剪板機課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. 機械課程設計任務書…………………2</p><p>　　2. 機構設計方案的設計和擬定…………3</p><p>　　3. 機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖………………6</p><p>　　4. 傳動機構的設計………………………7</p><

2、p>　　5. 執(zhí)行機構的設計………………………10</p><p>　　6. 機構的連接……………………………14</p><p>　　7. 算法原理簡要說明……………………15</p><p>　　8. 機構的運動仿真………………………16</p><p>　　9. 結果分析………………………………19</p><

3、p>　　10.課程設計的感想………………………20</p><p>　　11.參考資料………………………………20</p><p>　　1.機械課程設計（C）任務書</p><p><b>　　一、設計題目</b></p><p>　　設計剪板機的鐵板輸送機構和剪斷機構。</p><p>　

4、　剪板機是將卷料展開兵剪成一定長度鐵板的機構，即將板料作定長度的間歇送進，在板料短暫的停歇時間內(nèi)，剪刀在一定位置上將鐵板間斷。</p><p>　　二、技術參數(shù)和技術設計要求</p><p>　?。?） 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度為L=1900或2000或2200mm（設計時任選一種）。</p><p>　?。?） 每次輸送鐵板到達規(guī)定長度后，鐵板稍停，以

5、待剪板機構將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍，以保證有較高的生產(chǎn)率。</p><p>　?。?） 輸送機構運轉(zhuǎn)應平穩(wěn)，震動和沖擊應盡量?。匆筝斔蜋C構從動件的加速度曲線連續(xù)無突變）。</p><p><b>　　三、設計任務</b></p><p>　　（1） 進行鐵板輸送機構

6、和剪斷機構的選型；</p><p>　?。?） 根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖；</p><p>　?。?） 根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案；</p><p>　?。?） 機械運動方案的評定和選擇；</p><p>　?。?） 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；</p><p>

7、　?。?） 進行上機編程分析，檢驗設計方案；</p><p>　?。?） 畫出機械運動方案簡圖、運動循環(huán)圖和傳動方案圖；</p><p>　　（8） 完成設計計算說明書一份。</p><p>　　四、工作計劃與進度安排</p><p>　　本課程設計總時間為2周（共10天），進度安排如下：</p><p>　　教學院長

8、： 指導教師： 2011年11月25日</p><p>　　2.機構設計方案的設計和擬定</p><p>　　（1）剪斷機構方案的選擇</p><p>　　根據(jù)技術參數(shù)和設計要求，需要至少需要兩個機構才能完成。一個機構是板料的剪斷機構。</p><p>　　1.剪斷機構之中含有間歇

9、機構，首先我想到了這里可以利用一下凸輪機構。</p><p>　　該機構的原理就是：在凸輪上設有近休止角，通過凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，會推動桿上的滾子向下移動，當滾子移動到最底點的時候，推論開始走回程角，在這期間由于凸輪不會給滾子向上的力，所以需要另外的向上的推理，之后就想到在桿上面加一根彈簧，讓桿件能夠緊貼著凸輪自動回位。</p><p>　　但由于該機構不能提供剪切鐵板足夠強的力，又沒有急回運

10、動，而且也需要發(fā)動機提供較高的功率。彈簧的一直運動易出現(xiàn)損壞，使整個機構癱瘓。所以沒有采用此方案。</p><p>　　2.圓柱凸輪也是一個具有間歇進刀能力的機構。只要運動函數(shù)為5次函數(shù)或是正弦函數(shù)即可。設計也比較簡單，但是工藝性能比較不好。</p><p>　　該機構還有一個很大的缺點就是會出現(xiàn)力不足的情況，力不足會導致剪板無法剪斷，若不能實現(xiàn)剪斷工藝，那么機構便不能采用了。</p

