机械毕业设计（论文）-半自动平压模切机机构设计及其运动仿真.doc

本科毕业设计说明书（论文） 第 XXXI页 共页目 次1 绪论12 半自动平压模切机工作原理23 模切机构方案设计及选择33.1 实现下模往复移动机构设计思路和选择方案33.2 传动机构原始数据及设计要求44 传动机构的主要运动参数计算54.1 总传动比计算54.2 摆杆滑块机构传动数据计算54.3 急回角计算75 滑块E点的速度和加速度计算85.1 位置1分析85.1.1 绘制机构速度位置图95.1.2 确定C点和E点的速度95.1.3 绘制机构加速度位置图105.1.4 确定C点和E点的加速度105.2 位置2分析115.2.1 绘制机构速度位置图125.2.2 确定C点和E点的速度135.2.3 绘制机构加速度位置图145.2.4 确定C点和E点的加速度145.3 位置3分析155.3.1 绘制机构速度位置图175.3.2 确定C点和E点的速度175.3.3 绘制机构加速度位置图185.3.4 确定C点和E点的加速度186 模切机构进行运动仿真206.1 ADAMS软件概述206.2模切机构的ADAMS建模206.3 位置1时ADMAS建模226.3.1 ADMAS建模图形输出226.3.2 E点位置ADMAS输出数据图表226.4 位置2时的ADMAS建模246.4.1 ADMAS建模图形输出246.4.2 E点位置ADMAS输出数据图表246.5 位置3时ADMAS建模266.5.1 ADMAS建模图形输出266.5.2 E点位置ADMAS输出数据图表26结论28致谢29参考文献301 绪论随着经济的发展和人们生活水平的提高商品的包装愈显重要我国包装工业的迅速发展使得市场急需大量高性能的自动化包装机械以满足日益增长的社会需求我国包装机械是包装工业的一大门类产品在包装工业中有着举足轻重的地位和作用它给许多行业提供了必要的技术设备以完成产品的包装工艺过程同时包装产品因质量高生产效率高品种多生产环境好生产成本低环境污染小而获得较强的生命力带来了巨大的社会效益和经济效益据统计纸包装容器的应用最为广泛占总消耗品的. 其中折叠纸盒由于它具有易回收无污染等特点因而受到各国环保部门的重视具有很大的应用价值模切机作为一种模压折叠纸盒工艺的专用包装机械逐步地显现出其巨大的市场价值。美国日本德国意大利是世界上包装机械四大强国，美国是世界上包装机械发展历史较长的国家早已形成了独立完整的包装机械体系其品种和产量均居世界之首 日本的包装机械以中小型单机为主具有体积小精密度高易安装操作方便自动化程度高等优点德国的包装机械在计量制造技术性能等方面居领先地位特别是啤酒饮料灌装设备具有高速成套自动化程度高可靠性好等特点享誉全球一些大公司生产的包装机械集机-电-仪及微机控制于一体采用光电感应以光标控制并配有防静电装置 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国意大利的包装机械多用于食品工业具有性能优良外观考究价格便宜的特点出口比例占80%左右美国是其最大的出口市场。在众多印后设备品中，我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平。模切机的品种基本满足国内印刷包装业的生产需求。国内已经可以制造包括全自动平压平模切机在内的商标模切机、不干胶商标模切机、圆压圆模切机、圆压平模切机、平压模切压痕机（老虎嘴模切机）等产品。近年来，已经可以制造联动线上的模切单元，如：柔性版印刷机、凹版印刷机、不干胶印刷机、瓦楞纸印刷开槽机等设备的模切单元。目前，我国模切机的种类有商标模切机、圆压平模切机、平压模切压痕机、不干胶商标模切机、数控商标模切机、圆压圆模切机、半自动平压模切机、全自动平压平模切机等。其中，平压模切机是包装印刷工业中的重要加工设备，主要用于纸盒、纸箱或商标等印刷品的模切、压痕和冷压凹凸。2 半自动平压模切机工作原理半自动平压模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备。它可对各种规格的纸板、厚度在4mm以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸。经过压痕、切线的纸板，用手工或机械沿切线处去掉边料后，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱，或制成凹凸的商标。 