畢業(yè)設(shè)計（論文）-小型剪板機的設(shè)計說明書.doc

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1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：小型剪板機的設(shè)計姓名：學(xué)號：班級：年級：專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)院：機械工程學(xué)院指導(dǎo)教師： 完成時間：2015年 5 月12日武昌工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙作者聲明本畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)論文（設(shè)計）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)論文（設(shè)計）成果歸武昌工學(xué)院所有。特此聲明作者專業(yè)：機械制造及其自動化作者學(xué)號：作者簽名： 年 月 日（手填時間）小型剪板機的設(shè)計The Design O

2、f SmallShears2015年 5 月12日- 0 -摘 要剪板機設(shè)計要求其剪切厚度為3mm，剪切寬度1000mm，滑塊的行程為80mm，每分鐘剪切次數(shù)為30次。剪板機對胚料進行成型加工的鍛壓機械，設(shè)計中動力由電動機提供，經(jīng)過一級帶傳動和一級齒輪傳動減速來完成整個傳動的，其中設(shè)計中剪板機傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動是通過曲柄滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運動，實現(xiàn)對板料的剪切。曲柄滑塊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、使用及維護方便、比較實用等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在機械設(shè)備中。首先對剪板機的工作原理、背景和發(fā)展趨勢等做了簡要介紹；接著分析了簡易剪板機的傳動方式；然后根據(jù)給定參數(shù)要求對傳動方式和結(jié)構(gòu)進行選型設(shè)計；接

3、著對主要零部件進行了相應(yīng)的校核。最后，提出了簡易剪板機設(shè)計過程中存在的不足，以便于今后設(shè)計的改進。 關(guān)鍵詞：剪板機；曲柄滑塊；鍛壓機械 - 0 - Abstract Shearing machine design requirements the shear thickness to 3 mm, shearing width 1000 mm, slide block schedule for 80 mm per minute, and the number of shear for thirty times. Powered by the motor through a belt drive

4、and a slowdown Gear. Shearing machine to embryo materials forming process of forging machinery, design is driven by motor provide, after level 1 belt drive and level of gear reduction to complete the entire drive, the design of the shearing machine drive system of the rotary motion is through the cr

5、ank slider mechanism into slide block reciprocating linear motion, realize the shear sheet. Slider-crank mechanism is simple in structure, easy to machining, use and maintenance convenient, more practical advantages, widely used in the mechanical equipment. First, I do a brief introduction to the sh

6、earing machine work principle, the background and the trend of development. Then analysis the simple shearing machine transmission mode. Transmission and structure according to the given parameter requirements for selection and design. Then designed machine on the main components are corresponding c

7、hecked. The the simple shearing machine drive structure design represents of the general process of design, selection of design work on the future of some reference value.Key words: cutting machine; crank and slide block; metal forming machinery- 0 -目 錄1 緒論11.1 剪板機簡介11.2 剪板機的背景及趨勢11.3 剪板機工作原理22 總體方案

8、的確定32.1 凸輪機構(gòu)方案42.2 曲柄滑塊機構(gòu)方案52.3 本次設(shè)計采用的方案63 電動機、離合器和制動器和刀具的選擇83.1 電動機的選擇83.2 離合器的選用與計算113.3 制動器的選擇123.4刀具的選擇134 計算144.1 帶傳動的設(shè)計及其計算144.2 齒輪設(shè)計204.3 軸的設(shè)計245 曲柄連桿機構(gòu)設(shè)計285.1 材料的選擇285.2 曲柄連桿結(jié)構(gòu)運動規(guī)律285.3 連桿的設(shè)計306 機身設(shè)計和緊固件選擇316.1 機身結(jié)構(gòu)316.2 機床的強度32- 0 -6.3 緊固件的選用32 結(jié)論33 主要參考文獻34- 0 - 緒 論1.1 剪板機簡介隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，

9、很多的工業(yè)部門、企業(yè)都在使用金屬板材，都需要對板材進行切斷加工，所以剪板機在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中起到了很大的作用。為了很好的完成剪板的功能，探索出一種既經(jīng)濟又節(jié)能的剪板機，從而選擇了小型簡易剪板機傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計。剪板機屬于直線剪切類型機器，能剪裁各種尺寸金屬板材的直線邊緣。在軋鋼、汽車行業(yè)、電器、儀表儀器行業(yè)、船舶、橋梁、鍋爐、壓力容器等各個行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。此外再根據(jù)剪板機的傳動方式、結(jié)構(gòu)形式及使用性質(zhì)的不同等來分，又可以分為曲柄剪板機、螺旋剪板機、高速剪板機、高速沖裁剪板機、多工位自動剪板機、沖壓液壓機、沖?；剞D(zhuǎn)頭剪板機和電磁剪板機。按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可分為：平刃剪板機、斜刃剪板機、多用途

10、剪板機、專用剪板機和數(shù)控剪板機。1.2 剪板機的背景及趨勢 18世紀(jì)，英國工程師史密斯創(chuàng)制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機械的時代。1795年，英國的布拉默發(fā)明水壓機，但直到19世紀(jì)中葉，因為大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造隨著電動機的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動力的機械剪板機以及空氣錘，并獲得快速成長。近年來，生產(chǎn)的剪板機的效率在提高，剪切板料厚度也在增加，剪切精度也有很大的提高，發(fā)展并努力降低噪音，創(chuàng)新改善設(shè)備，在安全性、自動化程度、勞動條件方面有很大改善，特別是開始不斷地采用自動化控制。 國內(nèi)外的情況進行分析，可知剪扳機的發(fā)展會有以下幾種趨勢：1剪板機的可剪寬度在逐年增加，但機架凹口(喉口)

