第一篇：半自動平壓模切機的課程設計書 [文檔在線提供]

前 言

機械原理課程設計是為了培養學生的開發和創新機械產品的能力，高等學校工科本科《機械原理課程教學基本要求》中對機械原理課程設計提出的要求是：“結合一上簡單的機械系統，綜合運用所學理論和方法，使學生能受到擬定機械運動方案的初步訓練，并能對方案中某些機構進行分析和設計”。在機械原理課程中加強機械運動簡圖設計能力的培養，已越來越為廣大師生所認識。

機械原理課程設計要求針對某種簡單機器（它的工藝動作過程比較簡單）進行機械運動簡圖設計，其中包括機器功能分析、工藝動作過程確定、執行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合等等。通過機械原理課程設計，可以進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，更為重要的是培養開發和創新機械的能力。創新能力的培養在機械原理課程設計中占有十分重要的位置。

通過機械原理課程設計培養了學生的系統設計和機構設計能力、開發和創新能力及應用計算機的能力。機械原理課程設計已取得了預期效果，使機械原理課程教學有了新發展，其意義是深遠的。

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目 錄

一：課程設計任務書.............................................2 二：功能和設計要求.............................................3 三：總功能分解.................................................4 一．總功能分析..............................................4 二．功能元分解..............................................4 三．功能元求解..............................................4 四：機械運動方案的選擇評價及確定...............................5 五：運動循環圖.................................................11 六：原動機的選擇...............................................12 七：機械傳動系統和執行機構的設計...............................14 八：體會.......................................................17 九：參考文獻...................................................18 1

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課程設計任務書

題目：半自動平壓模切機

工作原理及工藝動作過程

半自動平壓模切機是印刷、包裝等行業壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備，它可用來對各種規格的白紙板及厚度在4mm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、折疊以及壓制凹凸商標等，經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸商標，可以成批量的生產，實現規模化。

它的工藝動作主要有兩個：一是將紙板走紙到位，二是進行沖壓模切。原始數據及設計要求

1）每小時壓制紙板3000張。

2）上模固定，下模向上移動的行程長度H?50?0.5mm，回程的平均速度為工作行程的平均速度的1.3倍。

63）工作行程的最后2mm范圍內受到生產阻力?c?2?10N，回程時不受力。下模和滑塊的質量共約120kg。

4）工作臺面離地面的距離約1200mm。

5）所設計的機構性能要良好，結構簡單緊湊，節省動力，壽命長，便于制造。設計方案提示

1）走紙機構可采用雙列鏈傳動，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以夾緊紙板。主動鏈輪由間歇運動機構帶動以實現定時走紙。

2）模切機構一般可采用六桿沖壓機構，在紅板停頓時進行沖壓模切。沖壓機構要求急回并節省動力。

3）由于沖壓模切機構僅在短時間內承受很大生產阻力，為了減小周期性速度波動可選用較小容量的電機，一般需安裝飛輪。

設計任務 1）根據工藝動作要求擬定運動循環圖。2）進行送料、模切機構的選型。3）機械運動方案的評定和選擇。

4）根據給定的生產阻力及工作裕量選定合適的電動機。5）進行飛輪設計。

6）按選定的電動機和執行機構運動參數擬定機械傳動方案。7）畫出機械運動方案簡圖。

8）對傳動機構和執行機構進行運動尺寸計算。指導老師（簽名）

年 月 日

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二、半自動平壓模切機的功能和設計要求：

１．功能 半自動平壓模切機是印刷、包裝等行業壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備，它可用來對各種規格的白紙板及厚度在4mm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、折疊以及壓制凹凸商標等，經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸商標，可以成批量的生產，實現規模化。

