1、電:上滲大學機械原理與機械設計課程設計設計題目：半自動模切機運動方案擬定及傳動系統設計學院機自學院專業機械工程 學 號結構設計（110932A032學生姓名課程名及課程號指導老師丁衛日期 叮叮小文庫模切機運動方案擬定及傳動系統設計一機械原理與機械設計課程設計說明書一、半自動平壓模切機（以下簡稱模切機）簡介1 .課題說明模切機是印刷、包裝行業壓制紙盒、紙箱等紙制品的專用設備，該機可對各種規格的紙 板和厚度在6m硯下的瓦楞紙板進行壓痕、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 .原始參數和設計要求1）紙張尺寸為250mm x 250mm,由人

2、工放入輸送線上， 雙班制，每小時壓制紙板 3000 張；2）模壓行程 H=50 ± 0.5mm。回程的平均速度是工作行程平均速度的1.25倍。壓力與模壓行程的關系如圖1所示。模壓產生阻力 F=0.8X 106 N,模壓回程時不受力；3）模具和滑塊白質量約為 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;圖2.平板漠切動怦示意圖6）要求結構簡單緊湊、節省動力、便于制造，使用壽命為十年。二、模切機運動方案的確定1 .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

3、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：控制夾緊裝置張開、夾緊、送料和加壓模切三個動作。2 .送料機構的選擇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。而鏈輪的運動可由間隙運動機構 （如 不完全齒輪機構等）控制。兩鏈條之間有固定模塊 3 （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,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

4、桿的動作可用凸輪控制。 這樣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。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。完成一個工作循環。3 .模切運動方案的構思及篩選首先應考慮模切機的加工方法，它在很大程度上將決定整機的總體布置。運用所謂關聯樹法，按層次列出可能的幾種加壓方法如圖3所示。圖中排出6種可能的加壓方法。 通過分析可知，水平加壓不利于紙板輸送系統的布置。而垂直加壓中，當上下模具同時加壓時， 上下模不易對準。經過篩選后可有二種方案再作進一步的對比分析，如果采用由上向下

5、壓， 即下模固定，上模運動，則必然要占用工作臺上面的空間，這會干擾鏈條輸送系統的布置。而傳動系統一般又總是放在工作臺下方。 這樣從總體布置而言， 顯得不很合理，故宜采用上 模固定，由下向上壓，這樣可使加壓機構與傳動系統都布置在工作臺下方，能有效地利用空間，且便于工人操作和輸送紙板， 在圖2中上模4通過裝配調整后固定不動， 而使下模運動。由左模向右模加壓左右模同時加壓由右模向左模加壓由上模向下模加壓上下模同時加壓由下僮向上模加壓4 .傳動系統運動方案構思及篩選通過上述方案的篩選，采用由下往上壓的方案，即執行構件作往復直線運動。一般原 動機都采用水平布置的電動機，因此在傳動系統運動方案構思中，必須

6、考慮如何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。亦就是說在考慮模切機運動方案構思時，需要有運動形式，運動方向和運動速度變換的功能，而滿足這些要求的機構組合可以有許多種，例如經齒輪減速后的曲柄滑塊機構，以及由曲柄滑塊機構演變而成一些帶滑塊的六桿機構都能滿足上述要求。此外還有經減速后的直動推桿盤形凸輪機構、螺母作往復轉動的螺旋機構，以及齒輪作往復轉動的齒輪齒條機構等等，都是可供選擇的方案。根據在相同的施壓距離 5mm內，下壓模移動所用的時間越長越有利、傳動角越大越好、成本越低越好、效率越高越好等原則，綜合考慮選擇帶滑塊的六桿機構方案。方案1s T /r.4 d71$ n 4白福清

7、親機構由洪約六檸機構凸輪機構螺旋機構齒輪齒條機電增力性無強無一般無加壓時間較短較長最長短較長傳動角一級較小小-卜小小二級較大大大平穩性較平穩較平建有沖擊較平穩較平穩磨損與 變形一般一般劇烈強一般效率高高較高低較高結為簡單較簡單筒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三、機構運動參數的確定1 .原動機的運動參數1）電機轉速nc選擇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

