半自動模切機運動方案擬定

1、-機械原理課程設計一.機械原理課程設計的目的機械原理課程設計的目的n是機械類學生第一次進行的機械運動方案設計和傳達裝置結構設計.n是對已學機構的分析和綜合.n是培養(yǎng)學生初步掌握機械設計方法所不可缺少的一個重要教學環(huán)節(jié) n培養(yǎng)學生對已學的基礎知識：如制圖、力學、機械制造基礎、機械原理、機械設計等課程的綜合運用能力 對參加課程設計的同學的要求n積極思考n廣為涉獵n大膽創(chuàng)新n認真仔細二二.半自動平壓模切機半自動平壓模切機（以下簡稱模切機）簡介（以下簡稱模切機）簡介 n2.12.1課題說明課題說明n模切機模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備，該機可對各種規(guī)格的紙板和厚度在6mm以下的

2、瓦楞紙板進行壓痕、切線。沿切線去掉邊料后，可折成各種紙盒、紙箱或壓制各種富有立體感的精美凹凸商標和印刷品。2.2原始參數和設計要求原始參數和設計要求1）紙張尺寸為250mm250mm，由人工放入輸送線上，雙班制，每小時壓制紙板20003000 張；2）模壓行程H=500.5mm?；爻痰钠骄俣仁枪ぷ餍谐唐骄俣鹊?.2倍左右。壓力與模壓行程的關系如圖1所示。模壓產生阻力F=0.4 106 0.8106 N，模壓回程時不受力；3）模具和滑塊的質量約為120Kg；4）在最后加壓的5mm范圍內施壓性能良好，即增力性好，且在5mm范圍內施壓時間適當長些；5）工作臺距離地面約1200mm；6）要求結構簡

3、單緊湊、節(jié)省動力、便于制造，使用壽命為十年。三三.模切機運動方案的確定模切機運動方案的確定 n3.1工藝動作分解工藝動作分解 紙箱或紙盒的壓痕、切線、壓凹凸，都要用凹模和凸模加壓，為此紙板需定位、夾緊，再送到模壓位置加壓，之后將加壓后的紙板送走。因此，模切機的工藝動作可分解為三個動作： 1. 控制夾緊裝置張開、夾緊、 2.送料 3.加壓模切。3.2運動方案的構運動方案的構3.2.1送料機構的選擇送料機構的選擇 n為了保證模壓時的相對位置精度，紙板在輸送過程中，必須定位、夾緊。比較簡單而可靠的方法是利用帶有夾緊片的雙列鏈條，如圖2所示。n鏈輪的運動可由間隙運動機構（如不完全齒輪機構等）控制。n兩

4、鏈條之間有固定模塊4（固定模塊的條數和間距L可根據整機尺寸確定，與鏈輪中心距有關，通常L可取5條），其上裝有夾緊片8，n當推桿7頂住夾緊片時，夾緊片張開，此時在工作臺10上，由人工放入紙板6，當推桿7下降時，夾緊片8靠彈力自動夾緊紙板，推桿的動作可用凸輪控制。n在間隙機構控制下輸送鏈條帶著紙板移動距離L，在模切工位上停止移動，進行模切。n同時在另一個工位上推桿推開夾緊片，工人再放入紙板，輸送鏈再將切好的紙板送至指定工位，由固定擋塊9迫使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上。3.2.2模切運動方案的構思及篩選模切運動方案的構思及篩選n工藝動作分解后，接著應考慮采用哪幾種機構的組合來實現這些動作，即要進行

5、機械運動方案的構思 。n構思機械運動方案 的方法有： 列舉法 黑箱法 篩選法 等用篩選法選擇模切機的加壓方法（關聯(lián)樹法）由由左左模模向向右右模模加加壓壓左左右右模模同同時時加加壓壓由由右右模模向向左左模模加加壓壓由由下下模模向向上上模模加加壓壓加壓方法加壓方法水平加壓水平加壓垂直加壓垂直加壓由由上上模模向向下下模模加加壓壓上上下下模模同同時時加加壓壓篩選1。水平加壓不利于紙板輸送系統(tǒng)的布置 - 排除2。垂直加壓中 .上下模加壓不利于對準 - 排除 .下模固定上模壓干擾鏈條送料- 排除 .上模固定下模壓 - 可行.篩選結果：采用由下往上壓的方案，即執(zhí)行構件作往復直線運動。 傳動系統(tǒng)運動方案構思