壓紙工藝過程分為“走紙”和“且模”。上模固定，下模沖壓。1）將紙板走紙到位。2）進行沖壓模切。

2．原始數據和設計要求 1）每小時壓制紙板3000張。

2）上模固定，下模向上移動的行程長度H?50?0.5mm，回程的平均速度為工作行程的平均速度的1.3倍。

3）工作行程的最后2mm范圍內受到生產阻力?c?2?106N，回程時不受力。下模和滑塊的質量共約120kg。

4）工作臺面離地面的距離約1200mm。

5）所設計的機構性能要良好，結構簡單緊湊，節省動力，壽命長，便于制造。

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三．總功能的分解：

一、總功能的分析

半自動平壓模切機是印刷、包裝等行業壓制紙盒紙箱等紙制品的專用設備，其主要功能是進行壓痕、切線、折疊以及壓制凹凸等。

二、功能分解

根椐工藝動作要求可將其總功能分解為兩個分功能：

1）將紙板走紙到位；紙板走紙過程中，要求傳動紙板的機構間歇運動，也 就

是說，此功能完成的是紙板間歇移動運動。

2）進行沖壓模切；沖壓模切過程中，要求執行機構上的沖壓構件上下往復 移動，以達到壓痕，切線，壓凹凸的功能，因此，這個功能的主要作用就是保證沖壓構件，滑塊的上下往復運動。

三、功能元求解 形態學矩陣：

功能功 能 元 解齒輪齒條雙列鏈傳動滾珠絲桿機構機構傳動機構走 紙帶傳動機構沖壓模切曲柄滑塊機構移動從動件連桿凸輪凸輪機構組合機構多桿機構不完全齒輪齒條機構

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四．機械運動方案的選擇評價及確定：

根據功能元求解的形態學矩陣，可以求出半自動平壓模切機的機械運動方案數目為：

N?4?5?20

現在我們可以根據給定的條件、各機構的相容性和盡量使機構簡單等要求來選擇方案：

根據機構的功能，運動規律的形式，傳動精度高低，機構的工作性能，應用范圍可調性，運轉速度，承載能力，機構的動力性能，加速度峰值，可靠性，經濟性，（制造難易，能耗大小），結構緊湊（尺寸，重量，結構復雜性）等要求來選擇方案。由此可以選擇兩個結構比較簡單的方案。

模切沖壓機構：

方案一：雙列鏈傳動機構，多桿滑塊機構。方案二：帶傳動機構，連桿凸輪組合機構。

方案號 1 2 A從發電機傳遞動力 皮帶 鏈 B變速，改變旋向 皮帶 鏈 C產生急回運動 凸輪 桿 D急回運動 曲柄搖桿機構 曲柄滑塊機構

走紙機構：

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方案

一、帶輪機構，凸輪，夾子，方案

二、鏈輪機構，特殊齒輪。

方案號 1 2 A紙板的輸送 帶輪機構 鏈輪機構 B紙板的停歇 凸輪 特殊齒輪 C紙板的定位 夾子

對這兩個方案，可以用模糊綜合評價選優。兩種機構各項性能指標的評價如下：

性能指標A功能B工作性能C動力性能D經濟性E結構緊湊具 體 項 目運動規律傳動精度應用范圍可調性運轉速度承載能力加 速 度耐 磨 性可 靠 性制造難易調整方便性能耗大小多 桿 機 構任意性較差，只能達到有限個精確位置較 高較 廣較 好高較 大較 大耐 磨可 靠易方 便一 般連桿凸輪組合機構基本上可以任意較 高較 廣較 好較 高較 大較 小較 好可 靠較 難較 便一 般尺 寸重 量結構復雜性較 大較 輕簡 單較 小較 重復 雜

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性能指標A功能B工作性能C動力性能D經濟性E結構緊湊具 體 項 目S1運動規律S2傳動精度S3應用范圍S4可調性S5運傳速度S6承載能力S7加 速 度S8耐 磨 性S9可 靠 性S10制造難易S11調整方便性S12能耗大小帶 輪 機 構0.750.250.750.50.50.750.50.250.750.50.50.5鏈 輪 機 構0.750.50.750.50.7510.50.750.50.50.50.75S13尺 寸S14重 量S15結構復雜性0.750.50.250.750.750.5

