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機械原理
點擊次數(shù)：1609 發(fā)布時間：2013-9-14
半自動平壓模切機機構(gòu)設(shè)計
一、設(shè)計題目
設(shè)計半自動平壓模切機的模切機構(gòu)。半自動平壓模切機是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的設(shè)備，該機可對各種規(guī)格的白紙板、厚度在4mm以下的瓦愣紙板，以及各種精細的印刷品進行壓痕、切線。壓凹凸。經(jīng)過壓痕、切線的紙扳，用手工或機械沿切線處去掉邊料后，沿著壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或制成凹凸的商標(biāo)。
壓制紙板的工藝過程分為“走紙”和“模切”兩部分。如圖3-1所示，4為工作臺面，工作臺上方的1為雙列鏈傳動，2為主動鏈輪，3為走紙模塊（共五個）其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個夾緊片。主動鏈輪由間歇機構(gòu)帶動，使雙列鏈條作同步的間歇運動。每次停歇時，鏈上的一個走紙模塊剛好運動到主動鏈輪下方的位置上。這時，工作臺面下方的控制機構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件7作往復(fù)移動，推動橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開，操作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動鏈輪又開始轉(zhuǎn)動，將紙板送到具有上模5（裝調(diào)以后是固定不動的）和下模6的位置。鏈輪再次停歇。這時，在工作臺面下部的的主傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件—滑塊6和下模為一體向上移動，實現(xiàn)紙板的壓痕、切線，稱為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運行，當(dāng)夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構(gòu)（圖上未表示）作用，使夾緊片張開，紙板落到收紙臺上，完成一個工作循環(huán)。與此同時，后一個橫塊進人第二個工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。
本題要求按照壓制紙板的工藝過程設(shè)計下列幾個機構(gòu)：使下壓模運動的執(zhí)行機構(gòu)，起減速作用的傳動機構(gòu)；控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機構(gòu)。
圖 3-1 圖 3-2
二、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計要求
1、每小時壓制紙板3000張。
2、傳動機構(gòu)所用電動機轉(zhuǎn)速n=1450r/min，滑塊推動下模向上運動時所受生產(chǎn)阻力如圖3-2所示，圖中pc=2×106N，回程時不受力，回程的平均速度為工作行程平均速度的1.3倍，下模移動的行程長度H=50±0.5mm。下模和滑塊的質(zhì)量約120kg。
3、工作臺離地面的距離約1200mm。
4、所設(shè)計機構(gòu)的性能要良好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。
三、設(shè)計方案及討論
根據(jù)半自動平壓模切機的工作原理，把機器完成加工要求的動作分解成若干種基本運動。進行機械運動方案設(shè)計時，zui主要的是要弄清設(shè)計要求和條件，掌握現(xiàn)有機構(gòu)的基本性能，應(yīng)用現(xiàn)有機構(gòu)或有創(chuàng)造性地構(gòu)思新的機構(gòu)，以保證機器有完善的功能和盡可低的成本。不同的機構(gòu)類型及其組合將構(gòu)成多種運動方案。對本題進行機構(gòu)運動方案設(shè)時應(yīng)考慮以下問題：
1、設(shè)計實現(xiàn)下模往復(fù)移動的機構(gòu)時，要同時考慮機構(gòu)應(yīng)滿足運動條件和動力條件。例如，實現(xiàn)往復(fù)直線移動的機構(gòu)，有凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等。由于壓制紙板時受力較大，宜采用承載能力高的平面連桿機構(gòu)，而連桿機構(gòu)中常用的有四桿機構(gòu)和六桿機構(gòu)。再從機構(gòu)具有急回特性的要求出發(fā)，在定性分析的基礎(chǔ)上，選取節(jié)省動力的機構(gòu)。當(dāng)受力不大而運動規(guī)律又比較復(fù)雜時，可采用凸輪機構(gòu)。例如本題中推動夾緊裝置使夾緊片張開的控制機構(gòu)，由于夾緊片張開后要停留片刻，讓紙板送入后才能夾緊，因而推桿移動到zui高位置時，有較長時間停歇的運動要求，故采用凸輪機構(gòu)在設(shè)計上易于實現(xiàn)此要求，且結(jié)構(gòu)簡單。
2、為滿足機器工藝要求，各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的動作在規(guī)定的位置和時間上必須協(xié)調(diào)，如下壓模在工作行程時，紙板必須夾緊；在下壓?；爻虝r，紙板必須送到模壓位置。因此，為使各執(zhí)行構(gòu)件能按工藝要求協(xié)調(diào)運動，應(yīng)繪出機械系統(tǒng)的機構(gòu)運動循壞圖。