6、怎樣把水平方向的旋轉運動經減速后變換為垂直方向的往復直線運動 ？能實現以上運動的機構有：1。齒輪減速后的曲柄滑塊機構 2。曲柄滑塊機構演變而成一些帶滑塊的六桿 機構 3。經減速后的直動推桿盤形凸輪機構 4。螺母作往復轉動的螺旋機構 5。齒輪作往復轉動的齒輪齒條機構 方案比較方案 曲柄滑塊機構 滑塊的六桿機構 凸輪機構 螺旋機構 齒輪齒條機構 增力性 無 強 無 一般 無 加壓時間 較短 較長 最長 短 較長 一級 較小 小 小 小 小 傳動角 二級 - 較大 - 大 大 平穩(wěn)性 較平穩(wěn) 較平穩(wěn) 有沖擊 較平穩(wěn) 較平穩(wěn) 磨 損 與變形 一般 一般 劇烈 強 一般 效 率 高 高 較高 低 較高

7、結 構 簡單 較簡單 簡單 最復雜 復雜 加 工 與裝配 易 易 較難 難 難 成 本 最低 低 一般 較高 較高 運動尺寸 最小 最大 較小 較大 較大 比較結果：方案2最理想注：1。加壓時間：在相同的施壓距離5mm內，下壓模移動所用的時間越長越有利。2。一級傳動角：四桿機構的傳動角 二級傳動角：六桿機構中后四桿機構的傳動角。3.3機構運動參數的確定機構運動參數的確定 機械運動的原始參數是進行機構設計與傳統(tǒng)系統(tǒng)設計研究必須具備的數據。3.3.13.3.1原動件運動參數原動件運動參數 AB桿即是原動件，其運動參數為轉速為n。一般可根據任務書規(guī)定的產量計算出每個工件的加工時間，如本題要求曲柄轉一

8、圈，下模往復一次，壓出一塊紙板，其所需時間為T秒，則曲柄的轉速為n=60/T rpm3.3.2主執(zhí)行構件運動參數主執(zhí)行構件運動參數n主執(zhí)行構件是機構實現主要工藝動作的運動輸出構件，其運動參數與運動形式有關。如本題的主執(zhí)行構件是作往復運動，其運動參數主要是：行程H、行程速比系數K、每分鐘往復次數、施壓時的位移S和速度v等。3.3.3原動機的運動參數原動機的運動參數n原動機的運動參數通常有轉動和往復移動兩種形式。一般機械中普遍使用Y系列三相異步交流感應電動機作為原動機，常用的轉速有3000、1500、750、300rpm四種。轉速愈低，電動機重量愈重，價格愈高。但整體的總傳動比則會小一些，反之總傳

9、動比會增加。所以合理地選擇原動機的轉速是整機設計時不容忽視的一個環(huán)節(jié)。結合本課題的情況建議選用同步轉速為1500rpm的交流電動機。3.4機械傳動系統(tǒng)的擬定機械傳動系統(tǒng)的擬定 3.4.1主運動鏈和輔助運動鏈主運動鏈和輔助運動鏈 n由原動機到主工作機構原動件之間的運動聯(lián)系，稱主運動鏈 n由主運動鏈中某一構件引出的運動鏈，通常稱為輔助運動鏈 n為了保證主運動鏈和輔助運動鏈協(xié)調配合運動，通常主工作機構的原動件和輔助運動鏈的原動件都集中在同一根軸。 本課題中使下壓模作往復直線運動的該級機構為主工作機構。為了使輔助運動鏈的執(zhí)行構件與主運動鏈的執(zhí)行機構有序地協(xié)調動作，它們的原動件即曲柄16、凸輪14、不完

10、全齒輪12安置在同一根軸III上3.4.2運動鏈中各機構的排列運動鏈中各機構的排列高高速速級級 低低速速級級 摩摩擦擦傳傳動動、帶帶傳傳動動 鏈鏈傳傳動動 減速 齒齒輪輪 傳傳動動 減速 原原 動動 件件 執(zhí)執(zhí)行行機機構構 凸凸輪輪機機構構、連連桿桿機機構構、間間隙隙運運動動機機構構 3.4.3傳動比的確定傳動比的確定n當已知主工作機構的原動件轉速nc和原動件的額定轉速nn后，則主運動鏈的傳動比為i=nn/nc。若主運動鏈各傳動機構是串聯(lián)組合，則ic= i1i2i3n各級傳動比的分配，一般應考慮下述原則：1。每級傳動比應在該類傳動機構推薦的常用范圍內選取。 2。各級齒輪傳動的傳動比，一般按遞增