11、深度在逐漸的減小；2必須提高剪切質(zhì)量和加工精度，以滿足市場需求；3必須提高和完善安全設(shè)施，還需提高生產(chǎn)率和自動化程度，增加經(jīng)濟效益，減輕工人的勞動強度；4液壓傳動的剪板機及液壓與機械混合式傳動的剪板機在逐漸增多； 5用微機控制和數(shù)控型的的剪切機及其流水生產(chǎn)線得到迅速發(fā)展。1.3 剪板機工作原理剪切機主要根據(jù)工藝需要對板材進行剪切下料，板料主要有黑色和有色金屬的板料、棒料等。對板料進行剪切時，需要合理選擇壓料力、刀刃口的間隙、剪切角和刀片間隙等參數(shù)以及提高精度的方法，這樣就可提高的質(zhì)量。剪板機的剪切是借助于運動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所

12、需要的尺寸斷裂分離的機械設(shè)備。剪板機屬于直線剪切機這種類型，主要是用來直線剪切一些厚度尺寸的金屬板材，其剪切需要滿足被剪板料剪切表面的直線性和平行度的要求，并且減少板材扭曲，從而來獲得較高質(zhì)量的工件，一般主要用于軋鋼、治金工業(yè)、飛機、橋梁、壓力容器、農(nóng)業(yè)機械制造、汽車行業(yè)、造船、電器電氣工程設(shè)備、餐飲家具、醫(yī)療機械、儀表儀器等各個機械工業(yè)部門。剪板機的剪切過程由兩個階段組成：壓入變形和剪切滑移。剪板機的刀架上裝有上刀片，而下刀片則是固定在機床的床面上。在剪切滑移階段，剪切應(yīng)力增大，使板料被剪切，當(dāng)板料被剪切完后，就完成了剪切。機床的床面上安裝有托球，以便于板料的移動，還有便于送進板料。后擋料架

13、主要是對板料進行定位，再由調(diào)位銷進行對其位置進行調(diào)節(jié)，其類型主要有有手動和機動兩種類型。本次設(shè)計的目的是，在前人設(shè)計的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，集合自己的想法，把剪板機做得更好。我設(shè)計的簡易剪板機是機械傳動的剪板機一種，能夠?qū)Ω鞣N尺寸金屬板材進行剪裁各種尺寸。該設(shè)備應(yīng)用廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，經(jīng)濟實用的優(yōu)點。在這次畢業(yè)設(shè)計中我們學(xué)到了很多東西，讓我受益匪淺，為我以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。從而培養(yǎng)我們解決工程實際問題的能力，通過這次設(shè)計是對我們所學(xué)專業(yè)知識的基本的理論的綜合運用，從而讓我們的設(shè)計和計算能力以及繪圖能力和科研能力都得到了全面的訓(xùn)練。2 總體方案的確定 合理的傳動方案需要滿足設(shè)計的剪板機

14、的性能要求好，還要能夠適應(yīng)所需的工作條件，另外剪板機的傳動裝置的結(jié)構(gòu)也要盡量簡單、尺寸緊湊、加工方便、經(jīng)濟實用、傳動效率高和使用維修方便，要同時滿足上述的幾個要求是比較困難的，所以我們要通過下面的多種傳遞方案的分析，進行比較，最終選擇出符合本次設(shè)計要求的最佳傳動方案。 當(dāng)采用由幾種傳動形式組成的多級傳動時，要充分考慮各種傳動形式的特點,合理的分配其傳動順序。在選擇時，應(yīng)注意以下幾種傳動件的特性：1帶傳動的承載能力比較小，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時,較比其它的傳動形而言，其所需結(jié)構(gòu)尺寸要大的多，但具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能吸振緩沖，傳動效率較高的特點，適合布置在高速級。 2鏈傳動則只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的

15、同向傳動，在磨損后比較容易發(fā)生跳齒，有不均勻有沖擊，不適用于高速級，適合置于低速級。3斜齒圓柱齒輪傳動適合用在速度高或傳動平穩(wěn)的場合，因為其傳動平穩(wěn)性和接觸疲勞強度比較的高。4圓錐齒輪傳動的嚙合性較其他齒輪傳動要好，能承受高負(fù)載，而且壽命長，但由于它的加工比較困難，所以要限制齒數(shù)、模數(shù)和傳動比，故在高速級的傳動中運用較多。根據(jù)性能、工作條件、成本的各方面的因素，選擇帶傳動和直齒圓柱齒輪進行若干個減速級的傳動。優(yōu)點：如果采用V帶傳動，傳動效率則較高；成本會低廉，經(jīng)濟又實用；結(jié)構(gòu)簡單并且尺寸緊湊傳動平穩(wěn)，還可以承受較大的預(yù)緊力，具有過載保護；緩沖吸振等，還可減少帶傳動的尺寸。2.1 凸輪機構(gòu)方案

16、為凸輪機構(gòu)是第一種方案，如圖2.1所示：凸輪的傳動是由主軸的轉(zhuǎn)動來帶動的，當(dāng)凸輪在升程時就推動滑塊(即刀片)進行剪切板料；在回程時，滑塊則在彈簧力的作用下上慢慢升到初始(開始)位置，準(zhǔn)備下一個動作循環(huán)。凸輪機構(gòu)的優(yōu)點是可以根據(jù)推桿的運動規(guī)律來使凸輪的輪廓曲線和機構(gòu)的尺寸，機構(gòu)簡單，可靠性高。缺點是凸輪輪廓與推桿之間為點、線接觸，易磨損，因為其工作壓力不能太大，本次設(shè)計的剪板機工作壓力較大，會嚴(yán)重磨損凸輪的輪廓及推桿，嚴(yán)重影響機器的穩(wěn)定性，所以該方案不予采用。凸輪機構(gòu)工作原理圖見圖2.1。 圖2.1 凸輪機構(gòu)工作原理圖2.2 曲柄滑塊機構(gòu)方案曲柄滑塊機構(gòu)是第二種方案。通過圖2.2可以看出其工作原