H值

49.25 70.5 由以上分析，顯然可以得到以上結論：多桿滑塊機構在承受載荷，加速度，耐磨性，制造難易，重量和結構復雜性這些具體項目的性能明顯優于連桿凸輪組合機構，而這些指標對于半自動平壓模切機來說是很重要的，因此，在兩者之間選擇六連桿機構。至于在運動規律和尺寸方面，連桿凸輪機構所占的優勢，在半自動平壓模切機的設計要求中不是很重要考慮的，因此可以忽略六連桿機構在此方面的不足。綜上所述，選擇六連桿機構作為沖壓模切機構。

帶傳動機構和鏈傳動機構的選擇。帶傳動結構簡單，維護方便，成本低廉，沖擊力小，傳動平穩，噪聲小，但是傳動效率低，壽命較短等缺點。鏈傳動機構因多對齒輪同時嚙合，要求承載能力大，傳動效率高，以及可實現中心矩較大的

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軸間傳動，但傳動有沖擊，振動和噪聲。由于半自動平壓模切機在設計時要求傳動機構有較大的承載能力，較高的機械效率要求，因此，在比較之后，選擇鏈傳動機械。

多桿滑塊機構（模切沖壓機構方案一）

鏈輪鏈條雙列鏈傳動正視圖(走紙機構方案二）

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夾 子紙 板雙列鏈傳動俯視圖(走紙機構方案二）

鏈條鏈輪槽輪90滑塊撥盤減速器電動機與槽輪撥盤垂直電動機

半自動平壓模切機的機構(方案一)

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皮帶輪90不完全齒輪沖頭滑塊凸輪減速器電動機與槽輪撥盤垂直電動機

半自動平壓模切機運動簡圖（方案二）

不完全齒輪

凸輪機構與特殊齒輪機構（沖壓模切機構方案二）

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五：運動循環圖

對于半自動平壓模切機運動循環圖主要是確定沖壓模切和走紙兩個執行構件的先后順序，以利對各執行機構的設計、裝配和調試。

半自動平壓模切機的模切機構為主機構，以它的主動件的零位角為橫坐標的起點，縱坐標表示各執行構件的位移起迄位置。

沖壓模切走紙360360

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六：原動機的選擇

1、常用原動機的運動形式

運動形式連續轉動往復運動往復擺動實 例電動機 油壓馬達 氣動馬達 柴油機等直動電動機 氣缸液壓機擺動油缸 擺動氣缸

2、常用原動機的驅動方式

名稱單機集中驅動驅動方式由一臺原動機通過傳動裝置驅動機構由多臺原動機通過傳動裝置驅動機構優缺點傳動裝置復雜，操作麻煩，功率大，價格較便宜傳動裝置較為簡單，操作方便，每個動作的功率較小，數目多，成本高多機分別驅動

3、選擇原動機應考慮的因素

1）必須考慮現場能源供應情況。2）

必須考慮到原動機的機械特性各工作制度與工作機相匹配。

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3）

必須考慮到工作機對原動機提出的起動，過載運轉平穩性，調速和控制等方面的要求。4）5）必須考慮工作環境的因素。

必須考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。

6）

為了提高機械系統的經濟效益，必須考慮經濟成本，包括初始成本和運轉維護成本，此外，所選取的原動機的額定功率必須滿足負載需要，但也不宜過大，對電動機來說選電動機功率過大造成功率因素過低也是不經濟的。

4、原動機的選擇

根據半自動平壓模切機的設計要求以及綜合原動機選擇時應考慮的因素，可以初步選定Y系列三相異步電動機作為半自動平壓模切機的原動機。

根據半自動平壓模切機的設計要求可得：

?3(Pc?mg)?2?10工作功率Pmax??3mg?(50?2)?10W?W 60606?3W?1.2?10?48?10W 606066?3(2?10?1.2?10)?2?10

=

=1.1KW 工作電流I?Pmax3803A

=1.1?10380A=2.9A

綜上分析,選擇型號為Y90L-6的電動機作為原動機,其參數如下:功率1.1KW,電流3.2A,轉速910r/min,效率73.5%,功率因數0.72,堵轉轉矩/額定轉矩為2.0,堵轉電流/額定電流為6.0,最大轉矩/額定轉矩為2.0。

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七：機械傳動系統和執行機構的設計 一）設計參數：

生產率：

N= 3000張/小時 下模沖頭總行程

H?50?0.5mm

S1t1S2t2=1.3?(180??)/(180??)

