H 圖3—3 圖3—1 圖3—2 2.機構(gòu)預(yù)期功能要求 通過電機的驅(qū)動給于曲柄一個繞定軸轉(zhuǎn)動的主動力，在該力的驅(qū)動下帶動

8、連桿，同時曲柄與齒輪相連，差動輪系運轉(zhuǎn)帶動滾輪轉(zhuǎn)動，在摩擦力的帶動下，使鐵板向前運動，當(dāng)輪系速度為0時剪切機構(gòu)將其剪斷完成一個周期的送板與剪板動作。 3.輸送板料傳動分析及數(shù)據(jù)計算 （1）傳動分析： 根據(jù)設(shè)計要求，剪斷工藝為鐵板輸送周期的十五分之一，主動輪1轉(zhuǎn)一周為一個周期，故剪板工藝不少于： 而停歇時間不超過剪板工藝的1.5倍，這里取停歇時間為。 在齒輪1等速回轉(zhuǎn)一周時間內(nèi).，從動齒輪4的運動規(guī)律如下：在齒輪1轉(zhuǎn)過前的的時間內(nèi)，齒輪4 勻速回轉(zhuǎn)，此段時間內(nèi)鐵板正好送到要求的長度，在齒輪1轉(zhuǎn)過的剩余內(nèi)，從動齒輪4停歇不動，以待剪板。 （2）數(shù)據(jù)計算： ①輪系

9、數(shù)據(jù)分析 在2、3、4、及系桿H組成的差動輪系里： -----------------------------------① 對定軸輪系： ---------------------------② 由①②得： -------------------------------------③ 兩邊乘以時間t得： 由此可知：齒輪4的輸出運動為齒輪1通過差動輪系2、3、4傳動給4和曲柄搖桿機構(gòu)傳給系桿H的合運動，欲使主動齒輪1從某瞬時開始轉(zhuǎn)過之內(nèi)構(gòu)件4產(chǎn)生停歇，則應(yīng)令 可得：= 由于主動輪1即為曲柄AB，系桿

10、H即為桿CD，故上式正好反映了該組合機構(gòu)中曲柄搖桿機構(gòu)和差動輪系的關(guān)系。因此設(shè)計的四桿機構(gòu)應(yīng)滿足上式要求。 ② 輪系數(shù)據(jù)計算： 設(shè)主動輪1轉(zhuǎn)一周的時間為T，對③式兩邊積分得： 又 可知： 取滾輪轉(zhuǎn)300°剛好送2m的板料 則有： 取=50齒，則=60齒 根據(jù)同軸條件： 取=20 則=20 取齒輪模數(shù)為5， 則齒輪的分度圓直徑分別為：

11、 根據(jù)： 可得滾輪直徑為764.33mm。 ③曲柄搖桿機構(gòu)尺寸計算： 曲柄搖桿激斗應(yīng)該同時滿足三個條件： （1） 曲柄AB轉(zhuǎn)過30°沒一瞬間主從構(gòu)件要滿足共識：=。 （2） 各桿長度應(yīng)該滿足桿長條件的曲柄存在條件，即能保證主動桿AB能做整周回轉(zhuǎn)運動。 （3） 四桿機構(gòu)的最小傳動角應(yīng)該大于40°以保證機械的傳動效率。 由以上可知此四桿機構(gòu)的設(shè)計變?yōu)橐阎獌蛇B架桿的對應(yīng)角位移來設(shè)計四桿機構(gòu)。 由： 可知：當(dāng) 得： 故?。? 根據(jù)齒輪1和齒輪4確定四桿機構(gòu)的機架4的長度為：mm，取搖桿AB=26

12、.25mm用作圖法求其他桿長: A B D C 由圖中測得 條件驗證： 1．曲柄存在條件的驗證： 故：曲柄存在。 2．最小壓力角的驗證： 故：符合要求。 ④剪切機構(gòu)尺寸確定： 凸輪的設(shè)計參數(shù)： 運動角 運動規(guī)律 0o-15o 等速上升15mm 15o-30o 等速下降15mm 30o

