剪板機(jī)的設(shè)計(jì)

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1、 目錄 一、剪板機(jī)工作原理及設(shè)計(jì)要求 1 二、機(jī)械設(shè)計(jì)方案擬定 3 三、機(jī)械原理分析及構(gòu)件尺寸的計(jì)算 6 四、機(jī)械變速傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12 五、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 13 六、機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析 14 七、設(shè)計(jì)總結(jié) 21 八、參考文獻(xiàn) 22 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 一、剪板機(jī)工作原理及設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)過程來完成。 2.原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度L=1900或2000或

2、2200mm（設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時(shí)間不超過剪斷工藝時(shí)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(dòng)和沖擊應(yīng)盡量小（即要求輸送機(jī)構(gòu)從動(dòng)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(gè)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(dòng)。利用兩個(gè)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(dòng)曲柄AB（齒輪1）

3、等速轉(zhuǎn)動(dòng)，系桿H變速運(yùn)動(dòng)的一周內(nèi)，齒輪4在某一時(shí)間內(nèi)總能使其角速度為零。在主動(dòng)曲柄AB（齒輪1）等速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，從動(dòng)齒輪4按下述規(guī)律運(yùn)動(dòng)：當(dāng)曲柄開始轉(zhuǎn)過某一角度時(shí)間內(nèi)時(shí)，齒輪4停歇不動(dòng)，以等待剪切機(jī)構(gòu)將鐵板剪斷；在主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)過一周中其余角度時(shí)，輸出構(gòu)件4轉(zhuǎn)過另一角度，這時(shí)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(jì)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2—1 利用不完全齒輪實(shí)現(xiàn)間歇輸送板料 在主動(dòng)輪上作出一部分的輪齒，根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間

4、與停歇時(shí)間的要求，在從動(dòng)輪上做出與主動(dòng)輪相齒和的輪齒，當(dāng)主動(dòng)輪做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)輪做間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 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(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停歇時(shí)間可以在很大的范圍內(nèi)變化。但其從動(dòng)輪在開始運(yùn)動(dòng)和結(jié)束運(yùn)動(dòng)兩瞬時(shí)都存在剛性沖擊。只適合于低速、輕載的場合。在此對(duì)板料的平穩(wěn)運(yùn)輸沒有保證。 方案二：差動(dòng)輪系與四桿機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu) 1 3 2 4 A D B C E 機(jī)構(gòu)簡圖: ： 圖2—3 此方案采用由1、2、3、4組成的差動(dòng)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(dòng)。其中AB桿與齒輪1鉸接

5、于A點(diǎn)并隨齒輪的回轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與差動(dòng)輪系共同決定，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。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2—5 圖2—4 剪切機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)動(dòng)由槽輪機(jī)構(gòu)來控制，曲柄AD和BC分別固定到兩個(gè)齒輪上，同過槽輪機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳給齒輪實(shí)現(xiàn)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)， 槽輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤和從動(dòng)槽輪和機(jī)架組成，主動(dòng)撥盤獲得動(dòng)力，勻速回轉(zhuǎn)使得從動(dòng)

6、槽輪間歇回轉(zhuǎn)，從動(dòng)槽輪由通過齒輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剪切運(yùn)動(dòng)。 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(dòng)，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(jì)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(shí)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(jì)算 1.輸

7、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(dòng)輪系如圖3—1：附加機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD如圖3—2。齒輪1和桿AB固結(jié)在一起，桿CD與系桿H是一個(gè)構(gòu)件。主動(dòng)輪1的運(yùn)動(dòng)一方面通過差動(dòng)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(dòng)是以上兩種運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。 3 4 2 H 1 2 D A A B D C H 圖3—3 圖3—1 圖3—2 2.機(jī)構(gòu)預(yù)期功能要求 通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)給于曲柄一個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)力，在該力的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)

8、連桿，同時(shí)曲柄與齒輪相連，差動(dòng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在摩擦力的帶動(dòng)下，使鐵板向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)輪系速度為0時(shí)剪切機(jī)構(gòu)將其剪斷完成一個(gè)周期的送板與剪板動(dòng)作。 3.輸送板料傳動(dòng)分析及數(shù)據(jù)計(jì)算 （1）傳動(dòng)分析： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，剪斷工藝為鐵板輸送周期的十五分之一，主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)一周為一個(gè)周期，故剪板工藝不少于： 而停歇時(shí)間不超過剪板工藝的1.5倍，這里取停歇時(shí)間為。 在齒輪1等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)間內(nèi).，從動(dòng)齒輪4的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：在齒輪1轉(zhuǎn)過前的的時(shí)間內(nèi)，齒輪4 勻速回轉(zhuǎn)，此段時(shí)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(dòng)齒輪4停歇不動(dòng)，以待剪板。 （2）數(shù)據(jù)計(jì)算： ①輪系

