半自动平压模切机设计.docx
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半自动平压模切机设计
目录
一、设计内容及相关要求1
二、设计思路3
三、各机构的转速与原动机的选择4
四、设计方案分析6
五、机构的设计方案的比较、选定7
六、制定机械运动循环图12
七、绘制机构的传动方案及传动图13
八、利用计算机对凸轮机构进行分析15
九、利用计算机对冲压机构进行分析18
十、参考文献24
十一、个人总结25
一、设计内容及相关要求
1、设计题目：
半自动平压模切机设计
半自动平压模切机可对各种规格的纸板，厚度在4mm以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕，切线，压凹凸。
它主要的工艺动作有两个：
一是将纸板走纸到位，二是进行冲压模切。
如右图所示，4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸模块（共5个），模块上装有若干个夹紧片。
主动链轮做间歇运动，每次停歇时，控制机构的执行构件7作使夹片张开，操作者可将纸板喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有上模5和下模6的位置，链轮再次停歇，这时，下模6向上移动，实现纸板的压痕，切线，称为模压或压切。
压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置时，受另一机构（图上未表示）作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。
与此同时，后一个模块进入第2个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。
2，技术参数和设计要求
1）每小时压制纸板3000张。
2）上模固定，下模向上移动的行程长度H=50±0.5mm，夹纸部分回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。
3）工作台面离地面的距离约120mm。
4）所设计的机构性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。
3，设计任务
1）进行走纸机构、冲压模切机构及夹紧纸板的控制机构的选型。
2）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图。
3）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。
4）机械运动方案的评定和选择。
5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算。
6）进行计算辅助分析。
7）画出机械运动方案简图、运动循环图和传动方案图。
8）完成设计计算说明书一份。
4，工作计划与进度安排
步骤
内容
要求
时间（天）
1
上课、熟悉题目
分组、了解题目
1
2
方案设计、分析
方案分组比较
2
3
尺寸综合、绘图
图解法、解析法等
3
4
上机计算、分析
分析机构运动受力
2
5
整理说明书、图纸
说明书统一格式
1
6
答辩
交说明书、图纸
1
二、设计思路
1.列出完成设计任务的关键点。
2.每部分选定多组相同机构以便从中选择最合适的机构。
3.对完成同种功能的不同机构进行权衡，比较，尽量去除不利条件，保留有利条件，增设有利条件，对机构进行改进，使其能更好的满足设计要求。
4.将各选定的机构进行适当的组合，使之成为一个完整的运动方案。
运动分解：
往复运动，急回，间歇运动
工作过程：
送纸，夹紧——→冲压——→送出
总体功能：
连续运行，循环工作
三、各机构的转速与原动机的选择
1.原动机
根据设计要求，机械每小时冲压3000次，所以机构主动件的转速
n=3000/60=50r/min
因为主动件转速较低，所以可以选择转速较低的电动机。
我们选择Y160M2—28型电动机。
电动机的各技术数据见下表：
2.夹纸机构运动
凸轮机构是负责顶开夹紧片的，每顶起一次每一张纸恰好走到上模位置，准备冲压。
所以凸轮的转速，应与主运动主动件的转速一致。
则凸轮的转速为：
3.走纸机构运动
本设计时间歇运动的要求是将旋转运动转换为单向间歇运动，所以可以选择齿轮（4个）与不完全齿轮（1个）组合，将链条安放在完全齿轮上，在将完全齿轮与不完全齿轮连接，不完全齿轮转动带动完全齿轮转动。
分别在这两个齿轮上装有凸形和凹形圆弧板，以起到锁止弧的作用。
