半自動模壓平砌機機械原理

1、一、設(shè)計目的通過本課程設(shè)計將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識進行綜合應(yīng)用，著手設(shè)計“半自動平壓模切機”。通過對機構(gòu)的選型、設(shè)計；對機械傳動方案、機械運動方案的選擇和評價而培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算能力。熟悉一般的機械裝置設(shè)計過程。二、 工作原理及工藝動作半自動平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設(shè)備。該機可對各種規(guī)格的紙板、厚度在4 mm以下的瓦楞紙板，以及各種高級精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凹凸。經(jīng)過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線去掉邊料后，沿著壓出的痕跡就可折疊成各種紙盒、紙箱或制成凹凸的商標(biāo)。半自動平壓模切機的主要工藝動作有兩個：（1）將紙板走紙到位；（2）進行沖壓模切。半自動平壓模

2、切機如圖1所示。1.雙列鏈傳動；2.主動鏈輪；3.走紙橫塊；4.工作臺面；5.上模；6.下模；7.執(zhí)行構(gòu)件；8.紙板圖1 平壓模切機動作示意4為工作臺面，工作臺上方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為走紙橫塊（共5個），其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構(gòu)帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運行到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件7作往復(fù)移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉(zhuǎn)動，將紙板送到具有上模5（裝調(diào)以后是固定不動的）和下模6的位置，鏈輪再次

3、停歇。這時，在工作臺面下部的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件滑塊和下模為一體向上移動，實現(xiàn)紙板的壓痕、切線，稱為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運行，當(dāng)夾有紙板的橫塊走到某一位置時，受另一機構(gòu)（圖上未表示）作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進入第二個工作循環(huán)，將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。三、半自動平壓模切機工藝動作順序紙盒余料松開走紙輸出走紙模切沖壓輸入走紙夾緊紙板印刷紙板 （四、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求1、原始數(shù)據(jù)（1）每小時壓制紙板2000、2080、2100、2150、2170、2200、2300、2400、2550、2670、2850、3

4、000張。（2）上模固定，下模向上移動的行程長度H50土0.5 mm，回程的平均速度為工作行程平均速度的1.3倍。（3）工作行程的最后2 mm內(nèi)受到生產(chǎn)阻力Pc2x106 N，如圖2所示，回程時不受力，下模和滑臺的質(zhì)量約為120 kg。圖2 模切機生產(chǎn)阻力曲線（4）工作臺面離地面的距離約為1200 mm。（5）所設(shè)計機構(gòu)的性能要良好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。2、設(shè)計方案提示（1）走紙機構(gòu)可采用雙列鏈傳動，走紙橫塊其兩端分別固定在前、后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干夾緊片已夾緊紙板。主動鏈輪由間歇運動機構(gòu)帶動以實現(xiàn)定時走紙。（2）模切機構(gòu)由于壓制紙板時受力較大，宜采用承載能力高的平

5、面連桿機構(gòu)，而連桿機構(gòu)中最常用的有四桿機構(gòu)和六桿機構(gòu)，在紙板停頓時進行沖壓模切。（3）控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機構(gòu)，由于夾緊片張開后要停留片刻，讓紙板進入后才能夾緊，因而推桿移動到最高位置時，有較長時間停歇的運動要求，故采用凸輪機構(gòu)在設(shè)計上易于實現(xiàn)此要求，且結(jié)構(gòu)簡單。3、 設(shè)計任務(wù)（1）按工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖。（2）進行走紙機構(gòu)、沖壓模切機構(gòu)及夾緊紙板的控制機構(gòu)的選型。（3）機械運動方案的評定和選擇。（4）按選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出運動方案示意圖。（5）選取兩個機械傳動機構(gòu)或執(zhí)行機構(gòu)進行尺寸計算，必要時還要進行運動

6、分析，并將一個機構(gòu)按尺寸畫出。（6）編寫設(shè)計計算說明書。5）所設(shè)計的機構(gòu)性能要良好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。五機械運動方案的選擇評價及確定：根據(jù)機構(gòu)的功能，運動規(guī)律的形式，傳動精度高低，機構(gòu)的工作性能，應(yīng)用范圍可調(diào)性，運轉(zhuǎn)速度，承載能力，機構(gòu)的動力性能，加速度峰值，可靠性，經(jīng)濟性，（制造難易，能耗大小），結(jié)構(gòu)緊湊（尺寸，重量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性）等要求來選擇方案。由此可以選擇三個結(jié)構(gòu)比較簡單的方案。走紙機構(gòu)由上述機構(gòu)運動要求，繪制如下運動示意草圖：夾緊裝置夾緊裝置模切機構(gòu) 六、各部件運動分析1、 主軸的選擇和轉(zhuǎn)角運算為了計算和設(shè)計方便，選擇變速箱的輸出軸為運動分析主軸，如上圖所示。由