11、><p>　　3.通過以上，建議采用的最佳機構就為桿件機構，因為力學性能好，輕便，只需傳動角大于40°就可。</p><p>　　通過對桿的應用，可以非常有效的實現(xiàn)，間歇的運動，不僅如此，力也會很大，而且還具有急回運動。因此最后采用了此方案。</p><p>　?。?）傳動機構方案的選擇與確定</p><p>　　1.因為傳動的方案需要

12、用到間歇的傳動，而且運動的過程沒有返回，而是間歇一段時間。這個時候首先考慮到的就是可以應用一下，槽輪機構。</p><p>　　槽輪機構雖然具有間歇的運動規(guī)律，但是它傳遞力的穩(wěn)定性不好。更重要的是本課題所需要的間歇角用槽輪比較難控制。所以不選擇槽輪這個方案。</p><p>　　2.除了槽輪機構還有的機構就是星輪機構。星輪機構傳力性能比較穩(wěn)定。而且也能夠提供本課題所需要的間歇角。但是又因為

13、星輪機構在計算以及制造工藝上都比較繁瑣，為了方便起見，便不考慮星輪機構了。</p><p>　　3.除去以上的兩種方案最后還剩下一個方案，就是在傳動機構里面加入不完全齒輪。通過不完全齒輪的間歇傳動來實現(xiàn)板料的間歇移動。</p><p>　　通過對不完全齒輪間歇角的計算就可以利用不完全齒輪來實現(xiàn)間歇傳動。傳遞力比較穩(wěn)定。而且制造工藝比較簡單。</p><p>　　3.

14、機械系統(tǒng)的運動循環(huán)圖</p><p>　　通過以上的方案將兩個機構的關系連接起來繪制運動循環(huán)圖。</p><p>　　通過分析可知，當機構運動2000mm的時候就需要停歇一次，而在此過程的時候，剪刀就要下降，開始剪切板料。而當板料剪切完畢時，要進行退刀，此過程完成之后才可以進行下一個循環(huán)。當機構向前輸送板料的時候，不完全齒輪的從動件會有一個轉(zhuǎn)角在運動，當板料到達2000mm的時候，這個時候

15、主動的不完全之輪要進入鎖止弧，這個時候板料就會停止輸送，但是不完全齒輪的主動件還在繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當切刀的剪切工作完成之后，恰好在這個時候鎖止弧正好完全退出，此時從動件的不完全齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動。以此來往復循環(huán)的來做這些動作。</p><p>　　通過以上的步驟就可以進行運動循環(huán)圖的設計。</p><p><b>　　4.傳動機構的設計</b></p><p&

16、gt;<b>　　發(fā)動機的選擇：</b></p><p>　　從發(fā)動級的功率以及轉(zhuǎn)速上考慮，要實現(xiàn)以上的方案，盡量選擇轉(zhuǎn)速較低，發(fā)動機功率較高的發(fā)動機。</p><p>　　通過在網(wǎng)上搜索發(fā)現(xiàn)大多數(shù)剪板機的制造廠生產(chǎn)的剪板機的發(fā)動機功率約在5kw以上，通過查詢發(fā)動機型號表找到一款速度比較低而且功率較高的發(fā)動機。</p><p>　　型號為：Y1

17、60L-8 型發(fā)動機 功率為7.5kw 轉(zhuǎn)速為720r/min。</p><p>　　為了計算方便，板料長度選定為2000mm。</p><p>　　通過圓整計算可設輸送帶上的滾子周長為500mm。</p><p>　　由此可以確定滾子的直徑d=500/π≈159.155mm</p><p>　　由以上的結果可知：板料每輸送2000mm 此時

18、滾子轉(zhuǎn)動了4圈。</p><p>　　如果設板料每輸送2000mm為一個周期，此時一個周期滾子要轉(zhuǎn)動4周。</p><p>　　1.不完全齒輪的設計</p><p>　　通過課程設計說明書的要求：剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍。</p><p>　　由上面一段話可以知道：若設板料輸送