17、理：由主軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動，從而通過連桿將旋轉(zhuǎn)運動變成使滑塊直線運動(上下往復(fù)運動)，從而來實現(xiàn)剪切。 圖2.2 曲柄滑塊機構(gòu)原理圖 該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟實用的優(yōu)點，故采用此方案即曲柄滑塊機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)比較合適。2.3 本次設(shè)計采用的方案本次設(shè)計的簡易剪板機設(shè)計的總體方案為電動機經(jīng)過一級帶輪減速及一級齒輪減速驅(qū)動主軸上的曲柄滑塊機構(gòu)，從而使刀架上下運動，刀架上的刀片對板料進行剪切。此次設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖如圖2.3所示。圖2.3 系統(tǒng)傳動簡圖剪板機的技術(shù)參數(shù)此次設(shè)計的的技術(shù)參數(shù)如下：板料厚度3mm可剪板寬1000mm滑塊行程80mm剪板次數(shù)30次/min 剪板機可剪板料的

18、厚度在一定程度上受到剪板機構(gòu)件強度的限制，最終主要由剪切力來決定。刀刃口的間隙、刃口的鋒利程度、被剪材料的強度及剪切斷面的寬度等因素都能影響到剪板機的剪切力，其中最主要的還是被剪切板料的強度。忽略一些次要因素，剪切力可通過式(2.1)獲得： (式2.1)式中：被剪板料強度極限被剪板料厚度剪切角系數(shù) 剪切強度一般取500MPa，如果已知剪切力和其他因素確定，就可以通過關(guān)系式計算出剪板機剪板料的最大厚度。查資料查得現(xiàn)在國內(nèi)外剪板機一般的最大剪切厚度都在32mm以下，厚度過大會損壞剪板機的設(shè)備。 可剪板寬：剪板機完成一次剪切過程，剪切板料的最大尺寸稱為可剪板寬。可剪板寬可根據(jù)板料的寬度和對生產(chǎn)的要求

19、來確定，即剪刃長度大于可剪板寬的剪切方式稱為橫切方式。對于條料寬度小于剪板機的凹口的剪切方式稱為縱切方式，它能進行多次的剪切，且剪切的尺寸不受限制。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，剪板機的可見切寬度在不斷地上升，目前國外最大剪切板寬在10000mm已經(jīng)比較普遍了。當(dāng)板料剪切長度為2000mm以下時，剪板機剪切條料寬度最小公差如表2.1所示。表2.1 剪切調(diào)料寬度最小公差厚度t/mm剪切板料寬度2525-5050-100100-200寬度最小公差0.50.30.30.40.50.5-10.40.40.50.61-20.50.50.60.72-30.60.60.70.73-40.80.81.04-51.01.

20、35-61.31.2 行程次數(shù):剪板機的一般要求是應(yīng)該具有較高的行程次數(shù)，因為行程次數(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率。3 電動機、離合器和制動器和刀具的選擇3.1 電動機的選擇3.1.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 電動機一般分為交流電動機和直流電動機兩種。然而在工廠和企業(yè)中生產(chǎn)的機械設(shè)備一般都采用的是三相交流電源，所以本次設(shè)計采用三相交流電動機。常用的一種交流電動機是三相異步電動機，由于三相異步交流電動機的性能較好，所以在機械生產(chǎn)中使用最為廣泛。 Y系列三相異步電動機具有效率高，耗能少，性能好，有較高的最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，其運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音也很低、振動也較小、體積小、機身輕、運行平穩(wěn)可靠、安裝形式靈活多

21、樣、維修方便等特點。 根據(jù)工作環(huán)境和要求，選用Y系列三相異步電動機。3.1.2 電動機功率的選擇 在對電動機選擇時，要考慮電動機容量的合理性，容量的選擇非常重要，因為它影響到電動機的正常工作，合理的容量可減小經(jīng)濟投入。如果電機容量過大，電機效率不高，這樣就會導(dǎo)致電機容量不能夠充分的利用，造成容量浪費和不必要的經(jīng)濟損失；但是選用的電機容量過小的話，也會使電機超負(fù)荷工作，使電機過熱過度，這樣會降低電機壽命，造成不必要的經(jīng)濟損失。在選電機時，還應(yīng)考慮電機的其他條件，比如轉(zhuǎn)速等。 在確定電動機的功率時，我們也要考慮以下問題對電動機的影響： 1電動機的過載條件。剪板機在剪切工件時，受到力的作用，會使電動

22、機得扭矩上升，如果扭轉(zhuǎn)上升到，當(dāng)扭矩超過它的最大容許扭矩時，電動機就可能會損壞而停下，這就是過載條件對電動機的限制。 2電動機的發(fā)熱條件。剪板機在剪切工件時，受到力的作用，電流會上升，也會增加電動機的負(fù)載，這就增加了電動機的發(fā)熱，使其溫度上升；當(dāng)完成剪切工作后，負(fù)載會減小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)熱會減少(熱能的耗損也減小)。電動機運行一段時間后，其溫度可以達到一穩(wěn)定狀態(tài)。如果電動機的溫度長時間超出其正常的工作的范圍，電動機就會因為過熱而損壞，這就是發(fā)熱條件對電動機的限制。該剪板機的剪切厚度為3mm，根據(jù)諾沙里公式， (式3.1)式中：剪切力大小 被剪板料的極限強度，取被剪板料的可延伸率，板料厚度 上刀刃的