以下是数据。
不完全齿轮的齿数为15，有齿的部分为108度，无齿的部分为252度，分度圆r=25cm齿根圆r=23.5cm齿顶圆r=26.5cm。
完全齿轮齿数为40，模数m=10.6，齿根圆r=18cm，分度圆r=21.2cm，齿顶圆r=24cm。
根据设计要求知不完全齿轮的转速为50r/min。
4.冲压机构运动
本机构是将传送过来的纸板进行压模，所以可选用的机构有很多种，如：
凸轮机构、连杆机构、曲柄摇杆机构等机构都能完成此项运动，但是有的机构虽然能完成此运动但是有很多缺点，不适合用在本设计里，所以在选择冲压机构的时候，要根据具体的情况具体的分析，选择比较合理的方案进行设计，但是为了使工作效率更高，应该保证整体机构的一致性，所以带动冲压机构的转速也为50r/min。
四、设计方案分析
根据半自动平压切模机的工作原理，，把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。
进行机械运动方案设计时，最主要的是要弄清设计要求和条件，掌握现有机构的基本性能，灵活地应用现有机构或有创造性地构思新的机构，以保证机器有完善的功能和尽可能低的成本。
对本题进行机械运动方案设计时应考虑以下问题：
（1）设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。
例如实现往复直线移动的机构，有凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等。
由于压制纸板时受力较大，宜采用承载能力高的平面连杆机构，而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构，再从机构应具有急回特性的要求出发，在定性分析的基础上，选取节省动力的机构。
当受力不大而运动规律又比较复杂时，可采用凸轮机构。
例如本题中推动夹紧装置张开的控制机构，由于加紧片张开后要停留片刻，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。
（2）为满足机器工艺需要，各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调，如下压模在工作行程时，纸板必须夹紧；在下压模回程时，纸板必须送到压模位置。
因此，为使各执行构件能按工艺要求协调运动，应绘出机械系统的构件运动循环图。
（3）根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动件的转速。
若电机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式。
（4）在一个运动循环内仅在某一区间承受生产阻力很大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显是周期性变化，若电动机所产生的驱动力矩近似的认为是常数，则将引起角速度的周期性波动。
为使主动做的角速度较为均匀，应考虑安装飞轮。
可适当选择带传动的传动比，使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用，通常应计算大带轮的转动惯量是否满足要求，如不满足，则需另外安装飞轮。
五、机构的设计方案的比较、选定
将走纸机构中的链条长（2.5m）平均分成5分，均匀排列，由不完全齿轮带动完全齿轮转动，不完全齿轮传动一周的位移为0.5m。
同时使得夹紧机构与冲压机构相距0.5m，夹紧机构与冲压机构一起工作。
形成一个连续循环的工作机构。
1.走纸机构
实现纸板的输送.停歇.定位等要求，所以可分别用链轮机构和不完全齿轮机构组合完成。
2.夹紧装置的机构
在送纸后，要将纸板夹紧，因此机构在上升到一定位置后需要有一段时间的停歇，所以要选择具有一端停歇的往复移动的机构，可选取不完全齿轮、凸轮机构或连杆机构。
（一）不完全齿轮
由于不完全齿轮有较大的冲击力，所以只适合低速轻载场合并且多使用与有特殊要求的专用机械中，所以我们不采用它。
（二）连杆机构
连杆机构进行传递时，传递路线较长，易产生较大误差同时机械效率也会降低，而连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法消除，不宜用于告诉运动，所以也不采用它。
（三）凸轮机构
经过以上分析本设计选取凸轮机构，以下是对凸轮机构的设计。
设凸轮基圆半径r=20mm，凸轮以等速角速度w沿顺针方向回转，推杆的运动规律如下：
序号
凸轮的运动角
推杆的的运动规律
1
0~130度
等速上升50mm
2
