剪板機(jī)的設(shè)計

目錄一、剪板機(jī)工作原理及設(shè)計要求1二、機(jī)械設(shè)計方案擬定3三、機(jī)械原理分析及構(gòu)件尺寸的計算6四、機(jī)械變速傳動設(shè)計12五、運(yùn)動循環(huán)圖13六、機(jī)械運(yùn)動分析14七、設(shè)計總結(jié)21八、參考文獻(xiàn)22機(jī)械原理課程設(shè)計一、剪板機(jī)工作原理及設(shè)計要求1.工作原理及工藝過程本剪板機(jī)是將卷料展開并剪成一定長度鐵板的機(jī)器，即將板料作定長度的間歇送進(jìn)，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2200mm（設(shè)計時任選一種）。（1） 每次輸送鐵板到達(dá)規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機(jī)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(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)，振動和沖擊應(yīng)盡量小（即要求輸送機(jī)構(gòu)從動件的加速度曲線連續(xù)無突變）。 3.機(jī)械系統(tǒng)功能分析剪板機(jī)要實(shí)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(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)停歇與剪板。利用附加曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)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(jìn)的輸送方式。原理分析如下：在主動曲柄AB（齒輪1）等速轉(zhuǎn)動，系桿H變速運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)械設(shè)計方案擬定1.輸送機(jī)構(gòu)方案的比較和擬定方案一：不完全齒輪機(jī)構(gòu)圖21 利用不完全齒輪實(shí)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(yùn)動時間與停歇時間的要求，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(yùn)動時從動輪做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、作可靠，從動輪的運(yùn)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(yùn)動和結(jié)束運(yùn)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(yùn)輸沒有保證。方案二：差動輪系與四桿機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)1324ADBCE機(jī)構(gòu)簡圖:：圖23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(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動。其中AB桿與齒輪1鉸接于A點(diǎn)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(diǎn)形成搖桿。太陽輪4的運(yùn)動由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與差動輪系共同決定，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動。太陽輪4與滾輪相連，實(shí)現(xiàn)滾輪的間歇周轉(zhuǎn)達(dá)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(jī)構(gòu)采用方案二。2.剪切機(jī)構(gòu)方案的比較和擬定方案一：采用槽輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖：圖25圖24剪切機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)動由槽輪機(jī)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(jī)構(gòu)將運(yùn)動傳給齒輪實(shí)現(xiàn)曲柄的轉(zhuǎn)動， 槽輪機(jī)構(gòu)由主動撥盤和從動槽輪和機(jī)架組成，主動撥盤獲得動力，勻速回轉(zhuǎn)使得從動槽輪間歇回轉(zhuǎn)，從動槽輪由通過齒輪將運(yùn)動傳遞給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剪切運(yùn)動。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，存在柔性沖擊。方案二：凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖：本剪切機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)如圖，讓凸輪實(shí)現(xiàn)刀具的停歇與運(yùn)動，達(dá)到剪板目的。凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)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(zhǔn)確的軌跡，相應(yīng)快速，結(jié)構(gòu)簡單。綜合以上：剪板機(jī)采用方案二。3.輸送機(jī)構(gòu)與剪板機(jī)構(gòu)的組合使輸送機(jī)構(gòu)和剪切機(jī)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(jī)械原理分析及構(gòu)件尺寸的計算1.輸送機(jī)構(gòu)原理分析：本輸送機(jī)構(gòu)由基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)和附加機(jī)構(gòu)組成，基礎(chǔ)機(jī)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31：附加機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD如圖32。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(yùn)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(jī)構(gòu)傳遞給系桿H。因此齒輪4所輸出的運(yùn)動是以上兩種運(yùn)動的合運(yùn)動。342H12DAABDCH圖33圖31圖322.機(jī)構(gòu)預(yù)期功能要求通過電機(jī)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)動下帶動連桿，同時曲柄與齒輪相連，差動輪系運(yùn)轉(zhuǎn)帶動滾輪轉(zhuǎn)動，在摩擦力的帶動下，使鐵板向前運(yùn)動，當(dāng)輪系速度為0時剪切機(jī)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(yùn)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：輪系數(shù)據(jù)分析 在2、3、4、及系桿H組成的差動輪系里： -對定軸輪系：-由得：-兩邊乘以時間t得：由此可知：齒輪4的輸出運(yùn)動為齒輪1通過差動輪系2、3、4傳動給4和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳給系桿H的合運(yùn)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H即為桿CD，故上式正好反映了該組合機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和差動輪系的關(guān)系。因此設(shè)計的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足上式要求。 輪系數(shù)據(jù)計算：設(shè)主動輪1轉(zhuǎn)一周的時間為T，對式兩邊積分得： 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： 根據(jù)： 可得滾輪直徑為764.33mm。曲柄搖桿機(jī)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(yùn)動。（3） 四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角應(yīng)該大于40°以保證機(jī)械的傳動效率。由以上可知此四桿機(jī)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(jī)構(gòu)。由：可知：當(dāng) 得：故取： 根據(jù)齒輪1和齒輪4確定四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架4的長度為：mm，取搖桿AB=26.25mm用作圖法求其他桿長:ABDC由圖中測得 條件驗(yàn)證：1曲柄存在條件的驗(yàn)證： 故：曲柄存在。2最小壓力角的驗(yàn)證： 故：符合要求。剪切機(jī)構(gòu)尺寸確定：凸輪的設(shè)計參數(shù)： 運(yùn)動角 運(yùn)動規(guī)律0º-15º 等速上升15mm15º-30º 等速下降15mm30º-360º 近休止遠(yuǎn)休止角=0° 推程：等速運(yùn)動規(guī)律： s=h/0 0取15º0º3º6º9º12º15ºs03691215回程：等速運(yùn)動規(guī)律： s=h（1-）/0 0取15º15º18º21º24º27º30ºs15129630凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計圖：理論廓線 工作廓線四、機(jī)械變速傳動設(shè)計1原動機(jī)的選擇由工作狀況，選擇低速型，故采用三相異步電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為740r/min。2總傳動比的計算總傳動比為電動機(jī)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(dá)到傳動要求2比1 的傳動要求。取五、運(yùn)動循環(huán)圖六、機(jī)械運(yùn)動分析 1四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析以下是取搖桿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)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖速度加速度位移四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真2.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析凸輪機(jī)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(jìn)入近休 其從動桿速度、加速度、壓力角均為0凸輪運(yùn)動規(guī)律圖加速度速度位移七、設(shè)計總結(jié)機(jī)械原理是一門理論與實(shí)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(shí)踐能力。本次機(jī)械原理課程設(shè)計為我們提供了一次很好的鍛煉機(jī)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(jī)的輸送機(jī)構(gòu)和剪斷機(jī)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(yùn)用了本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識，從而培養(yǎng)和提高了我們獨(dú)立工作的能力，鞏固與擴(kuò)充了機(jī)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，提高了計算能力、繪圖能力、獨(dú)立思考能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，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(tuán)隊(duì)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)了獨(dú)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(yuǎn)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(xiàn)1華大年 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1995.2姜琪 機(jī)械運(yùn)動方案課程設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991.3孫恒 陳作模.機(jī)械原理（第7版）. 北京：高等教育出版社.2006.4劉毅 機(jī)械原理課程設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社.2008.22