23、傾斜角度 被剪板料的彎曲力系數(shù)，前刃側(cè)向的間隙相對值， 壓具影響系數(shù)，由式(3.1)和式中各參數(shù)，可得解得：根據(jù)資料的Q-11型剪板機，選取功率為3kw的電動機。查表得12-1Y系列三相異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)，選取Y132S-6型電動機,其技術(shù)參數(shù)如下:功率為3kw，同步轉(zhuǎn)速1000r/min，級數(shù)為6，滿載時轉(zhuǎn)速為960r/min。3.1.3 計算傳動裝置的參數(shù) 在對傳動比進行分配時，要應(yīng)考慮以下原則： 1為了延長裝置的使用壽命和承載能力，選擇的各級傳動的傳動比應(yīng)保證在一定合理范圍內(nèi)。 2結(jié)構(gòu)設(shè)計要勻稱合理，同時要滿足各級傳動件傳動的協(xié)調(diào)性，。 3設(shè)計的傳動裝置的外形輪廓尺寸要緊湊。 4設(shè)計的

24、傳動零件之間要保證不會干涉現(xiàn)象和碰撞。 總傳動比 (式3.2)把，代入式(3.2)的，得。 (式3.3)式中：帶傳動比 圓柱齒輪傳動比 為保證帶傳動中外廓尺寸的合理，初步取，則。1計算各軸轉(zhuǎn)速 軸轉(zhuǎn)速的計算公式： (式3.4)2計算各軸的功率 查資料得各部件傳動效率：帶傳動效率：0.94-0.96 取圓柱齒輪傳動效率：0.94-0.96 取軸承(每對)傳動效率：0.97-0.99 取所以總傳動效率為： (式3.5)把，代入式(3.5)，得 (式3.6)把，代入式(3.6)，得3計算軸的轉(zhuǎn)矩 (式3.7)式中：電動機轉(zhuǎn)矩；電動機功率； 滿載轉(zhuǎn)速。 3.2 離合器的選用與計算 剪板機的離合器一般分

25、為剛性離合器和摩擦離合器兩種。剛性離合器則通過鍵連接把主動部分和從動部分連接起來。根據(jù)鍵類型的不同，可分為轉(zhuǎn)鍵式、滑銷式、滾柱式和牙嵌式等幾種，本次設(shè)計采用雙轉(zhuǎn)鍵式離合器。 3.2.1 離合器的結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)鍵式離合器的一般結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3.1 離合器結(jié)構(gòu)簡圖3.2.2 離合器操縱機構(gòu) 轉(zhuǎn)鍵離合器工作部分的構(gòu)成關(guān)系如圖3.1所示，中套2裝在大齒輪內(nèi)孔中部，用平鍵與大齒輪連接，跟隨大齒輪轉(zhuǎn)動。內(nèi)套6和外套5分別用平鍵與曲軸4連接。內(nèi)、外套的內(nèi)孔上各加工出兩個槽，而曲軸的右端加工出兩個半月形的槽，兩者組成兩個圓孔，主鍵和副鍵便裝在這兩個圓孔中，并可在圓孔中轉(zhuǎn)動。半圓形轉(zhuǎn)鍵離合器，它的主動部分包括大齒

26、輪1、中套2和兩個滑動軸承等；從動部分包括曲軸8、內(nèi)套6和外套5等；接合件是兩個轉(zhuǎn)鍵（一個工作鍵也叫主鍵，一個副鍵）；操縱機構(gòu)由關(guān)閉器等組成。如圖3.1所示。踩下踏板后，離合器的工作鍵轉(zhuǎn)過一個角度，使得中套上的半圓形槽和傳動軸上的半圓形槽對正，此時離合器就嚙合了，這樣從動軸會被大齒輪經(jīng)中套和工作鍵帶動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。操縱機構(gòu)上有復(fù)位彈簧，可以使離合器復(fù)位，這樣大齒輪就繞套筒轉(zhuǎn)動(從動軸就停轉(zhuǎn)動)，完成一個工作循環(huán)。3.3 制動器的選擇 制動器都是通過摩擦作用來實現(xiàn)制動的，常用的制動器可以分為圓盤式制動器、帶式制動器和閘瓦式制動器三種。本次設(shè)計采用的就是帶式制動器，常用的有偏心帶式制動器、凸輪帶

27、式制動器和氣動帶式制動器。 本次設(shè)計采用凸輪帶式制動器，結(jié)構(gòu)簡圖如圖3.2所示，其中制動彈簧5是用來控制制動帶6的張緊，而凸輪l、杠桿4和滾輪用來控制其松開的，因此，在非制動行程時，剪板機的制動帶是松開的，而且這樣能量損耗也會比較小。 1凸輪 2制動輪 3滾輪 4杠桿 5制動彈簧 6制動帶 圖3.2 凸輪帶式制動器3.4刀具的選擇剪板機的下刀片都具有四個刃。刀架沿前傾直線運動的剪板機上刀片可以具有兩個刃或者四個刃。刀架沿弧線運動的剪板機上刀片只宜有兩個刃，而且必須將上刀片用螺釘或者墊片調(diào)整為一個空間曲面，因此上刀片的長度盡可能增大以減少接縫數(shù)。如果接縫處調(diào)整不當(dāng)將導(dǎo)致刀具磨損的加劇和被剪板邊偏

28、差的增大。刀片頂面應(yīng)稍低于工作臺面，偏差為-0.20毫米。國產(chǎn)剪板機刀片材料常用6CrW2Si，（熱處理后硬度為RC58-60)。T7A,9CrSi，Cr12P1，Cr12Mo和Cr6VP也可作刀片的材料。國外實驗用硬質(zhì)合金B(yǎng)K15或BK20鑲在剪刀片上來提高兩次刃磨的間隔時間。刀片的尺寸參閱下表3.2表3.2 刀片尺寸被剪板厚h（毫米）刀片尺寸T*H（毫米）螺孔直徑d（毫米）12.520*601341625*8017202532*12022324045*15033刀片刃部應(yīng)經(jīng)常保持清潔，并應(yīng)涂上含有二硫化鉬或石墨的潤滑脂。4 計算4.1 帶傳動的設(shè)計及其計算作為撓性傳動的一種，帶傳動的基本組