11、的次序排列，即從高速級到低速級，傳動比遂級放大。這可使機構較為緊湊，系統(tǒng)的等效轉動慣量減小，系統(tǒng)傳動精度較高 四。機構的工作循環(huán)圖四。機構的工作循環(huán)圖 n定義定義：表示機械在一個工作循環(huán)中，各執(zhí)行構件運動相互配合關系的圖形稱工作循環(huán)圖（或稱運動循環(huán)圖）n設計工作循環(huán)圖時，應先選擇主工作機構的執(zhí)行構件作為定標件，以其起點作為基準，用它的轉角(或時間)作為橫坐標。各執(zhí)行構件為縱坐標用于表出各執(zhí)行機構運動的先后次序及相位 n工作循環(huán)圖通常有直線式、圓擊式、直角坐標式直線式、圓擊式、直角坐標式三種 在設計本課題的工作循環(huán)圖時要注意以下幾點 ：。根據題設，下壓模向上移動最后5是下壓模的 施壓區(qū)間，對應原

12、動件的轉角為1，2。（2-1）愈大，施壓效果越好，這是模切機運動設計應追求的主要目標。而2和1的數值則由運動分析后確定。為了保證紙板處于靜止狀態(tài)下模切，應使輸送鏈比1角提前10停止，并滯后2角10開始轉動。在夾緊工位上，應確保輸送鏈輪停止轉動后，推桿7（參閱圖2）才升至最高位，頂動夾緊片松開，輸送鏈輪2重新轉動前，推桿7應迅速下降，使夾緊片夾緊紙板。在此期間，要保證有足夠的時間將紙板送入夾緊片。模切機工作循環(huán)圖示例下模塊 六桿機構 上升 （加壓） 下降 送紙機構送 鏈輪機構 轉動 停止 1 轉動 夾緊機構 凸輪機構 停止 上升 停止 00 1 2 3600 五。五。主體機構運動設計、運動分析和

13、力分析主體機構運動設計、運動分析和力分析 5.1主體機構的運動設計（或尺寸綜合主體機構的運動設計（或尺寸綜合 ） 機構的運動設計就是根據機械設計任務書的要求，對選定的一種總體設計方案進行運動設計，以滿足根據該機械的用途、功能和工藝條件而提出的運動規(guī)律、機構的位置或某點軌跡的要求。 機械運動的設計內容包括： 1。機構主要特性尺寸的確定 2。機構運動參數的分析 3。傳動比確定與分配等模切機主體機構設計思路n主工作機構-六桿機構由兩個四桿機構曲柄搖桿機構ABCD和搖桿滑塊機構DCE組成。n設計時為簡單對稱，取CD與CE桿長相等，其長度可根據工作臺平面高度適當選取。n這樣，搖桿最大擺角可以由滑塊E1E

14、2=H=500.5mm及CD及CE桿長由幾何關系求得。n曲柄搖桿機構的尺寸綜合，則可以根據速比系數K=11.2、搖桿CD長及曲柄AB長應用圖解法及解析法求連桿BC及機架AD的長。圖解法可參看機械原理教材。解析法說明如下 ：綜合具有急回作用的機構時，除給定行程速比系數 K 以外，一般還需要給定曲柄長 AB=a、 搖桿長 CD=c 及搖桿處于極限的夾角 、 而后求其余兩桿 BC=b、AD=d 的長。參見圖 7。 其求解方法步驟如下： 極位夾角 =18011KK 連桿長 b 因為 cos2212221221ACACACACCC 而 2sin2,2121cCCabACabAC 所以 cos1)cos1

15、()2/(sin22222acb 機架長 d 因為由幾何關系得 2sin2sin)(2coscab 2)2sin2sin)(arccos()2(21cab 由AC1D 得 1cos21121212DCACDCACAD 即 1cos)(2)(222cabcabd 所以 d=1cos)(2)(22cabcab 則求 b，d 可編程序用計算機計算。 主體機構運動設計亦可用圖解法，設計時由學生自己選擇。 最后，還應根據 )2)(arccos(222minbcadcb 及 )2)(arccos(222minbcadcb 取兩者中的小者作為傳動角，并校驗是否有 50min成立。 5.2主體機構運動分析主體

16、機構運動分析 n機構運動分析是目的是對于給定型式和結構尺寸參數的機構，按原動件的位置、速度和加速度，求解機構中其余構件上某些特定點的位置、速度、加速度。n機構運動分析的方法很多，主要有圖解法和分析法兩種。n圖解法直觀形象，物理概念清晰但精度不高且很繁瑣。n解析法把機構問題從數學上進行深化分析，并結合計算機輔助計算。它具有速度快、精度高、便于理論分析的優(yōu)點。 5.2.1鉸鏈四桿機構的運動分析鉸鏈四桿機構的運動分析 n在圖8所示的鉸鏈四桿機構中，已知各桿長l1，l2，l3，l4以及原動件AB的轉角1和等角速度1=。要求確定連桿2和搖桿3的轉角、角速度和角加速度。 n位置分析n為簡便起見，選取原動件