行程速比：

K=t2t1=

??(k?1)/(k?1)?180??24?

t1:表示急回行程的時間，t2:工作行程式時間

電動機轉速：910r/min 二）數據的計算：根據選定的驅動電機的轉速和半自動平壓模切機的生產

能力，可以得到此機械系統的總速比為：

i總?n電機?910?910?18

30006050n執行軸由設計參數可知，生產率是每小時3000張紙，所以由電動機到執行軸需要減速傳動，傳動比通過計算為18。

齒數15齒數54D=1000mmD=200mm減速器機構圖

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機械傳動系統的第一級采用帶傳動，其速比為5，第二級采用直齒圓柱齒

輪傳動，其傳動比為3.6。

帶傳動計算：

1）確定計算功率Pc

Pc=KaP 取Ka=1.4，則

Pc?1.4?1.1?1.54kW

2)選擇帶的型號

由Pc及主動輪轉速n1，由有關線圖選擇V帶型號為C型V帶。

3）確定帶輪節圓直徑d1和d

2取d1?200mm，則

d2?5?d1?1000mm

齒輪傳動計算：

取z1?15，z2?i?15?3.6?15?54。按鋼質齒輪進行強度計算，其模數m=5。則

d1?z1m?75mm d2?z2m?270mm

槽輪的計算：

1）槽數z 按工位數要求選定為4。2）中心距a

按結構情況確定

a=200mm 15

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3）圓銷半徑r

按結構情況確定

r=20mm 4）槽輪每次轉位時主動件的轉角2?

2??180?(1?2z)?90?

5）槽間角2?

2??360?z?90?

6）主動件圓銷中心半徑RR1?asin??141mm

7）R1與a的比值?

??R1a?sin??0.7

8）槽輪外圓半徑R2

R2?(acos?)2?r2?143mm

s?1)?r

9）槽輪槽深h

h?a(??co?

h?100mm

10）運動系數k

k?(z?2)

2z?1

4（n=1，n為圓銷數）

多桿滑塊機構的計算：

BEL2CL3L4L5DL1A

為了滿足以上的條件，由極位可知：L3+L1>L6

L6+L4

兩個極位之間的夾角度數為24，且B點的行程是50?0.5mm，?角30度左右。

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八：體 會：

通過這次設計，我深深地體會到：要設計一個機構方案，想到運動及傳動的方法只是整個設計的一小步，最重要的是計算機構的配合尺寸。

其實，機構的大體形狀以及它的傳動機構的大體原理，很早就在我腦里有了雛形，本來以為很快會結束設計，但事與愿違，我感覺我的時間全花在了計算與配合上，所以如果以后還有設計機械的作業，一定要先把具體的各種配合關系計算精確，哪怕花再多的時間，至少不會漫無目的在設計機構時，機構尺寸和相互配合需要大量計算，同時還要考慮造型的可行性，特別是尺輪間的傳動需要大量的反復的實驗，同時要有一定的技巧。

在這次設計中，我充分認識到作為設計者，必需嚴謹務實，要充分考慮到制造的可行性。設計是一種既要求想象力又要求嚴密邏輯思維的學科。

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九．參考文獻

1、鄒慧君主編．《機械原理課程設計手冊》．北京高等教育出版社，1998

2、孫恒，陳作模，葛文杰主編．《機械原理》（第七版）．北京高等教育出版社，2006

3、朱保利，吾輝，王云，封立躍主編 ．《機械原理課程設計指導》．南昌航空工業學院 ．機械設計教研室，1998

4、濮良貴，紀名剛主編．《機械設計》第七版．高等教育出版社，2000

5、鄒慧君主編．機械設計原理．上海交通大學出版社，1995