29、成零件為帶輪(主動帶輪和從動帶輪)和傳動帶。工作時就是通過皮帶和帶輪之間的摩擦來完成動力的傳遞。在帶傳動中由于不同的截面形狀所傳遞的力不同，因此可分為平帶傳動、V帶傳動、圓帶傳動、多楔帶傳動等。帶傳動中有中間撓性件，所以其具有以下優(yōu)點：1在傳動中存在沖擊載荷，帶傳動能減弱沖擊；2運行比較平穩(wěn)，且運轉(zhuǎn)時沒有噪聲；3嚙合傳動的制造和安裝是非常嚴(yán)格，而帶傳動則沒那么嚴(yán)格；4帶傳動可以滿足工作場合中需要較大的中心距的要求，即通過增加帶長來調(diào)節(jié)適應(yīng)。由于V帶套在帶輪上以后，帶與帶輪輪槽的工作面緊密貼合，在張緊力相同和成本等條件下，V帶傳動的工作能力比其他帶傳動要好。此外還具有傳動比較大，傳動平穩(wěn)，成本低

30、等優(yōu)點，故在近代機械中應(yīng)用廣泛。由于本次設(shè)計中要求轉(zhuǎn)速高，為保證穩(wěn)定傳動皮帶不打滑，故選用V帶傳動。4.1.1 確定計算功率 由于帶輪運轉(zhuǎn)時有較大的載荷變動，還有每天的工作時間應(yīng)小于10小時，查表取，計算功率公式： (式4.1)其中，式中：帶傳動的額定功率(kw) 工作情況系數(shù)4.1.2 選擇V帶的帶型根據(jù)和主動帶輪(小帶輪)轉(zhuǎn)速，查表選用A型V帶。4.1.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算其帶速1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑在一定功率條件下，選擇的帶輪直徑要合適，太小會增加V帶根數(shù)和彎曲應(yīng)力。一般情況下，為避免應(yīng)力過大，應(yīng)保證。根據(jù)機械設(shè)計第八版表8.6和表8.8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑2驗算帶的速度帶速的

31、計算公式： (式4.2)把和代入式(4.2)，的因為，在合理范圍內(nèi)，所以帶速合適。3計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑查表得,計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 (式4.3)把和代入式(4.3)，得。按照表機械設(shè)計表8-8對V帶帶輪基準(zhǔn)直徑系列進行圓整,圓整后取。4.1.4 確定V帶的中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度可根據(jù)下面的公式求得中心距。 (式4.4)將，代入式(4.4)，可得：。初定中心距為。帶的基準(zhǔn)長度，可有以下計算公式可得： (式4.5)將，代入式(4.5)，得。由機械設(shè)計第八版表8.2選帶的基準(zhǔn)長度。為適應(yīng)不同工作場合，要對V 帶的中心距進行調(diào)整，公式為： (式4.6)把，代入式(4.6)，得考慮到帶輪的制造誤差、帶

32、長誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補充緊張的需要，常給出中心距的變化范圍： (式4.7) (式4.8)把代入式(4.7)和(4.8)，得，故中心距的變化范圍為。4.1.5 驗算小帶輪上的包角由于小帶輪上的包角總是小于大帶輪上的包角，還有小帶輪上的總摩擦力也總是小于大帶輪上的總摩擦力。因此，要發(fā)生打滑的話，那一定會發(fā)生在小帶輪?？紤]到帶傳動的工作能力，則應(yīng)滿足以下條件： (式4.9)把，代入式(4.9)，得4.1.6 確定帶的根數(shù)1計算單根V帶的額定功率為了使傳動平穩(wěn)，各根V帶受力大小要合適，為了減小帶的受力增加根數(shù)，但根數(shù)也少于10根。否則應(yīng)選擇其他帶型的帶傳動。由和，查機械設(shè)計第八版表8

33、.4a，得。根據(jù)，和V型帶，查機械設(shè)計第八版表8.4b，得。查機械設(shè)計第八版表8.5，得，表8.2得，單根V帶的額定功率 (式4.10)把，代入式(4.10)，得2計算V帶的根數(shù) (式4.11)把，代入式(4.11)，得 取V帶的根數(shù)4.1.7 計算單根V帶的初拉力值的最小值根V帶的初拉力的計算公式： (式4.12)式中：V帶單位長度的質(zhì)量。由機械設(shè)計第八版表8.3得，所以由于新帶在使用一段是時間后容易松弛，所以對沒有安裝自動張緊裝置的帶傳動，在安裝新帶后，為了保證其能正常工作，預(yù)緊力要設(shè)置為上述預(yù)緊力的1.5倍；對于V帶運轉(zhuǎn)后的初拉力也有規(guī)定，一般為上述預(yù)緊力的1.3倍。4.1.8 計算壓軸

34、力為了設(shè)計帶輪軸的軸承,需要計算帶傳動時軸上要承受的力。 (式4.13)式中：為小帶輪的包角； 帶的根數(shù)；單根V帶預(yù)緊力。4.1.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 V帶輪基準(zhǔn)直徑不同，考慮傳動效率和成本等條件，應(yīng)選擇不同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為(其中d為安裝帶輪的那根軸的直徑)，可采用實心式；當(dāng)時，可采用腹板式；當(dāng)，同時時，可采用孔板式；當(dāng)時，可采用輪輻式。 1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪形狀一般都比較復(fù)雜，而且造價成本較高，因此選用HT灰鑄鐵，因為它鑄造比較容易，又能達到形狀要求，還可以減少加工成本；灰鑄鐵的主要結(jié)構(gòu)成分是鐵與碳，碳含比較量高，相應(yīng)的干潤滑性能也非常好，而且不容易與其他零件粘接；具有良好的摩擦性