13、-360o 近休止 遠休止角=0° 推程：等速運動規(guī)律： s=hδ/б0 б0取15o δ 0o 3o 6o 9o 12o 15o s 0 3 6 9 12 15 回程：等速運動規(guī)律： s=h（1-δ）/б0 б0取15o δ 15o 18o 21o 24o 27o 30o s 15 12 9 6 3 0 凸輪機構(gòu)設(shè)計圖： 理論廓線 工作廓線 四、機械變速傳動設(shè)計 1．原動機的選擇

14、 由工作狀況，選擇低速型，故采用三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速為740r/min。 2．總傳動比的計算 總傳動比為電動機轉(zhuǎn)速與曲柄轉(zhuǎn)速之比，根據(jù)設(shè)計要求，每分鐘剪板一次，因此總得傳動比為：n=740/1=740。 3．各級傳動比的計算 第一級采用帶傳動 傳動比為：5 第二級采用一個減速器 傳動比為：74 第三極采用齒輪傳動 傳動比為：2 轉(zhuǎn)速1r/min 轉(zhuǎn)速1r/min 輪系的齒數(shù)上邊已經(jīng)確定這里不再說明。取 可達到傳動要求2比1 的傳動要求。取 五、運動循環(huán)圖

15、 六、機械運動分析 1．四桿機構(gòu)運動分析 ①以下是取搖桿AB從0°轉(zhuǎn)到360°所對應(yīng)的輸出桿CD的角位移、角速度、角加速度（取前、中、后說明） 0°到45°的數(shù)據(jù) 165°到195°的數(shù)據(jù) 330°到360°的數(shù)據(jù) ②四桿機構(gòu)運動線圖 速度 加速度 位移 ③四桿機構(gòu)運動仿真 2.凸輪機構(gòu)運動分析 ①凸輪機構(gòu)從動桿速度、加速度、壓力角數(shù)據(jù) 說明：30°到330°凸輪進入近休 其從動桿速度、

16、加速度、壓力角均為0 ②凸輪運動規(guī)律圖加速度 速度 位移 七、設(shè)計總結(jié) 機械原理是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，不僅需要我們掌握書本上的理論知識，而且需要我們有較高的實踐能力。本次機械原理課程設(shè)計為我們提供了一次很好的鍛煉機會，讓我明白了：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的道理。 通過這次對剪板機的輸送機構(gòu)和剪斷機構(gòu)的設(shè)計，我覺得自己在很多方面都得到了提高。此次課程設(shè)計，綜合運用了本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識，從而培養(yǎng)和提高了我們獨立工作的能力，鞏固與擴充了機械原理課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握了課程設(shè)計的方法和步驟，

17、提高了計算能力、繪圖能力、獨立思考能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關(guān)的課程都得到了全面復(fù)習(xí)。在沒有做課程設(shè)計之前，我覺得課程設(shè)計只是對這兩年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，應(yīng)該會很簡單，后來我才發(fā)現(xiàn)自己得想法太片面了。在設(shè)計過程中，由于思考方向有誤、考慮問題不周等，常會遇到這樣那樣的問題，但最后在老師和同學(xué)的幫助下都一一解決了。所以，課程設(shè)計不但鍛煉了自己的創(chuàng)新設(shè)計能力，同時也讓自己懂得了團隊合作的重要性。 在此，我還要感謝我們的指導(dǎo)老師徐老師對我們的悉心指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。本次課程設(shè)計，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟。我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了

18、獨立思考的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法，這將在日后的學(xué)習(xí)和工作中起到至關(guān)重要的作用。 兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，但它對我的影響是深遠的。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！ 八、參考文獻 [1]華大年 連桿機構(gòu)設(shè)計.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.1995. [2]姜琪 機械運動方案課程設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社.1991. [3]孫恒 陳作模.機械原理（第7版）. 北京：高等教育出版社.2006. [4]劉毅 機械原理課程設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社.2008. 22