8、些，反之總傳動比會增加。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節。結合本課題的情況建議選用同步轉速為1500rpm的交流電動機。2）主軸轉速與曲柄轉速選擇本題要求曲柄轉一圈，下模往復一次，壓出一塊紙板，其所需時間為1.2秒，則曲柄的轉速為 n=60/1.2=50rpm 。2 .主執行構件運動參數主執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。本題的主執行構件是作往復運動，其運動參數主要是：行程H=50± 0.5mm,行程速比系數K=1.25、每分鐘往復次數 Z=50次、施壓時的位移 S=5mnf口速度v等。3 .鏈傳動參數確定初選中心距a=

9、30p,取節距p=25.4,齒數Z根據優先選用鏈輪齒數系列及與鏈節數互質原則Z1=Z2=25 ,則鏈節數Lp0=2 -+-=85P ：2 v 21T / nB最大中心距a=p=762mm已知主軸轉速為50rpm,設主軸轉動一圈所需時間為t, t=60/50=1.2s2對鏈輪的有效轉動時間t1 1 2 - 0.8s3鏈輪角速度 n2 - -60 530 37.5rpmt1 244 .不完全齒輪參數確定由間歇要求可知，不完全齒輪主動輪的齒輪區域為240° ,占總區域2/3一'nc504Z3傳動比i2土 ",齒數比一一n237.5 3Z4設不完全齒輪主動輪齒數 Z=40,

10、從動輪齒數Z=30四、機械傳動系統的擬定1 .主運動鏈和輔助運動鏈機械傳動系統是解決原動機與各工作機構之間的運動聯系及運動速度，運動方向的變換，使其滿足預期的工作要求。 由原動機到主工作機構原動件之間的運動聯系，稱主運動鏈，而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。 為了保證主運動鏈和輔助運動鏈協調配合運動，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行構件與主運動鏈的執行機構有序地協調動作，它們的原動件即曲柄16、凸輪14、不完全齒輪12安置在同一根軸III上，如圖6所示。2 .運動鏈中各

11、機構的排列通常總是把摩擦傳動，帶傳動布置在高速級，而一些變換運動形式的機構如凸輪機構,連桿機構以及間隙運動機構安排在運動鏈的末端,靠近執行構件，而齒輪機構一般用來改變運動的速度，鏈傳動因“多邊形效應”3.傳動比的確定當已知主工作機構的原動件轉速易引起沖擊，宜安排在低速級。nc=1500rpm ,原動件的額定轉速 nn=50rpm ,主運動鏈的傳動比為ic nnc50150030減速箱內動機構是串聯組合，則 其中i1為電機初級帶傳動減速比,ic= i1i2,X i2 X i3i3分別是減速箱內一，二級齒輪減速比。各級傳動比的分配，一般應考慮下述原則：每級傳動比應在該類傳動機構推薦的常用范圍內選取

12、。各級齒輪傳動的傳動比，一般按遞增的次序排列，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，系統的等效轉動慣量減小，系統傳動精度較高。綜上所述，可取 i1=1/2, i2=1/3 , i3=1/5。五、主體機構運動設計、運動分析和力分析一、主體機構的運動設計(或尺寸綜合)模切機的主工作機構是一個原動件轉速nc已知的六桿機構(如圖4所示)。它可視為兩個四桿機構組成，即由曲柄搖桿機構 ABCD和搖桿滑塊機構 DCE組成。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。這樣，搖桿最大擺角 W可以由滑塊行程 E1E2=H=50 土 0.5mm及CD及CE桿長由幾

13、何關系求得。至于曲柄搖桿機構的 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的長度。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，給定行程速比系數 K=1.25 ,搖桿CD和推桿長c=500mm、DF=475mm, BC=b=245mm ,求桿 AB=a、BC、AD=d 的長。參見圖 7。其求解方法步驟如下：1.25 19 =180° ?石5120° 擺角2c 2c cos 5022c - 502 * arccos18.192c(3)曲柄ABAC2 AC2 2AC1AC2cosC1C2而AC1所

14、以2ab a, AC2 b a, C1C2 2csin 22c 2 sin 2(/ 2) b2( 1 - cos )1 cos解得 a=67.66mm(1)極位夾角16(4) 機架AD長d因為由幾何關系得(ba) sincos 22c sin 一2(b a)sin1 2 (-) arccos()-222csin 2由ACiD 得AD2 AC2 GD2 2AC GDcosI222即 d (b a) c 2(b a)ccos 1所以 d= (b a)2 c2 2(b a)ccos 1=428.57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。222一 、-b