其工艺动作示意图如图2.1所示：图2.1平压模切机工艺动作示意图1双列链传动 2主动链轮 3走纸横快 4工作台面5固定上模 6可动下模 7执行构件 8纸板压制工艺主要分为两部分，一为将纸走到位，二是对纸板进行冲压。走纸过程采用双链轮传动，链轮上有五个走纸横块。在运动过程中，主动链轮由间歇机构带动，使双链轮做同步的间歇运动。每次停歇时，链上的的一个走纸横块恰好走到主动轮下方的位置，工作台下的控制夹紧机构使横块上的夹紧机构张开，人将纸送入到夹紧机构中，夹紧片夹紧，机构继续运动，将纸板送入到具有固定上模和可动下模的冲压模切机构中，机构再次停歇，这时，在工作台下面的主动传动构件和下模一起向上运动，实现纸板的压痕，切线。压切完成之后，机构再次运动，实现运动循环。3 模切机构方案设计及选择根据半自动平压模机构的工作原理，把机器完成加工要求的动作分解为若干种基本运动。对本题进行机械运动方案设计是可考虑以下几种机构方案：3.1 实现下模往复移动机构设计思路和选择方案由于执行机构需要具有急回和增力特性，可以选择曲柄滑块机构和摇杆滑块链接机构，也可以选择曲柄摇杆和摇杆滑块链接的六杆机构和曲柄摇杆，或者摇杆滑块链接机构，分别如图3.1、3.2、3.3所示。图3.1 曲柄滑块机构图3.2曲柄摇杆机构图3.3摇杆滑块机构由于图3.2中两轴连接点所受冲力过大会失效所以放弃，而图3.1中机构有同样的问题，当冲力过大时，对曲柄摇杆机构所施加的力会引起机构失效。所以选择图3.3所示机构。该机构由曲柄摇杆和摇杆滑块串联而成，主要优点是滑块5承受很大载荷时，连杆2却受力很小，曲柄1所需的趋向力矩小，因而该机构常被称为增力机构，具有节省动力的优点。3.2 传动机构原始数据及设计要求图3.4 模切机生产阻力曲线1）每小时压制纸板3000张2）传动机构所用电动机转速n=1450r/min，滑块推动下模向上运动时PC=2N，回程时不受力，回程的平均速度为工作形成平均速度的1.3倍，下模移动的行程长度是H=500.5mm，下模和滑块的质量约120kg。3）工作台面离地面的距离约120mm。4）所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。4 传动机构的主要运动参数计算这里传动机构的主要运动参数计算指的是压力角取值不同的情况下E点的速度及加速度计算。4.1 总传动比计算 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 当L3=L4时，4=-3S=H-2L3 - 2L3Sin3 式（4.3）当摇杆在最右端极限位置时，取3 =30 ，此时S=0L3 =H/2（1- Sin3 ）=50/2（1- Sin3） 式（4.4）图4.2 模切机执行机构力分析由于已知条件可知，工作台面离地面的距离约1200mm，即L3+L41200mm，则L3600mm，由此可知： L3 =50/2（1- Sin30）600mm，1- Sin30 1/24，Sin30 23/24，即30 73.4则016.6从节省动力的方面考虑，则压力角要求愈小，即3 要尽可能大，所以可以取不同的30进行分开考虑。4.3 急回角计算如图4.3所示是执行往复运动机构的两个极限位置18,19 图4.3 极限位置的执行往复运动示意图由题意可知：K=180+/180- 式（4.5）=180(K-1)/(K+1)由K=1.3可得=180（1.3-1）/（1.3+1）=23.485 滑块E点的速度和加速度计算5.1 位置1分析当30=60，1=50，已知DE=1200,CD=CE,K=1.3，L3=L4，求L4，AB，BC。当C点处于极限位置时，即点在DE直线上时，A,B,C处于同一直线,而当30=60时，由于CD长度已知，则此时C点的位置已知，又由1=50可以画出CB的轨迹，即此时的CB是以C点为圆心的一个圆，作C垂直D，则C=BC-ABA=+AB20。所以 AB=1/2(BC-+AC-) 图5.1 30=60，1=50时执行机构位置示意图由极限位置时D，E，C在同一条直线上可以知道L4 =1/2DE=600mm。算得 AB=295.42mm，取AB=296mm，BC=891.96mm，取BC=892mm。VB=*LAB，=2n/60=214503.1460=151.8r/s。