19、時間為x，那么剪斷工藝的時間就為1/15x，板料的停歇時間就是1/15x*1.5=0.1x。</p><p>　　設一個工作周期的時間為t，那么輸送的時間就是10/11t,停歇的時間就是1/11t。</p><p>　　通過以上的計算，那么不完全齒輪的一周轉(zhuǎn)動中，有10/11的運行時間里是轉(zhuǎn)動，有1/11的時間是停歇，由此可知不完全齒輪的間歇角為360°*1/11≈32.73&#

20、176;</p><p>　　這么計算就可以知道，不完全齒輪的間歇角α≤32.73°才能符合設計任務的要求。</p><p>　　為了后面圓整的計算，不完全齒輪的間歇角設置為30°，這樣不完全齒輪就有330°的輸送和30°的停歇。</p><p>　　這樣通過對正常齒輪的設計可知，可以把不完全齒輪設置為22個齒，其中有兩個22

21、個齒所占的角度為330°，剩下的30°設置為鎖止弧。</p><p>　　這時候就可以對不完全齒輪的尺寸進行計算了。</p><p>　　理論上如果該齒輪是完整齒輪齒數(shù)應該為24個。根據(jù)d=mz確定分度圓直徑。</p><p>　　模數(shù)的選擇可以參照機械原理第七版第180頁的圓柱齒輪標準模數(shù)系列表。</p><p>　　注

22、：選用模數(shù)時，應優(yōu)先采用第一系列，其次是而系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。</p><p>　　通過以上的的模數(shù)選擇不完全此輪的模數(shù)為m=6mm。這樣就確定了不完全齒輪的分度圓半徑為d=144mm，為了計算方便，所用的兩個不完全齒輪分度圓半徑要一樣，這樣通過標準安裝可知道兩個不完全齒輪的中心距a=144mm。</p><p>　　2.發(fā)動機到輸送板料滾子的傳動比的計算</p>

23、<p>　　通過網(wǎng)上信息的查閱知道，剪板機的工作周期大約為1分鐘工作25~45次。</p><p>　　為了圓整計算這里取剪板機的工作周期為30次/min。</p><p>　　發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為720r/min，但是經(jīng)過不完全齒輪的間歇運動，一分鐘實際不完全齒輪的從動輪值轉(zhuǎn)動了720*（330/360）=660圈</p><p>　　一分鐘可供板料輸送的次數(shù)

24、為660/4=165</p><p>　　但是實際只需要做30次。</p><p>　　通過傳動比來對以上進行轉(zhuǎn)化所需要的傳動比為i=165/30=5.5</p><p>　　所以 發(fā)動機到滾子之間的轉(zhuǎn)動比轉(zhuǎn)換要為5.5就夠了。</p><p>　　3.傳動機構所有構件的添加</p><p>　　傳動機構可以采用的傳動

25、方法有</p><p><b>　　①鏈輪傳動</b></p><p><b>　?、邶X輪傳動</b></p><p><b>　?、蹘л唫鲃?lt;/b></p><p>　　因為傳送機構所需要的力不大，所以最方便的傳動方案就是選擇帶輪傳動，因為其不僅制作工藝簡單，相對其他造價也比

26、較低廉。</p><p>　　因為所需要的傳動比為5.5，如果用一對帶輪傳動來完成5.5的傳動比，所需要的兩個輪子，其中的大輪尺寸會過大，或小輪的尺寸過小，尺寸過小導致誤差容易增加，尺寸過大會增加整個機構的體積，造價也會增加很多。所以為了方便，最好把5.5的傳動比分成2.75傳動比與2傳動比。</p><p>　　這樣就可以用兩對帶輪來實現(xiàn)5.5傳動比的傳動了。</p>&l