15、 c (d a) 最后，還應根據min arccosf) =42.802bc222b c (da).及m arccosf-3) =74.912bc二、主體機構運動分析錢鏈四桿機構的運動分析在圖8所示的錢鏈四桿機構中，已知各桿長 l1, l2, l3, 14以及原動件AB的轉角()1和 等角速度()1 = 3。要求確定連桿2和搖桿3的轉角、角速度和角加速度。運動分析的主要任務就是確定其余構件的角位移、角速度和角加速度的計算式。位置分析為簡便起見，選取原動件固定鍍鏈A為坐標原點，X軸與機架相連，從固定錢鏈點向外標出機架、 連架桿和連桿的向量。各轉角規定自X軸逆時針度量為正，反之為負。由此確定了各桿

16、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。l1 l2 l3 l4矢量 l lle l(i cos jsin )分別向X軸和Y軸投影得：11 cos 112 cos 2 l 3 cos 314l1 sin 1 l2 sin 2 l3 sin 3/C(I- 1)由：、校進區tfUl同胞工荀中析蟲l 2 cos 2 l 3 COS 3 l 4 l 1 cos 112 sin 2 l3 sin 3 l1 sin 1其中未知數為0 2, 0 3,消去。2求0 3,兩邊平方并求和有：222l2 (l4 13cos3 11cos 1)(l3sin 3 l1sin 1

17、)222l4 l3 l1 21314c0sl 21113cos 1cos 2 21113sin 1sin 3 21114cos222221113sin 1 sin 321113cos1 21314 cos3 12 11 13 14 21114cos1令：A 21113sin 1B 21113cos1 2131421311cos1 14C 12 112 13 21114 cos 1得：Asin 3 Bcos3 C 0(4)人。“2X1 X2令 X tg ,則有 sin 3-,cos 3521 x21 XA -xy B 1X C 0； C Bx2 2Ax B C 01 x21 x2A A2 B2

18、C2A M,A2 B2 C2x C BC B即 tg -A M . A2B2 C2C B(其中 M=+1 或 M=-1)則得:2arctgA M . A2B2 C2C B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：D21112 sin 1E 21112 cos 121214212 11 cos 114F112 11 12 13221114 cos 1得:2arctgD M D2 E2 F2F E速度分析對式兩邊求導，其中22,3311 1 sin11 1 cos2 sin 22 cos 213 3 sin 313 3 cosi1i sin解方程組得12 s

19、in111 sin13 sin加速度分析又（10）式再一次求導11 1 sin 111 1 cos 111112121cossin2 sin 22 cos 22222cossin3 sin 33 cos 32323cossin3 (12)3解方程組得:1211cos2.212 cos3213I2 sin2.1 1i cos 123232I2I2 123 13 cos 3213 sin 32主體機構的動力分析及飛輪設計飛輪轉動慣量計算因為，平壓模切機負荷的特由前可知，平壓模切機設計時必須考慮速度波動調節問題。點是短期的高峰載荷和較長期的空載互相交替。如果按照I作行程所需的功率來選用電動機，要求的

20、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。為解決此矛盾，須考慮安裝飛輪，使主軸的角速度較為均勻，同時使沖壓模在不受負載時通過傳動機構吸收 多余的能量，而沖壓模在工作行程時，釋放能量，從而大大減少電動機所需的功率。飛輪的轉動慣量可利用以下近似公式計算Wmax2 m900 Wmax式中 Wmax -最大盈虧功 iaxm-安裝飛輪之軸的平均角速度（一般裝在主軸上）n-安裝飛輪之軸的轉速-機械運動轉時許用不均勻系數（沖壓機械取1/7 1/10 ,此處取 0.12 ）已知在一個工作周期內，主體機構推桿做兩次推

21、程運圖11、等地疑動力定月尊.如TlJi更、二期動，但只有一次做功，做功位移S=5mm163WerMerd F S 0.8 10 5 104000J2又因運轉速度作周期性波動的機器，穩定運動時一個周期內等效驅動力矩所做的功等于 等效阻抗力矩所作的功，對電動機作原動機的機械，其驅動力矩可視為常數，可得WedMed 2WerMedWer2T40002636.62因此可得等效驅動力矩。則進而可繪圖求得最大盈虧功曲柄夾角2 -1150WmaxWObehWfgdMed2636. 6221511802333. 33J可得飛輪轉動慣量為900 Wax2709.25kg mf900 2333.33_22502