VB =151.8296mm=44.9328m/s,取VB=45m/s。5.1.1 绘制机构速度位置图根据已知各构件的长度及构件的位置,用选定的比例尺v从构件开始按几何作图法绘制机构位置图。图5.2 构件该位置速度多边形图5.1.2 确定C点和E点的速度由于A处角加速度1的大小,方向已知,所以B点的速度VB大小和方向也已知。为求C处的速度，可根据同一构件上相对速度原理写出相对速度矢量方程式：VC = VB + VCB 式（5.1）方向 CD AB CB大小 未知 *LAB 未知式中VC,VB表示点C,B的绝对速度，VCB表示点C相对点B的相对速度，其方向垂直CB，大小未知；点C的速度方向垂直CD，大小未知。在上面矢量方程式中，仅VC和VCB的大小未知，可以用图解法求解。为此在图上任取一点P，作代表VB的矢量Pb，其方向垂直AB，指向与1转向一致，长度等于VB/v,v为速度比例尺，取v=1,过P点作直线垂直代表VC的方向线，再过点b作直线垂直代表Vcb的方向线，这两方向线交点为c，则矢量pc和bc便分别代表VC和VCB，则矢量pc和bc便分别代表Vc和Vcb，其大小为Vc=v及Vcb=v。则VC =50.436v=50.436m/s取 VC=51m/s为求点E的速度VE，同理根据同一构件上点E相对点C及点E相对点B的相对速度原理写出相对速度矢量方程式: VE = VC + VEC 式（5.2） 方向 ？ CD EC 大小 未知 51m/s 未知速度分析图如图4.4.2所示，所以VE =49.772m/sv=49.772m/s取 VE=50m/s5.1.3 绘制机构加速度位置图图5.3 构件该位置加速度多边形图5.1.4 确定C点和E点的加速度 在进行加速度分析时，因构件A的角速度1和角加速度1的大小,方向都已知,故B处的法向加速度a和a也已知，为求构件D上点C的加速度，可根据同一构件上相对加速度原理写出相对加速度矢量方程式： = + 式（5.3）或： + = + + 方向 CD CD BA CB CB大小 未知 未知式中表示点C相对点B的法向加速度,其方向为从C指向点C相对点B的切向加速度,其方向垂直CB。又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度都可求出，仅有和的大小未知，同样可以用图解法求解。如图5.3，在图上取一点，作代表,方向为平行并从B指向A,长度为()/,其中为加速度比例尺,取=1,再过b做代表,方向是平行并从C指向B,长度为()/；过作垂直代表的方向线，又用同一比例尺从点做代表，方向是平行CD并从C指向D，长度为（）/；接着过做垂直代表的方向线。该两个方向线相交与c，连接c,则矢量c便代表 = 5602.9为求E点的加速度，根据构件D上C，E两点相对加速度原理可写出 = + + + 式（5.4） 方向 BC CD CD EC EC 大小 未知 17.2 未知 上式中只有的大小和的大小未知,故可图解求得。在图5.3中可知, =1086.75.2 位置2分析当30=50，1=40，已知DE=1200,CD=CE,K=1.3，L3=L4求L4，AB，BC。当C点处于极限位置时，即点在DE直线上时，A,B,C处于同一直线,而当30=50，由于CD长度已知，则此时C点的位置已知，又由1=40画出CB的轨迹，即此时的CB是以C点为圆心的一个圆，作C垂直D，则C=BC-ABA=+AB所以 AB=1/2(BC-+AC-) 由图可知，AC=BC-AB A=+AB所以 AB=1/2(BC-+AC-)算得 AB=212.02mm，取AB=213mm，BC=918.99mm，取BC=919mm。VB=*LAB，=2n/60=214503.1460=151.8r/s。VB =151.8213mm=32.334m/s,取VB=33m/s。图5.4 30=50，1=40执行机构位置示意图5.2.1 绘制机构速度位置图根据已知各构件的长度及构件的位置,用选定的比例尺v从构件开始按几何作图法绘制机构位置图。图5.5 构件该位置速度多边形图5.2.2 确定C点和E点的速度由于A处角加速度1的大小,方向已知,所以B点的速度VB大小和方向也已知。