35、能，能減少其打滑。(1)材料：HT200。(2)確定帶輪的形式。查機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計手冊第3版知電動機的軸直徑，電動機的軸伸出長度，又知小帶輪的基準(zhǔn)直徑，。 (式4.14)根據(jù)小帶輪直徑，選用腹板式帶輪。它的直徑為。(3) 輪槽的尺寸見表4.1。表4.1 V帶輪輪槽截面尺寸項目符號結(jié)果槽型A型基準(zhǔn)寬度(節(jié)寬)(mm)11.0基準(zhǔn)線上槽深(mm)2.75基準(zhǔn)線下槽深(mm)8.7槽間距(mm)第一槽對稱面至端面的距離(mm)9輪槽角38(4)確定小帶輪的外形尺寸。帶輪的寬度：帶輪的外徑長度：輪緣的長度：，取輪轂的長度：又，取。 如圖4.1為一般V帶輪槽的結(jié)構(gòu)簡圖。圖4.1 輪槽結(jié)構(gòu)簡圖2大帶輪

36、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)材料：HT200。(2)確定帶輪的形式。初定大帶輪的軸的直徑，由于大帶輪的基準(zhǔn)直徑，所以大帶輪采用輪輻式結(jié)構(gòu)。(3)大帶輪輪槽的尺寸與小帶輪相同。(4)輪緣及輪轂的尺寸。帶輪的寬度：帶輪的外徑長度：輪緣的長度：，取輪轂的長度：又，取。 (式4.15)式中： 傳遞的功率，為 帶輪的轉(zhuǎn)速，為 輪輻數(shù)，取4則，。4.2 齒輪設(shè)計4.2.1 齒輪類型、材料、精度等級及齒數(shù)的選擇根據(jù)傳動方案和其他因素選擇的齒輪為直齒圓柱齒輪。由于要滿足強度等要求，要對齒輪表面要調(diào)質(zhì)處理，故選用8級精度(GB 10095-88)，小齒輪選用45Cr(調(diào)質(zhì)),取小齒輪硬度為280HBS。大齒輪選用45鋼(調(diào)

37、質(zhì))，查質(zhì)料取大齒輪硬度240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。這里初步選取小齒輪的齒數(shù)，則可計算出大齒輪的齒數(shù)。4.2.2 齒面接觸強度計算按以下公式進行計算 (式4.16)1首先確定公式內(nèi)變量的值(1)選擇載荷系數(shù)。(2)計算小齒輪轉(zhuǎn)矩。 (式4.17)已知，代入式(4.17)，。(3)由機械設(shè)計第八版表10.7選取齒寬系數(shù)。(4)由機械設(shè)計第八版表10.6得材料的彈性影響系數(shù)。(5)由機械設(shè)計第八版圖10.21得小齒輪的接觸疲勞強度極限為，大齒輪的接觸疲勞強度極限為。(6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 (式4.18)(7)接觸疲勞壽命系數(shù)可從機械設(shè)計第八版圖10.19查得，。(8)計算齒面接觸疲

38、勞的許用應(yīng)力。要求失效的概率為1%，按可靠度要求，取安全系數(shù)， (式4.19) 2初步計算(1)把中值小的代入式(4.20)可得小齒輪的分度圓直徑。 (式4.20)所以(2)計算圓周速度。把，代入式(4.2)，得(3)計算齒寬。 (式4.21)(4)齒寬與齒高之比。模數(shù) (式4.22)把，代入式(4.22)，得 齒高 (5)載荷系數(shù)。根據(jù)，8級精度，由機械設(shè)計第八版圖10.8查得動載系數(shù)為。直齒輪，。由機械設(shè)計第八版表10.2得使用系數(shù)。由機械設(shè)計第八版表10.4用插值法查得8級精度、小齒輪相對支持非對稱布置時，取。由，查機械設(shè)計第八版圖10.13得；故載荷系數(shù) (式4.23)把，代入式(4.

39、23)，得(6)根據(jù)機械設(shè)計第八版式(10.10a) 校正分度圓的直徑。 (式4.24)把，,代入式(4.24)，得(7)模數(shù)。把，代入式(4.22)，得4.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計齒根彎曲強度設(shè)計公式： (式4.25)1確定公式內(nèi)的計算參數(shù)。(1)由機械設(shè)計第八版圖10.20c可以查得小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強度極限分別為和。(2)彎曲疲勞壽命系數(shù)可根據(jù)機械設(shè)計第八版圖10.18查得，。(3)計算大小齒輪的彎曲疲勞許用應(yīng)力。取安全系數(shù)，計算公式如下： (式4.26)把，代入式(4.26)，得(4)載荷系數(shù)。把，代入式(4.23)，得(5)查取齒形系數(shù)。由機械設(shè)計第八版圖10.5查取齒形系數(shù)