27、t;p>　　這樣其中的一對帶輪，尺寸可以分別設置為50mm 與137.5mm</p><p>　　另一對帶輪的尺寸可以分別設置為50mm與100mm</p><p><b>　　5.執(zhí)行機構的設計</b></p><p>　　通過對上面?zhèn)鲃訖C構的設計后，下面開始進行執(zhí)行機構也就是剪刀的剪切機構的設計，因為以上的周期已經(jīng)算出，每分鐘會輸送3

28、0次2米長的距離，那么剪刀就會在這一分鐘內(nèi)由曲柄轉(zhuǎn)動30周，就是曲柄的轉(zhuǎn)速為30r/min。</p><p>　　由發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速為720r/min。由此可以計算出發(fā)動機到曲柄的傳動比i=720/30=24。</p><p>　　在發(fā)動機與曲柄之間又不可以使用帶傳動，因為剪力很大，可能出現(xiàn)無法剪斷，或者出現(xiàn)誤差，這樣導致計算不夠精確。所以不能由第一步的傳動機構來進行轉(zhuǎn)換傳動比，鏈傳動能量

29、損失較大也不適宜，但是如果用普通的齒輪傳動又會出現(xiàn)齒輪過大，或是齒輪較多，機構更加復雜，而且造價較高，慣性質(zhì)量較大，也不適合采用，那么可以對普通的直齒圓柱齒輪進行改進，得到新的機構來實現(xiàn)大傳動比，最好的改進辦法就是采用行星輪。這樣不僅實現(xiàn)了大傳動比，而且機構也相對簡單，而且也不會出現(xiàn)齒輪過大，機構過重。</p><p>　?、賵?zhí)行機構行星輪的設計</p><p>　　設發(fā)動機為構件1 輸出

30、機構的曲柄為系桿H</p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　行星輪的傳動比i1H=1-iH13=1-z2z3/z1z2’=24</p><p>　　由此可得這樣可以通過試算法得到一個合理的齒數(shù)</p><p>　　由此可以得到發(fā)動機上的齒輪齒數(shù)為30 固定的中心輪齒數(shù)為30 </p>

31、<p>　　行星輪上的兩個齒輪齒數(shù)分別為24 和23 其中24齒的與發(fā)動機的齒輪嚙合，23齒數(shù)的齒輪與固定的中心輪嚙合。</p><p>　　由此可以得到下面的機構</p><p>　　通過這樣的機構把系桿的輸出與曲柄剛性鉸接，就實現(xiàn)了大傳動比的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下面對齒輪的尺寸進行計算</p><p>　　通過以上的標

32、準模數(shù)系列表來進行計算</p><p>　　這里把所有的齒輪的模數(shù)都選擇為m=4mm</p><p>　　根據(jù)公式d=mz可以計算出所有齒輪的分度圓直徑</p><p>　　Z1 =4*30=120mm</p><p>　　Z2 =4*24=96mm</p><p>　　Z2’=4*23=92mm</p>

33、<p>　　Z3 =4*30=120mm</p><p><b>　?、诹鶙U機構的設計</b></p><p>　　首先，要考慮構件是否能夠執(zhí)行，設計的方案，構件的傳力性能怎樣。</p><p>　　先對出去刀具的四桿機構進行分析。</p><p>　　因為曲柄是原動件，盡量要小所以最初假設曲柄的長度為a=5

34、0mm</p><p>　　要使機構為曲柄搖桿機構，那么最短桿與最長桿之和應小于另兩桿之和。</p><p>　　通過多次的試算確定：</p><p><b>　　a=50mm</b></p><p><b>　　b=100mm</b></p><p><b>　　

35、c=100mm</b></p><p><b>　　d=120mm</b></p><p>　　這樣就滿足了a+d＜b+c</p><p><b>　　滿足曲柄搖桿機構。</b></p><p>　　這樣就得到了下面的圖。</p><p>　　為了確定機構的傳力特