7、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求知，平面六桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K1.3，則極位夾角°并知該運動周期分為兩部分，以203.5°為界分為0°-203.5°和203.5°-360°兩個過程。2、模切機構(gòu)的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-203.5°，下模從行程最低點開始，在平面六桿機構(gòu)的帶動下向上移動至預(yù)定模切位置，進行沖壓模切；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為203.5°-360°，下模完成模切動作，快速急回運動至行程最低點即下一周期起點。3、走紙機構(gòu)的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-203.5°，特殊齒輪組（用于完成間歇運動）沒有

8、嚙合運動，鏈輪鏈條處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為203.5°-360°，特殊齒輪組輪齒參與嚙合，帶動鏈輪鏈條運動，進行走紙運動。4、夾緊裝置的分析當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為0°-203.5°，帶動夾子的凸輪走過推程，遠休止和回程使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為203.5°-360°，凸輪處于近休止?fàn)顟B(tài)使剛性彈簧夾處于夾緊狀態(tài)。綜上所述運動循環(huán)圖如下：主軸轉(zhuǎn)角0° 203.5° 360°走紙機構(gòu)停止運動夾緊裝置送料夾緊輸入走紙模切機構(gòu)滑塊上升（模切）滑塊下降（回程）送料、模切機構(gòu)的選型 （一） 送料機構(gòu)的選型1、可選機

9、構(gòu)機構(gòu)供選機構(gòu)類型 紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動 紙板的停歇機構(gòu)凸輪機構(gòu)特殊齒輪組 紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子 2、選型原因：(1)對于紙板的輸送構(gòu)件，選用雙列鏈輪傳動：a、相對皮帶傳動而言，雙列鏈輪傳動精度較高，有利于紙板的精確走紙定位；b、適合于本機構(gòu)的遠距離傳遞；c、本機構(gòu)在長時間傳輸、模切時摩擦大，易發(fā)熱，而雙列鏈輪傳動機構(gòu)適合于長時間在此惡劣環(huán)境下工作。另外，使用皮帶輪傳動其易打滑，易變形，傳輸精度低，傳遞效率低。(2)對于紙板的停歇，選用特殊齒輪組： a、相對凸輪機構(gòu)相比而言，特殊齒輪組制造容易，工作可靠。b、特殊齒輪組在設(shè)計時，易實現(xiàn)從動件的運動時間和靜止時間的比例在較大范

10、圍內(nèi)調(diào)節(jié)，適用范圍廣。c、特殊齒輪組在工作時由于面接觸且是間歇運轉(zhuǎn)，因此不易磨損，使用壽命長。另外凸輪機構(gòu)制造加工困難，易磨損。(3)對于紙板的固定，選用剛性彈簧夾：a、在走紙時，相對普通夾子而言，由于剛性彈簧力的作用，可以自動的將紙板夾緊，并準確平穩(wěn)的走紙；b、在夾緊和松開紙板時，運用凸輪機構(gòu)和剛性彈簧的配合使用，能準確、方便、自動的實現(xiàn)紙板的夾緊和松開動作。另外，使用普通夾子較難實現(xiàn)紙板的自動夾緊和松開的工藝動作以及平穩(wěn)走紙的目的。3、最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇殊齒輪組選用特；紙板的固選用剛性彈簧夾。（二） 模切沖壓機構(gòu)的選型 1、可選機構(gòu)機構(gòu)供選機構(gòu)急回機構(gòu)直動推桿

11、凸輪機構(gòu)平面六桿曲柄滑塊機構(gòu) 2、選型原因：a、相對凸輪機構(gòu)而言，連桿機構(gòu)的運動副一般均為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，潤滑好，磨損小，則承載能力較大，有利于實現(xiàn)增力效果。b、連桿機構(gòu)的設(shè)計、加工制造容易，經(jīng)濟性好，且低副一般為幾何封閉，工作的可靠性好。c、在滿足運動要求的條件下，連桿機構(gòu)可以靈活改變各桿件的相對長度來調(diào)節(jié)運動規(guī)律，適用性強。另外，凸輪機構(gòu)增力效果差，設(shè)計加工制造困難，適用性差。3、 最終選型：平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)。七、 機械運動方案的評定和選擇由上述運動循環(huán)圖及題設(shè)要求可知，“半自動平壓模切機”主要分為三大部分：動力傳動機構(gòu)；走紙機構(gòu)；沖壓模切機構(gòu)。其中動力傳動機構(gòu)又