22、20.12六、運動結構簡圖（見附件）七、機構的工作循環圖各執行機構的動作有順序要求的機械系統，在一個工作周期中，各執行構件的運動要相互協調配合，才能共同完成生產任務。表示機械在一個工作循環中，各執行構件運動相互配 合關系的圖形稱工作循環圖（或稱運動循環圖）。設計工作循環圖時，應先選擇主工作機構的執行構件作為定標件，以其起點作為基準，用它的轉角（或時間）作為橫坐標。各執行構件為縱坐標用于表出各執行機構運動的先后次序及相位。工作循環圖通常有直線式、圓擊式、 直角坐標式三種。此說明書選擇直角坐標式。在設計本課題的工作循環圖時要注意以下幾點：根據題設，下壓模向上移動最后 5 mm是下壓模的施壓區間，

23、對應原動件的轉角為 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。由運動分析后可得，取1 130 , 2 281 ,輸送鏈開始停止時的角度可取1 120 ,開始轉動時的角度可取2 290 。八、C語言程序運行結果#include&l

24、t;stdio.h>#include<math.h>#define N 360#define pi 3.14159265int main() int i,m;double a,b,c,d,e,f,g;double n,speed1,zita0,acce1,zita;double zita1N,zita2N,zita3N;double speed2N,speed3N,acce2N,acce3N; double 11,12,13,14;double zita4N,zita5N,s4N,acce4N,v4N,o4N;11=67.66;12=245;13=500;14=428.57;

25、n=3000/60;zita0=0;g=0;speed1=pi*n/30;zita0=zita0*pi/180;m=1;zita=2*pi-0.5*pi+acos(l3*l3+l4*l4- (l2-l1)*(l2-l1)/(2*l3*l4);for(i=0;i<N;i+) zita1i=zita0+2*i*pi/N; a=2*l1*l3*sin(zita1i)-2*l3*l4*sin(zita); b=2*l1*l3*cos(zita1i)-2*l3*l4*cos(zita);C=l2*l2-l1*l1-l3*l3-l4*l4+2*l1*l4*cos(zita1i-zita); zita

26、3i=2*atan2(-a+m*sqrt(a*a+b*b-c*c),c-b); f=l1*l1+l2*l2+l4*l4-l3*l3-2*l1*l4*cos(zita1i-zita); d=2*l1*l2*sin(zita1i)-2*l2*l4*sin(zita); e=2*l1*l2*cos(zita1i)-2*l2*l4*cos(zita); zita2i=2*atan2(-d+m*sqrt(d*d+e*e-f*f),f-e);speed2i=-(speed1*l1*sin(zita1i-zita3iD)/(l2*sin(zita2i-zita3i); speed3i=(speed1*l1*

27、sin(zita1i-zita2i)/(l3*sin(zita3i-zita2i); acce2i=(-speed1*speed1*l1*cos(zita1i-zita3i)-speed2i*speed2i*l2*c os(zita2i-zita3i)+speed3i*speed3i*l3)/(l2*sin(zita2i-zita3i);acce3i=(speed1*speed1*l1*cos(zita1i-zita2i)-speed3i*speed3i*l3*co s(zita3i-zita2i)+speed2i*speed2i*l2)/(l3*sin(zita3i-zita2i);zita

28、4i=zita3i-pi/2;s4i=l3*cos(zita4i)+m*sqrt(l3*l3-(l3*sin(zita4i)-g)*(l3*sin(zita4i)-g); zita5i=atan2(g-l3*sin(zita4i),s4i-l3*cos(zita4i);o4i=-(l3*speed3i*cos(zita4i)/(l3*cos(zita5i); v4i=(l3*speed3i*sin(zita5i-zita4i)/(cos(zita5i);acce4i=(l3*(acce3i*sin(zita5i-zita4i)-speed3i*speed3i*cos(zita5i- zita4i)-l3*o4i*o4i)/(cos(zita5i);if(fabs(s4i-995)<1)printf("zi