36、性以及是否具有死點。應該進一步對該四桿機構進行分析。分析該四桿機構的最小傳動角γmin是否大于等于40°</p><p>　　該機構的最小傳動角應計算兩個角，分別為曲柄處在最上端，與曲柄處在最底端兩個位置，通過余弦定理進行計算。</p><p>　　傳動角γ1=arcos[b2+c2-(d-a)2]/2bc≈40.975°</p><p>　　傳

37、動角γ2=180°-arcos[b2+c2-(d+a)2]/2bc≈63.577°</p><p>　　通過以上的計算傳動角符合計算的范圍。可以實現(xiàn)該機構的運動方案。</p><p>　　下面再計算機構的急回運動的特性</p><p>　　同樣通過余弦定理可以計算出該機構的極位夾角為</p><p><b>　　

38、θ=23.25°</b></p><p>　　由此便可以計算出行程速比系數(shù)K=1.297</p><p>　　該機構有比較明顯的機會運動特性。</p><p>　　再添加下面的方案把四桿機構變?yōu)榱鶙U機構。其中剪刀為滑塊，連接剪刀的桿為100mm，就可以得到下面的機構。如下圖。</p><p><b>　　6.機

39、構的連接</b></p><p>　　通過以上對各個機構的分析與設計，下面將以上的機構進行必要的連接與組裝。</p><p>　　1.由于題目上說的是板料，厚度應當為相當薄的板料所以切刀向下的極限位置超過板料不應該太多，這樣會節(jié)省切刀返回運動的時間，又由于切刀的機構存在急回運動，那么急回的時候就會很快的返回，使切刀更快的等待下一次的剪切。</p><p>

40、;　　2.切刀執(zhí)行階段與輸送帶間歇階段的銜接</p><p>　　為了使機構能夠同步運行，所以應該使機構在安裝時滿足下面的條件，才能把兩個機構銜接起來。</p><p>　　首先應該考慮不完全齒輪的機構，當不完全齒輪轉(zhuǎn)動到鎖止弧中間的位置時切刀要在輸送板的最下端，實現(xiàn)的方法就是這個時候曲柄與與其相連的二力桿為拉直共線，這樣刀具就會在它的極限位置。通過這樣的連接，以后每次都會是在當不完全齒輪

41、走到鎖止弧的位置時，切刀剛好走到它最下面的極限位置，就是剛好切到板料的位置，然后不完全齒輪繼續(xù)運動，在運動的同事切刀開始進行機會運動，當不完全齒輪繼續(xù)運轉(zhuǎn)的時候，切刀早已經(jīng)完全退出，這樣就不會出現(xiàn)卡到板料的情況。機構就可以一直這樣的運行。</p><p>　　通過以上的運算就得出了下面的機構。</p><p>　　7.算法原理簡要說明</p><p>　　1.輸送機

42、構的簡要說明</p><p>　　輸送機構主要是將發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為滾輪的輸送板料的動力，這里面主要應用了帶輪的傳動，因其傳動比易控制，而且輸送板料的質(zhì)輕，所需要的傳動力矩不是很大，最佳的采用方案就是使用帶輪傳動。</p><p>　　因其需要有間歇機構，所以在傳動之中加上一對不完全齒輪傳動來實現(xiàn)機構的間歇傳動。通過對課設題目的仔細研讀，計算出不完全齒輪的間歇角，然后通過間歇角來實現(xiàn)機

43、構的間歇。最后根據(jù)參考資料機械原理第七版第180頁的標準模數(shù)系列表以及漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動幾何尺寸的計算公式來計算出不完全齒輪的各個尺寸來進行設計。</p><p>　　2.執(zhí)行機構的簡要說明</p><p>　　執(zhí)行機構最主要的兩個部分分別為行星輪以及六桿機構，行星輪的傳動比的計算主要根據(jù)參考資料機械院第七版第218頁的周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)動比的計算公式來進行試算算出的齒數(shù)然后再計算出行星