12、分為動力傳遞機構(gòu)和變速轉(zhuǎn)向機構(gòu)。走紙機構(gòu)分為：紙板的輸送機構(gòu)，紙板的停歇機構(gòu)和紙板的固定機構(gòu)。沖壓模切機構(gòu)為急回機構(gòu)。 備選機構(gòu)列表： 機構(gòu)供選機構(gòu)類型 紙板的輸送雙列鏈輪傳動皮帶輪傳動 紙板的停歇機構(gòu)凸輪機構(gòu)特殊齒輪組 紙板的固定剛性彈簧夾普通夾子急回機構(gòu)直動推桿凸輪機構(gòu)平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)動力傳遞機構(gòu)聯(lián)軸器V形帶變速轉(zhuǎn)向機構(gòu)圓柱齒輪傳動機構(gòu)單級蝸桿傳動機構(gòu)錐-圓柱齒輪傳動機構(gòu)從中選出3種典型可行方案如下：方案A：雙列鏈輪傳動-特殊齒輪組-剛性彈簧夾-平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)-V形帶-圓柱齒輪傳動機構(gòu)方案B：雙列鏈輪傳動-凸輪機構(gòu)-剛性彈簧夾-直動推桿凸輪機構(gòu)-聯(lián)軸器-錐-圓柱齒輪傳動機構(gòu)方案C

13、： 皮帶輪傳動-凸輪機構(gòu)-普通夾子-直動桿凸輪機構(gòu)-聯(lián)軸器-單級蝸桿傳動機構(gòu)典型可行方案評定方案A：1、示意圖剛性彈簧夾2、分析與評定(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量由于V形帶和齒輪的組合傳動，功率損失小，機械效率高，可靠性高；平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)能夠承受很大的生產(chǎn)阻力，增力效果好，可以平穩(wěn)的完成模切任務(wù)；使用剛性彈簧夾自動的實現(xiàn)紙板的夾緊與松開動作，并運用特殊齒輪組完成走紙的間歇運動和準確的定位，以實現(xiàn)與沖壓模切的協(xié)調(diào)配合。(2)機械的運動分析在同一傳動機構(gòu)的帶動下，特殊齒輪和雙列鏈輪機構(gòu)共同完成走紙的準確定位，運動精度高，并且能和沖壓模切運動很好的配合完成要求動作工藝。(3)機械動力分析平面六桿曲

14、柄滑塊機構(gòu)有良好的力學(xué)性能，在飛輪的調(diào)節(jié)下，能大大的降低因短時間承受很大生產(chǎn)阻力而帶來的沖擊震動；整個機構(gòu)（特別是六桿機構(gòu)和特殊齒輪組）具有很好的耐磨性能，可以長時間安全、穩(wěn)定的工作。(4)機械結(jié)構(gòu)合理性該機構(gòu)各構(gòu)件結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸設(shè)計簡單，機構(gòu)重量適中。(5)機械經(jīng)濟性平面六桿曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計，加工制造簡單，使用壽命長，維修容易，經(jīng)濟成本低，雖然特殊齒輪組設(shè)計加工難度較大，成本偏高，但與其他等效備選機構(gòu)相比，其能更好的實現(xiàn)工作要求，以帶來更大的經(jīng)濟效益。方案B：1、 示意圖 2、分析與評定(1)機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量相較于方案A的V形帶，聯(lián)軸器的傳遞效率雖然高，但是減速效果差；采用直動推桿凸輪

15、機構(gòu)難承受很大的生產(chǎn)阻力，不能很好的完成沖壓模切功能；運用凸輪機構(gòu)帶動走紙機構(gòu)間歇運動，由于長時間工作而磨損變形，會造成走紙機構(gòu)無法準確定位。雖然能實現(xiàn)總體功能要求，但實現(xiàn)的質(zhì)量較差。(2)機械運動分析凸輪的長期間歇運動導(dǎo)致微小誤差積累，從而引起走紙定位的準確性下降，最終引起各執(zhí)行機構(gòu)間的配合運動失調(diào)。(3)機械動力分析直動推桿凸輪機構(gòu)難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學(xué)要求；該方案中的凸輪機構(gòu)（包括機構(gòu)中的兩個凸輪機構(gòu)）耐磨性差。(4)機械結(jié)構(gòu)合理性該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機構(gòu)的使用，造成整體機構(gòu)的尺寸和重量都較大。(5)機械經(jīng)濟性由于凸輪機構(gòu)