9、數(shù)據(jù)分析 在2、3、4、及系桿H組成的差動(dòng)輪系里： -----------------------------------① 對(duì)定軸輪系： ---------------------------② 由①②得： -------------------------------------③ 兩邊乘以時(shí)間t得： 由此可知：齒輪4的輸出運(yùn)動(dòng)為齒輪1通過差動(dòng)輪系2、3、4傳動(dòng)給4和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳給系桿H的合運(yùn)動(dòng)，欲使主動(dòng)齒輪1從某瞬時(shí)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(dòng)輪1即為曲柄AB，系桿

10、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(dòng)輪系的關(guān)系。因此設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足上式要求。 ② 輪系數(shù)據(jù)計(jì)算： 設(shè)主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為T，對(duì)③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：

11、 根據(jù)： 可得滾輪直徑為764.33mm。 ③曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算： 曲柄搖桿激斗應(yīng)該同時(shí)滿足三個(gè)條件： （1） 曲柄AB轉(zhuǎn)過30°沒一瞬間主從構(gòu)件要滿足共識(shí)：=。 （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(dòng)桿AB能做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （3） 四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角應(yīng)該大于40°以保證機(jī)械的傳動(dòng)效率。 由以上可知此四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)變?yōu)橐阎獌蛇B架桿的對(duì)應(yīng)角位移來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。 由： 可知：當(dāng) 得： 故?。? 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

12、.25mm用作圖法求其他桿長: A B D C 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。 ④剪切機(jī)構(gòu)尺寸確定： 凸輪的設(shè)計(jì)參數(shù)： 運(yùn)動(dòng)角 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0o-15o 等速上升15mm 15o-30o 等速下降15mm 30o

13、-360o 近休止 遠(yuǎn)休止角=0° 推程：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律： s=hδ/б0 б0取15o δ 0o 3o 6o 9o 12o 15o s 0 3 6 9 12 15 回程：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律： s=h（1-δ）/б0 б0取15o δ 15o 18o 21o 24o 27o 30o s 15 12 9 6 3 0 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖： 理論廓線 工作廓線 四、機(jī)械變速傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1．原動(dòng)機(jī)的選擇

14、 由工作狀況，選擇低速型，故采用三相異步電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為740r/min。 2．總傳動(dòng)比的計(jì)算 總傳動(dòng)比為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲柄轉(zhuǎn)速之比，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每分鐘剪板一次，因此總得傳動(dòng)比為：n=740/1=740。 3．各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算 第一級(jí)采用帶傳動(dòng) 傳動(dòng)比為：5 第二級(jí)采用一個(gè)減速器 傳動(dòng)比為：74 第三極采用齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)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(dòng)要求2比1 的傳動(dòng)要求。取 五、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

15、 六、機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析 1．四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 ①以下是取搖桿AB從0°轉(zhuǎn)到360°所對(duì)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) ②四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖 速度 加速度 位移 ③四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 2.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 ①凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)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(dòng)桿速度、

16、加速度、壓力角均為0 ②凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖加速度 速度 位移 七、設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)為我們提供了一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，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(duì)剪板機(jī)的輸送機(jī)構(gòu)和剪斷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我覺得自己在很多方面都得到了提高。此次課程設(shè)計(jì)，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(shí)，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(jì)的方法和步驟，

17、提高了計(jì)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(shí)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(jì)之前，我覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這兩年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，應(yīng)該會(huì)很簡單，后來我才發(fā)現(xiàn)自己得想法太片面了。在設(shè)計(jì)過程中，由于思考方向有誤、考慮問題不周等，常會(huì)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(jì)不但鍛煉了自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，同時(shí)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(duì)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(jì)，在收獲知識(shí)的同時(shí)，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

18、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(huì)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(jì)結(jié)束了，但它對(duì)我的影響是深遠(yuǎn)的。對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)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(jì).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社.1995. [2]姜琪 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案課程設(shè)計(jì).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(jì).華中科技大學(xué)出版社.2008. 22