为求C处的速度，可根据同一构件上相对速度原理写出相对速度矢量方程式：VC = VB + VCB 式（5.5）方向 CD AB CB大小 未知 LAB 未知式中VC,VB表示点C,B的绝对速度，VCB表示点C相对点B的相对速度，其方向垂直CB，大小未知；点C的速度方向垂直CD，大小未知。在上面矢量方程式中，仅VC和VCB的大小未知，可以用图解法求解。为此在图上任取一点P，作代表VB的矢量Pb，其方向垂直AB，指向与1转向一致，长度等于VB/v,v为速度比例尺，取v=0.1,过P点作直线垂直代表VC的方向线，再过点b作直线垂直代表Vcb的方向线，这两方向线交点为c，则矢量pc和bc便分别代表VC和VCB，则矢量pc和bc便分别代表Vc和Vcb，其大小为Vc=v及Vcb=v。则VC =44.472v=44.472m/s取 VC=45m/s为求点E的速度VE，同理根据同一构件上点E相对点C及点E相对点B的相对速度原理写出相对速度矢量方程式: VE = VC + VEC 式（5.6） 方向 未知 CD EC 大小 未知 45m/s 未知速度分析图如图4.4.2所示，所以VE =57.27m/sv=57.27m/s取VE =58m/s5.2.3 绘制机构加速度位置图图5.6 构件该位置加速度多边形图5.2.4 确定C点和E点的加速度在进行加速度分析时，因构件A的角速度1和角加速度1的大小,方向都已知,故B处的法向加速度a和a也已知，为求构件D上点C的加速度，可根据同一构件上相对加速度原理写出相对加速度矢量方程式： = + 或： + = + + 式(5.7)方向 CD CD BA CB CB大小 未知 未知式中表示点C相对点B的法向加速度,其方向为从C指向点C相对点B的切向加速度,其方向垂直CB。又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度都可求出，仅有和的大小未知，同样可以用图解法求解。如图5.6，在图上取一点，作代表,方向为平行并从B指向A,长度为()/,其中为加速度比例尺,取=1,再过b做代表,方向是平行并从C指向B,长度为()/；过作垂直代表的方向线，又用同一比例尺从点做代表，方向是平行CD并从C指向D，长度为（）/；接着过做垂直代表的方向线。该两个方向线相交与c，连接c,则矢量c便代表 =2929.2为求E点的加速度，根据构件D上C，E两点相对加速度原理可写出 = + + + 式(5.8)方向 BC CD CD EC EC大小 未知 2929.2 未知上式中只有的大小和的大小未知,故可图解求得。在图5.6中可知 =6721.55.3 位置3分析当30=501=45时,知DE=1200,CD=CE,K=1.3，L3=L4求L4，AB，BC。当C点处于极限位置时，即点在DE直线上时，A,B,C处于同一直线,而当30=60时，由于CD长度已知，则此时C点的位置已知，又由1=50可以画出CB的轨迹，即此时的CB是以C点为圆心的一个圆，作C垂直D，则C=BC-ABA=+AB所以 AB=1/2(BC-+AC-) L4=600m，由图5.7可知,AC=BC-AB A=+AB所以 AB=1/2(BC-+AC-)算得 AB=234.36mm，取AB=235mm，BC=831mm。VB=LAB，=2n/60=214503.1460=151.8r/s。VB =151.8235mm=35.673m/s,取VB=36m/s。图5.7 30=50，1=45执行机构位置示意图5.3.1 绘制机构速度位置图图5.8 构件该位置速度多边形图5.3.2 确定C点和E点的速度由于A处角加速度1的大小,方向已知,所以B点的速度VB大小和方向也已知。为求C处的速度，可根据同一构件上相对速度原理写出相对速度矢量方程式： VC = VB + VCB 式(5.9)方向 CD AB CB大小 未知 *LAB 未知式中VC,VB表示点C,B的绝对速度，VCB表示点C相对点B的相对速度，其方向垂直CB，大小未知；点C的速度方向垂直CD，大小未知。在上面矢量方程式中，仅VC和VCB的大小未知，可以用图解法求解。为此在图上任取一点P，作代表VB的矢量Pb，其方向垂直AB，指向与1转向一致，长度等于VB/v,v为速度比例尺，取v=1,过P点作直线垂直代表VC的方向线，再过点b作直线垂直代表Vcb的方向线，这两方向线交点为c，则矢量pc和bc便分别代表VC和VCB，则矢量pc和bc便分别代表Vc和Vcb，其大小为Vc=v及Vcb=v。