16、和錐圓柱齒輪的設(shè)計、加工制造較難，用料較大，維修不易，故而生產(chǎn)和維修經(jīng)濟成本均較高。方案C：1、示意圖普通夾子 2、分析與評定(1) 機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量相對于方案B，皮帶傳送很難實現(xiàn)走紙的準確定位；普通夾子不便于紙板的自動化夾緊和松開，需要相應(yīng)輔助手段較多；采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，環(huán)境適應(yīng)好，但傳動效率低，不適宜于連續(xù)長期工作?？傮w上機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量很差。(2) 機械運動分析皮帶傳送易磨損、打滑，走紙運動的精度低，又因很難實現(xiàn)準確定位與沖壓模切的協(xié)調(diào)性差。(3) 機械動力分析直動推桿凸輪機構(gòu)難以承受很大的生產(chǎn)阻力，不便長期在重載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學(xué)要求；該方案中的凸輪機

17、構(gòu)（包括機構(gòu)中的兩個凸輪機構(gòu)）和平帶耐磨性差。(4) 機械機構(gòu)合理性該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但由于凸輪機構(gòu)的使用，造成整體機構(gòu)的尺寸很重量都較大。(5) 機械機構(gòu)經(jīng)濟性由于普通夾子的使用，降低了生產(chǎn)成本，但由于其易磨損，維修成本大，又由于凸輪機構(gòu)和蝸桿機構(gòu)的存在，經(jīng)濟成本還是很大。綜上所述，從機械功能的實現(xiàn)質(zhì)量、機械運動分析、機械動力分析、機械結(jié)構(gòu)合理性、機械經(jīng)濟性等各方面綜合考慮，方案A各方面性能均優(yōu)，故選擇其為最優(yōu)方案。八、運動循環(huán)圖各執(zhí)行構(gòu)件的運動協(xié)調(diào)性分析運動循環(huán)圖。休止下模接近紙板0°曲柄轉(zhuǎn)向休止下模返回返回夾緊裝置進程壓切紙板(a) 直角坐標(biāo)式02pH2p(c) 直線式壓切紙

18、板遠休止進 程接近紙板曲柄轉(zhuǎn)角下模(沖頭)夾緊執(zhí)行構(gòu)件1800+q下模返回近休止1800­q回程走紙動作走紙停止走紙(b) 圓形停止走紙九、原動機的選擇上模固定，下模向上移動的行程長度H=50±0.5 mm，回程的平均速度為工作行程的平均速度的1.3倍。工作行程的最后2 mm范圍內(nèi)受到生產(chǎn)阻力Pc=2x1O6 N，回程時不受力。下模和滑塊的質(zhì)量共約120kg?；瑝K從最底下到頂端時間 t=(60/50)*(13/23) 電動機的功率 Pw=()/t則由于考慮到六桿及傳動系統(tǒng)中功率的損耗，加上飛輪的做用，電動機選用.（分別為皮帶，軸承和齒輪的效率） 故 Pd=Pw/ n=7kw

19、 轉(zhuǎn)速： ( =840 分別為皮帶和減速器的傳動比) 則 電動機方案選型方案型號（kw）轉(zhuǎn)速 r/min重量N參考價格（元）傳動比同步滿載總傳動比V帶減速器1Y160M1-111300029301170135058.62.820.932Y160M-411150014601230180029.22.511.683Y160L-61110009701470160019.429.7最終選型為：型號（kw）滿載時起動電流額定電流起動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 r/min電流（380V）效率%功率因數(shù)Y160M1-111293020.887.20.887.02.02.2十、機械傳動設(shè)計（一） 傳動比的分配1、 總傳動比： 58.62、 分配傳動比： i1, i2 分別為皮帶和減速器傳動比），為使V型帶傳動外廓尺寸不至過大，初步取， 則 同理，按展開式考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪直徑相近，由展開式曲線，查得 =5.70，則 十一、 剛性彈簧夾及其配合凸輪的設(shè)計 剛性彈簧夾及其配合凸輪的尺寸如上，按設(shè)計要求配合凸輪只需完成