3、根據(jù)機器要求每小時完成的加工件數(shù)，可以確定執(zhí)行機構(gòu)主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。若電動機轉(zhuǎn)速與執(zhí)行機構(gòu)的主動件轉(zhuǎn)速不同，可先確定總傳動比，再根據(jù)總傳動比選定不同的傳動機構(gòu)及組合方式。例如，帶傳動和定軸輪系串聯(lián)或采用行星輪系等；有自鎖要求而功率又不大時，可采用蝸桿蝸輪機構(gòu)。對定軸輪系要合理分配各對齒輪的傳動比，這個問題將在機械設(shè)計課程中解決．
4、在一個運動循環(huán)內(nèi)，僅在某一區(qū)間承受生產(chǎn)阻力較大的機器，將引起等效構(gòu)件所受的等效阻力矩有明顯的周期性變化，若電動機所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩近似地認(rèn)為是常數(shù)，則將引起角速度的周期性波動。為使主動件的角速度較為均勻，應(yīng)考慮安裝飛輪?？蛇m當(dāng)選擇帶傳動的傳動比，使大帶輪具有一定的轉(zhuǎn)動慣量而起飛輪的作用，通常應(yīng)計算大帶輪的轉(zhuǎn)動慣量是否滿足要求。如不滿足，則需另外安裝飛輪。
實現(xiàn)本題要求的機構(gòu)方案有多種。現(xiàn)介紹幾例：
1、實現(xiàn)下模往復(fù)移動的執(zhí)行機構(gòu)：具有急回或增力特性的往復(fù)直移機構(gòu)有曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)（或?qū)U機構(gòu)）與搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組成的六桿機構(gòu)等（圖3-3、3-4、3-5）。
2、傳動機構(gòu)：連續(xù)勻速運動的減速機構(gòu)有帶傳動與兩級齒輪傳動串聯(lián)、帶傳動與行星輪系串聯(lián)和行星輪系（需安裝飛輪）等。
圖 3-3
3、控制夾緊裝置的機構(gòu)：具有一端停歇的住復(fù)直移運動機構(gòu)有凸輪機構(gòu)、具有圓弧槽的導(dǎo)桿機構(gòu)等。
圖 3-4 圖 3-5
圖3-3所示方案的主要優(yōu)點是滑塊5承受很大載荷時，連桿2卻受力較小，曲柄1所需的驅(qū)動力矩小，因此該機構(gòu)常稱為增力機構(gòu)，它具有節(jié)省動力的優(yōu)點。此外，圖3-4、3-5所示為另外兩種六桿機構(gòu)，供分析比較。其它設(shè)計方案可由學(xué)生自行構(gòu)思。
四、設(shè)計步驟
1、構(gòu)思、選擇機構(gòu)方案
機構(gòu)方案的構(gòu)思和選擇討論，已如上述，做出運動循環(huán)圖。下面以圖3-3所示方案為例介紹設(shè)計步驟。
2、計算總傳動比，分配各級傳動比和確定傳動機構(gòu)方案
本題總傳動比：
3、機構(gòu)設(shè)計
按選的平面連桿機構(gòu)，由己知參數(shù)按解析法、圖解法或兩種方法兼用，以計算機構(gòu)尺寸、由于本題是具有短暫高峰載荷的機器，應(yīng)驗算其zui小傳動角，并盡可能保證壓模工作時，有較大的傳動角，以提高機器的效率。
a） b）
圖 3-6
如機構(gòu)在圖3-6所示的位置上，搖桿滑塊機構(gòu)的受力圖可用圖解法求得（圖3-6b）。由于該瞬時構(gòu)件垂直，所以力多邊形中
由此可知，很大而較小，特別是壓力角愈小；也愈小，有利于節(jié)省動力。根據(jù)上述觀點安排機構(gòu)位置以后，可*行搖桿滑塊機構(gòu)的設(shè)計計算。這可采用解析法來得到較為合適的尺寸參數(shù)。如圖3-6a得
若取時，，則
當(dāng)搖桿在zui右端極限位置時，取，由得
適當(dāng)考慮安裝尺寸，選擇不同的可得到不同的，當(dāng)搖桿長度和往復(fù)擺動角巳知后，可用圖解法設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)。
4、運動分析和力分析
在完成平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行運動分析和動態(tài)靜力分析（僅考慮滑塊和下模的慣性力），包括用解析法建立數(shù)學(xué)模型，繪制程序框圖，用計算機打印源程序與計算結(jié)果，并根據(jù)計算結(jié)果繪制運動線圖（位移、速度、加速度線圖）和平衡力矩線圖。
5、選擇控制夾緊裝置的機構(gòu)方案。
6、繪制所設(shè)計方案的機構(gòu)運動簡圖。
7、編寫說明書。說明書內(nèi)容包括設(shè)計題目、機構(gòu)方案設(shè)計和選擇、機構(gòu)設(shè)計、機構(gòu)運動分析，力分析及其結(jié)果。
五、應(yīng)完成的工作量
學(xué)生應(yīng)完成
1、包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制機構(gòu)的機構(gòu)運動方案選擇（至少3個），運動循環(huán)圖。
2、繪制3個機構(gòu)運動方案的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。
3、對執(zhí)行機構(gòu)進行運動分析，完成主程序的編寫，其中包括主程序流程圖；繪制執(zhí)行機構(gòu)的運動線圖；
4、設(shè)計說明書一份。
1、，2、，3、畫在1張1號圖上。對執(zhí)行機構(gòu)方案應(yīng)組織學(xué)生討論。若不具備計算機輔助設(shè)計條件，可全部改用圖解法進行設(shè)計計算。采用計算機輔助設(shè)計時，讓學(xué)生編寫主程序，并調(diào)用子程序（見本指導(dǎo)書第4章）。
完成上述任務(wù)需1.5周，其中上機機時約為8～10小時。
若課程設(shè)計時間為2周，可以考慮再完成凸輪機構(gòu)設(shè)計或動態(tài)靜力分析、飛輪設(shè)計內(nèi)容。