130~230度
推杆远休
3
230~330度
等速回程下降50mm
4
330~360度
推杆近休
按照位移公式s=h*δ/s,取δ=120度，h=50mm
推程位移表
δ（度）
0
10
20
30
40
50
60
S（mm）
0
3.846
7.692
11.538
15.385
19.231
23.077
δ（度）
70
80
90
100
110
120
S（mm）
26.923
30.769
34.615
38.462
42.308
46.154
回程位移表
δ（度）
230
240
250
260
270
280
S（mm）
50
49.677
47.568
42.568
36.677
25
δ（度）
290
300
310
320
330
S（mm）
15.323
7.432
2.432
0.323
0
3.平压模切机构
（1）机构为最简单的往复直线运动机构之一，曲柄滑块机构，不难看出该机构虽然简单，但完全可以实现下模的上下移动和冲压过程，但由于它的承载能力很差，且下模在进行冲压时在纸板上停留片刻才能保证压模效果，所以不能选用此机构。
（2）下面两个冲压机构也能完成工作，但是机构比较复杂，设计比较困难，并且传动过程较长，能量易损失，传动效率低，所以不采用这两种机构。
（3）图是四杆机构，它弥补了方案一承载能力差和方案二传动效率低的缺点
机构结构稳定承载能力强，且机构结构并不复杂，所以采用此方案。
具体数据计算用图解法如下：
使E、D在一条直线上，且CE=CD=0.5m
，
=60度，连接
作一条线垂直于
取角为66.5度，得到
直角三角形，作直角三角形的外接圆，在图示位置取一点A，以AB长为半径作圆，则此圆为曲柄的运动轨迹，则此四杆机构各杆长度能够确定。
由作图关系及比例尺可得具体数据如下：
=27mm=0.45m
=54mm=0.9m
AB=0.225mBC=0.675mAD=0.58m
（4）图为曲柄滑块的设计，为了与上面设
计的凸轮相对应，所以AB对心的曲柄滑块，由四杆机构可知AB=0.5m，由于设计要求，当AB、BC都竖直时，滑块正好压模，后以AB+BC=1.2m，则BC=0.7m，由于四杆机构中曲柄转动一周，正好是一个周期，假如现确定长度不合适，那么我们在实际应用中可以调节BC杆的长度和A点的位置来满足要求。
六、制定机械运动循环图
在设计机构的运动循环图时，为了满足工作要求，个个执行机构的运动必须在规定的时间和位置协调进行，这样才能保证机器的正常运行，防止出现卡纸，空压等不良现象的出现，影响机器的工作效率。
1.运动分析：
（1）在需要送纸板的时候，凸轮机构必须在近休状态下，这样可以保证有一段时间的夹紧片是张开的，使送纸时不至于过于仓促。
（2）在纸板走到上模位置时，能及时完成冲压过程，并且能及时进入远休状态，使下模在纸板上停留片刻，保证压膜效果。
（3）不完全齿轮的间歇运动保证了机器完成送纸，冲压和送出的时间相等，且每个过程的时间非常充分，使送纸方便，冲压完全，保证了产品的质量。
2.根据上述对各机构运动的详细分析，各机构的运动情况，所以能够绘制出机械运动的总循环图，见下图
（注：
在夹紧机构中330-100度为推程，100—200度为远休，200-300度为回程，300-330为近休，其他区域为同一环内机构停止工作区）
七、绘制机构的传动方案及传动图
1、总传动比的计算
曲柄每转一周，压模纸板一张，为一个运动循环。
而本设计要求每小时冲压3000张纸板，可得：
曲柄转速n=
=50r/min
总传动比i=
=14.4
2、传动比分配
采用下图所示的带传动和三级齿轮传动实现减速，带轮的半径分别为40mm、20mm。
齿轮的齿数选择24、25、45、48，分度圆半径分别为12mm、10mm、18mm、24mm，把齿数为24、48的一对齿轮组合，要4对；齿数为25、45的一对齿轮组合，要2对；齿数为24的齿轮要5个，如图组合。
模数为分别为：
=
=1
=
=0.8
=
=1
则实际传动比：
i=
=14.4
曲柄实际转速:
n=
=50r/min
理论与选定零件后实际的转数和传动比相同，所以可以使用。
3、传动
图
八、利用计算机对凸轮机构进行分析
九、利用计算机对冲压机构进行分析
1、四杆机构部分
2、曲柄滑块部分
（注：
由于电脑问题，K值与动程的数值不准确）
十、参考文献
[1].裘建新.机械原理课程设计.北京：
高等教育出版社，2005.4
[2]．孙桓,陈作模,葛文杰机械原理（第7版）.北京：
高等教育出版社,2006.5
十一、个人总结
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