44、輪的幾何尺寸。六桿機構首先要進行試算，確定各個桿長的同時，還要滿足曲柄搖桿機構的桿長要求，然后再計算傳動角，通過傳動角的大小來調(diào)整各個桿的長度。以此來確定六桿機構的各個桿長。使其滿足設計要求。</p><p>　　3.輸送機構與執(zhí)行機構連接的簡要說明</p><p>　　要使輸送機構與執(zhí)行機構恰好滿足要求，就要在安裝的時候使不完全齒輪在鎖止弧的中心位置時，剛好刀具正好剪切板料完畢，這樣之后

45、就能使其滿足設計要求，兩個機構才能同步運行。</p><p><b>　　8.機構的運動仿真</b></p><p>　　同過以上的計算，下面對該機構進行運動仿真</p><p>　　下圖為執(zhí)行機構的設計的方案圖</p><p>　　下圖為通過以上的設計，所做的加速度分析曲線。</p><p>　

46、　下圖為切刀的尖端的位移隨時間變化的曲線。</p><p>　　下圖為切刀尖端的速度與速度的絕對值隨時間變化的曲線。</p><p>　　下圖為該構件在運動的時候各個部件的運動軌跡</p><p><b>　　9.結果分析</b></p><p>　?、偻ㄟ^對加速度曲線的分析可知，剪刀的加速度在即將要剪板料的時候加速度迅

47、速提升，剛退刀的時候加速度也非常大，這樣減少了刀具剪板料所需要的時間，更利于對切割時間的調(diào)整。有效的利用了輸送機構的間歇時間。</p><p>　?、谕ㄟ^對切刀尖端位移隨時間變化的分析可知，當剪刀下剪的時候所需要的時間較長，當退刀的時候所需要的時間較短，說明刀具尖端具有急回的特性。</p><p>　?、弁^對切刀尖端的速度隨時間變化的分析可知，通過對速度的分析更加明了的發(fā)現(xiàn)剪刀的急回特性

48、比較明顯，說明該機構比較符合設計標準。</p><p>　　10.課程設計的感想</p><p>　　通過幾天來對剪板機的設計發(fā)現(xiàn)，由最初的知道方案，到最后的完成方案，過程很艱辛，但是很快樂，因為，從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些設計思維，通過自己的努力完成的設計干到跟高興，很自豪，看著自己這些天辛勤的汗水沒有白費，最終終于設計出自己滿意的方案是件非?？斓牡氖隆Ｆ陂g方案的不停修改，期間方案數(shù)據(jù)的不斷計

49、算，過程很累，計算很累，但是還是堅持了下來，最終沉下心把所需要的種種數(shù)據(jù)都計算出來了。這種感覺很快慰。老師也在這個環(huán)節(jié)一直都在幫助我，機構的不合理該如何修改，該如何達到要求，老師也是我的課程設計之中不可或缺的一部分。每個人都有自己的奇思妙想，每個人都有展示自己的機會，有讓老師認可的機會，前期方案檢查發(fā)現(xiàn)了自己最初設計方案的不足，力在原理上可以，可是在實際應用中原來很多東西都是不能實現(xiàn)的，所以有想法就要去實踐，要不然很多東西都只是想法，很

50、多東西都不一定能夠?qū)崿F(xiàn)。通過對機械原理這一門課的應用，發(fā)現(xiàn)自己的基礎知識更加扎實，很多東西即使不用參閱教材就能夠計算出來，想想這也是這些天的收獲吧?，F(xiàn)在只有更加充實自己，以一個新的面貌迎接下學期的課程設計，相信我有了這一次的經(jīng)驗，下一次我會做的更好。</p><p><b>　　11.參考資料</b></p><p>　　1.現(xiàn)在工程圖學（第三版） 主編：楊玉根

51、、諸世敏</p><p>　　北京郵電大學出版社 2008年6月</p><p>　　2機械原理課程設計（第一版）主編：王淑人</p><p>　　科學出版社 2006年9月</p><p>　　3 機械原理（第七版） 主編：孫桓、陳作模 </p><p>　　高等教育