则VC =48.92v=48.92m/s取 VC=49m/s为求点E的速度VE，同理根据同一构件上点E相对点C及点E相对点B的相对速度原理写出相对速度矢量方程式: VE = VC + VEC 式(5.10) 方向 未知 CD EC 大小 未知 49m/s 未知速度分析图如图5.8所示，所以VE =56.05m/sv=56.05m/s取VE =57m/s5.3.3 绘制机构加速度位置图图5.9 构件该位置加速度多边形图5.3.4 确定C点和E点的加速度在进行加速度分析时，因构件A的角速度1和角加速度1的大小,方向都已知,故B处的法向加速度a和a也已知，为求构件D上点C的加速度，可根据同一构件上相对加速度原理写出相对加速度矢量方程式： = +或： + = + + 式（5.11）方向 CD CD BA CB CB大小 未知 未知式中表示点C相对点B的法向加速度,其方向为从C指向点C相对点B的切向加速度,其方向垂直CB。又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度都可求出，仅有和的大小未知，同样可以用图解法求解。如图5.1.3所示，在图上取一点，作代表,方向为平行并从B指向A,长度为()/,其中为加速度比例尺,取=1,再过b做代表,方向是平行并从C指向B,长度为()/；过作垂直代表的方向线，又用同一比例尺从点做代表，方向是平行CD并从C指向D，长度为（）/；接着过做垂直代表的方向线。该两个方向线相交与c，连接c,则矢量c便代表 = 57.04为求E点的加速度，根据构件D上C，E两点相对加速度原理可写出 = + + + 式（5.12）方向 BC CD CD EC EC大小 未知 57.04 未知上式中只有的大小和的大小未知,故可图解求得。在图5.1.3中可知 =166.166 模切机构进行运动仿真6.1 ADAMS软件概述ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本书将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为蓝本进行介绍。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。6.2模切机构的ADAMS建模在第三章中我们对模切机构进行了各种方案设计和比较，经过理论计算和分析，得出最佳方案。现在对其进行ADAMS建模，其具体建模流程为图6.1。图6.1 ADAMS建模界面6.3 位置1时ADMAS建模6.3.1 ADMAS建模图形输出图6.2 利用ADMAS建模的平压模切往复运动机构示意图6.3.2 E点位置ADMAS输出数据图表位移图形 图6.3 ADMAS输出的位移图形速度图形图6.4 ADMAS输出的速度图形加速度图形图6.5 ADMAS输出的加速度图形6.4 位置2时的ADMAS建模6.4.1 ADMAS建模图形输出图6.6 利用ADMAS建模的平压模切往复运动机构示意图6.4.2 E点位置ADMAS输出数据图表位移图形 图6.7 ADMAS输出的位移图形速度图形图6.8 ADMAS输出的速度图形加速度图形图6.9 ADMAS输出的加速度图形6.5 位置3时ADMAS建模6.5.1 ADMAS建模图形输出图6.10 利用ADMAS建模的平压模切往复运动机构示意图6.5.2 E点位置ADMAS输出数据图表位移图形 图6.11 ADMAS输出的位移图形速度图形图6.12 ADMAS输出的速度图形加速度图形图6.13 ADMAS输出的加速度图形根据图6.11、6.12和6.13的曲线图仿真结果分析可知，所确定选择的方案所设计的模切机构完全满足设计要求。当然通过MSCADAMS强大的后置处理，也可以对设计中存在的不足，能够更为直观、准确地分析并加以改进，有效提高设计效率。成形过程数字化仿真技术的发展，推动传统模切技术走向科学化，进入先进制造技术行列。结 论本文是对模切机构方案设计及选择，实现下模往复直移机构设计方案比较。通过对曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构（导杆机构）、摇杆滑块机构三种机构的分析计算选择出曲柄滑块机构为最佳设计方案。全文最后通过ADAMS对所确定选择的方案所设计的模切机构进行了运动学的仿真分析，对方案的改进和完善起到很到的帮助作用。由于时间、学识和能