40、；。(6)查取齒輪應(yīng)力的校正系數(shù)。根據(jù)機械設(shè)計第八版圖10.5查校正；。(7)計算和比較大齒輪和小齒輪的。大齒輪的數(shù)值大。2計算把，和代入式(4.25)可算出齒輪的模數(shù)。根據(jù)計算所得的模數(shù)2.81，取近似圓整值，由此可以算出小齒輪齒數(shù)。則可算出大齒輪的齒數(shù)。4.2.4 尺寸計算 分度圓直徑，。 中心距，齒輪寬度。取，。4.2.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)上面的計算得出齒輪尺寸值，見表4.2：表4.2 圓柱齒輪幾何尺寸名稱代號公式小齒輪大齒輪模數(shù)壓力角分度圓直徑齒頂高齒根高齒全高齒頂圓直徑齒根圓直徑 基圓直徑齒距基圓齒距齒厚標(biāo)準(zhǔn)中心距4.3 軸的設(shè)計 4.3.1 材料選擇選用45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為217-2

41、55HBS，查參考文獻16得， ，取。4.3.2 軸徑選擇軸直徑的計算公式 (式4.27)把， ，代入式(4.27)，得初取取。4.3.3 軸的強度校核 1計算小齒輪所受的力 (式4.28) (式4.29) (式4.30)把，代入式(4.28)，得把，代入式(4.29)，得把，代入式(4.30)，得式中：主軸的扭矩；壓力角；小齒輪分度圓直徑。2受力分析圖4.2 主軸載荷分析圖已知：， 求得：， 求得：，按第四理論強度校核。 (式4.31)把，代入式(4.31)，得因為51.7MPa60MPa，所以符合強度要求。其中，根據(jù)物體的平衡條件，解方程組得， ，圖4.3 從動軸載荷分析圖把，代入式(4.

42、31)，得因為48.7MPa60MPa，所以符合強度要求。5 曲柄連桿機構(gòu)設(shè)計 曲柄連桿機構(gòu)能將剪板機的傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)樯系都艿闹本€往復(fù)運動，通過刀架上的刀片對板料進行剪切(實現(xiàn)剪切工藝)。同時，該機構(gòu)還具有力的放大作用(即工作載荷大于傳動系統(tǒng)輸入的作用力)，滿足剪板機瞬時峰值力的要求。5.1 材料的選擇 常見的曲柄連桿主要有曲軸和偏心輪形式等。曲柄連桿結(jié)構(gòu)是剪板機的一個重要零件，本次設(shè)計的曲柄連桿機構(gòu)受力情況復(fù)雜，制造條件要求較高。曲柄連桿的材料應(yīng)選用剛度較大的鋼，選擇40Cr調(diào)質(zhì)。考慮到偏心輪的使用壽命，用滾子輾壓對圓角處進行強化。5.2 曲柄連桿結(jié)構(gòu)運動規(guī)律曲柄連桿結(jié)構(gòu)由連桿、曲

43、柄和滑塊組成，如圖5.1所示。圖中旋轉(zhuǎn)中心為O，A為連桿與曲柄的交點，B為連桿與滑塊的交點，OA為曲柄的半徑，AB是連桿的長度。 該機構(gòu)中以O(shè)為中心，以一定的角速度繞O作旋轉(zhuǎn)運動，則刀架(滑塊)以一定速度作直線往復(fù)運動。刀架(滑塊)位移和轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)出： (式5.1)又知由以上兩式整理可得： (式5.2)又由于一般取值為：，由二項式定理得又有倍角關(guān)系知，將上式代入式(5.2)得， (式5.3)式中：滑塊的位移(即刀架運動的從上下止點的距離)；曲柄的轉(zhuǎn)角，從下止點開始算起，方向與曲柄轉(zhuǎn)向相反；曲柄長；連桿長度(當(dāng)連桿的長度可調(diào)時，取最短時的值)。對式兩邊時間求導(dǎo)，可推導(dǎo)出： (

44、式5.4)式中：滑塊的速度；曲柄連桿的角速度；連桿AB的長度。圖5.1 曲柄連桿機構(gòu)運動關(guān)系計算簡圖由計算可知，盡管曲柄做勻速轉(zhuǎn)動，但滑塊在運動中各點的速度是不等的。當(dāng)滑塊運動到上止()點和下止點()的時候，其運動速度等于零，即。當(dāng)滑塊運動到點()和()的時候，它的運動速度是最大的。曲柄連桿機構(gòu)中當(dāng)AB長度很短或承受力很大時，就用偏心輪代替曲柄，偏心輪的強度和剛度比曲柄大多了而且結(jié)構(gòu)也要簡單很多。因此，偏心輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、內(nèi)燃機等機械中。在曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄上的銷軸與連桿上的軸孔共同組成了轉(zhuǎn)動副B，在運動時銷軸要承受較大的載荷作用，如果曲柄AB較短時，為保證曲柄連桿機構(gòu)

45、正常工作，則要相應(yīng)增大銷軸的直徑，這樣的話連桿的軸孔也要隨之相應(yīng)增加。如果要承受較大的力，曲柄的銷軸直徑就需要加大，當(dāng)直徑大于曲柄AB的長度時，連桿的軸孔就會出現(xiàn)環(huán)狀，相當(dāng)于曲柄AB變成了一個圓盤(也就是偏心輪)，該圓盤還是繞A點轉(zhuǎn)動。曲柄連桿在結(jié)構(gòu)形狀上雖然發(fā)生了很大的改變，但是桿件(桿AB、桿BC、桿CD、桿AD)的長度都沒有發(fā)生改變，所以本質(zhì)上沒有改變各構(gòu)件間發(fā)生相對運動關(guān)系。偏心距的長度為點B到點A的距離，即等于曲柄的長度。這種偏心輪機構(gòu)適用于曲柄短、受力大的場合。圖5.2 曲柄搖桿機構(gòu)5.3 連桿的設(shè)計參考資料和經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定連桿的主要尺寸，初定連桿的材料為HT200，結(jié)構(gòu)簡圖如圖5.