17、固定鉸鏈A為坐標原點，X軸與機架相連，從固定鉸鏈點向外標出機架、連架桿和連桿的向量。各轉角規(guī)定自X軸逆時針度量為正，反之為負。由此確定了各桿向量的指向后，機構就組成了一個封閉向量多邊形?？蓪懗龇忾]向量多邊形的向量方程式。位置分析 為簡便起見， 選取原動件固定鉸鏈 A 為坐標原點，X 軸與機架相連，從固定鉸鏈點向外標出機架、連架桿和連桿的向量。各轉角規(guī)定自 X 軸逆時針度量為正，反之為負。由此確定了各桿向量的指向后，機構就組成了一個封閉向量多邊形。可寫出封閉向量多邊形的向量方程式。 4321llll (1) 矢量)sincos(jile lll 分別向 X 軸和 Y 軸投影得： 33221143

18、32211sinsinsincoscoscoslllllll (2) 1133221143322sinsinsincoscoscoslllllll (3) 其中未知數為 2，3，消去 2求 3，兩邊平方并求和有： 2113321133422)sinsin()coscos(llllll 14131312131143212324cos2sinsin2coscos2cos2lllllllllll 0cos2cos2cos2sinsin2141242321223431313131llllllllllll 令： 131sin2llA 411343131cos22cos2lllllllB 14123212

19、2cos2lllllC 得： 0cossin33CBA (4) 令23tgx ，則有2312sinxx，22311cosxx 01112222CxxBxxA 022CBAxxBC BCCBAMABCCBAAx222222 即BCCBAMAtg22232 （其中 M=+1 或 M=-1） 則得：BCCBAMAarctg22232 (5) 根據裝配條件，確定 M 的符號“+”或“-”。 同理，消去 3，可求解 2，其中令： 121sin2llD 411242121cos22cos2lllllllEos2llllllF 得： EFFEDMDarctg22222 (9) 速度

20、分析 對式兩邊求導，其中3322, 333222111333222111coscoscossinsinsinllllll (10) 解方程組得2332111332231112sinsinsinsinllll (11) 加速度分析 對(10)式再一次求導 323333322222221211111323333322222221211111sincossincossincoscossincossincossinllllllllllll (12) 解方程組得： 2332332322221121332232332222311212sincoscossincoscosllllllll (13) 5.2.

21、2 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 封閉矢量多邊形 esll321 向 X，Y 軸投影 ellsll221232211sinsincoscos 解方程組，消去 2分別求得 2，s3： 11311221122113cossinsincoslsletgellMls (14) 對（14）式求導一次得： 0coscossinsin222111322211llvll (15) 解得： 221112212113coscoscossinlllv (16) 對（15）式再求導一次 0sincossincoscossincossin22222221211111322222221211111llllallll (17)

22、 22222212111122222122112113cossinsincoscoscossinllllla (18) 5.2.3 導桿機構導桿機構 閉矢量多邊形： 314sll 對 X，Y 軸投影 331143311sinsincoscossllsl (19) 解方程組得： 11114314124213cossinsin2lllarctglllls (20) 對(19)式分別求導一次和兩次可求得速度和加速度 31311313113cossinsllv (21) 33313211311313121131123332sincoscossinsvllllsa (22) 5.3主體機構的動力分析及飛

23、輪設計主體機構的動力分析及飛輪設計n5.3.1飛輪轉動慣量計算飛輪轉動慣量計算 平壓模切機設計時必須考慮速度波動調節(jié)問題平壓模切機設計時必須考慮速度波動調節(jié)問題。因為：因為：平壓模切機負荷的特點是短期的高峰載荷和較平壓模切機負荷的特點是短期的高峰載荷和較長期的空載互相交替長期的空載互相交替。如果按照工作行程所需的功率。如果按照工作行程所需的功率來選用電動機，要求的功率會很大。而用大功率的電來選用電動機，要求的功率會很大。而用大功率的電動機，又只是在很短工作行程時間內滿負荷，大部分動機，又只是在很短工作行程時間內滿負荷，大部分時間負荷很小，這樣就會造成浪費，且速度波動很大，時間負荷很小，這樣就會造成浪費，且速度波動很大，造成不良的效果。造成不良的效果。解決方法：解決方法：安裝飛輪，使主軸的角速度較為均勻，安裝飛輪，使主軸的角速度較為均勻，同時使沖