46、3所示。圖5.3 連桿結(jié)構(gòu)簡圖6 機身設(shè)計和緊固件選擇6.1 機身結(jié)構(gòu)剪板機所有的零部件都需要安裝在機身上，在工作時全部的工件變形力要全部作用在機身上，因此機身是剪板機的非常基本部件之一。因此，機身的設(shè)計一定要合理，合理的設(shè)計既能減輕機體的質(zhì)量，減少制造成本，又能提高其系統(tǒng)剛度，還能減少制造機械所發(fā)費的時間，都具有很大的影響。剪板機的機身有開式機身，還有閉式機身這兩大種。開式機身敞開式的，這樣的設(shè)計操作方便，但剛度則會差些，主要用在中小型剪板機設(shè)計中；閉式機身的，剛度較好，但機身是封閉的，這樣操作性就不如不如開式的方便，適用于中大型機剪板機，還有一些對精度要求有特殊要求的小型機械。開式剪板機機

47、的機身背后是有開口區(qū)分，可分為雙柱機身的剪板機和單柱機身的剪板機；機身是可以傾斜的，傾斜的是可傾機身和不可傾的不可傾機身；工作臺是可以設(shè)計為移動或固定的，按此可分為固定臺和活動臺。機身形式不同，則它的用途也會有差別，采用雙柱可傾機身能便于卸料，容易實現(xiàn)沖壓工作的機械化和自動化?；顒优_機身可以改變剪板機的閉合高度，而且變動范圍較大，故其適用范圍較其他要大。本機機身的材料選為HT200。剪板機結(jié)構(gòu)簡圖。圖6.1 剪板機結(jié)構(gòu)簡圖6.2 機床的強度機床的剛度會影響工件精度和使用壽命等，因此應(yīng)按剛度設(shè)計。在進行機床床身剛度校核前，要先確定機床機身的主要結(jié)構(gòu)尺寸，然后再計算和校核。因此，為了方便于設(shè)計，需

48、要先對強度進行設(shè)計，然后進行剛度的校驗。為了考慮機床機身的剛度，在對機床的強度設(shè)計時，一般取較低的許用壓力。6.3 緊固件的選用標(biāo)準(zhǔn)緊固件在選用時，按使用場合和其使用功能等進行選擇確定，一般有十二種類型。6.3.1 緊固件的選用原則1在同一種機械設(shè)計中，為了加快加工的裝配的效率，所以緊固件的品種選用能越少越好；2在選用時，要優(yōu)先選用緊固件品種，這樣可以降低成本；3在根據(jù)剪板機的型式、機械性能和精度等方面考慮確定選用哪種時，要滿足緊固件預(yù)期的使用要求。6.3.2 螺栓的選用 我們知道螺栓的種類很多，一般分為六角頭型螺栓和方頭螺栓。六角頭螺栓在機械制造中普遍使用，按制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量來區(qū)分產(chǎn)品等級

49、的，一般常見的有A、B、C等級，在裝配精度要求高以及受沖擊、變動載荷和一些重要的地方，以A和B級類型的應(yīng)用最多。六角頭螺栓頭部支承面積大小不同對承受載荷有影響，還有安裝位置尺寸對六角頭螺栓也有影響，可分為六角頭螺栓與大六角頭螺栓兩種；在需要鎖緊時，可在頭部或螺桿開孔。方頭螺栓能承受較大的力，因為方頭尺寸較大，這樣受力表面就大，也便于用扳手或者其他零件轉(zhuǎn)動。常用螺栓有GB8、GB57805790等。剪板機選用的是鉸制孔用螺栓，使用螺栓時，將其密鑲?cè)脬q制孔內(nèi)，這樣減小工件錯位對其的影響，螺母墊圈使用配套的。結(jié) 論剪板機廣泛應(yīng)用于在板材加工中，是一種常見的剪板設(shè)備。本次設(shè)計從機械式中的凸輪機構(gòu)和曲柄

50、滑塊機構(gòu)方案中選擇了曲柄滑塊(偏心輪)式的剪板機方案，然后參照剪板機的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，從曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計、傳動方案的選擇、電動機選擇、離合器及制動器的選擇、標(biāo)準(zhǔn)件的選擇等方面展開設(shè)計和論述的，還繪制了剪板機的CAD二維圖。在設(shè)計過程中，去工廠實習(xí)看到剪板機的實物和如何實現(xiàn)傳動的，還有各部件間的相關(guān)性，讓我深刻感到實踐的重要性。1根據(jù)剪板機所剪板的厚度計算剪切力，在類比實習(xí)廠的剪板機，選擇合理電動機的功率。2根據(jù)電動機的功率對各機構(gòu)的尺寸進行初選。以齒輪為依據(jù)，選取齒數(shù)、模數(shù)、齒面接觸強度計算、齒根彎曲強度設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇等。3在對離合器和制動器的類型進行選擇時，要考慮剪板機的工作要求(實現(xiàn)空

51、轉(zhuǎn))和相關(guān)的結(jié)構(gòu)，并確定其相關(guān)尺寸。4在設(shè)計中對CAD的操作更加熟悉，如零件的設(shè)計，裝配各組件及CAD的繪制方法和技巧?；叵氡敬萎厴I(yè)設(shè)計，由于本人設(shè)計水平有限，還有一些有待完善的地方：1本次畢業(yè)的剪板機沒有實現(xiàn)自動化。2在對機身設(shè)計時很簡單，沒有進行精確的計算，沒有對其進行有限元分析。3沒有很有效的解決剪板機的加工精度。主要參考文獻1 崔占全, 邱平善. 機械工程材料M. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2001. 9.2 付桂芹,郝敬志, 邵玉翠等. 電氣制造J. 山東達馳電氣有限公司. 2011, 9: 23-25.3 何德譽，俞新陸. 鍛壓手冊M, 第3卷, 鍛壓車間設(shè)備. 北京: 機

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