半自动模切机运动方案拟定

半自动模切机运动方案拟定及传动系统设计 机械原理课程设计 一 机械原理课程设计的目的 是机械类学生第一次进行的机械运动方案设计和传达装置结构设计 是对已学机构的分析和综合 是培养学生初步掌握机械设计方法所不可缺少的一个重要教学环节培养学生对已学的基础知识 如制图 力学 机械制造基础 机械原理 机械设计等课程的综合运用能力 对参加课程设计的同学的要求 积极思考广为涉猎大胆创新认真仔细 二 半自动平压模切机 以下简称模切机 简介 2 1课题说明模切机是印刷 包装行业压制纸盒 纸箱等纸制品的专用设备 该机可对各种规格的纸板和厚度在6mm以下的瓦楞纸板进行压痕 切线 沿切线去掉边料后 可折成各种纸盒 纸箱或压制各种富有立体感的精美凹凸商标和印刷品 2 2原始参数和设计要求 1 纸张尺寸为250mm 250mm 由人工放入输送线上 双班制 每小时压制纸板2000 3000张 2 模压行程H 50 0 5mm 回程的平均速度是工作行程平均速度的1 2倍左右 压力与模压行程的关系如图1所示 模压产生阻力F 0 4 106 0 8 106N 模压回程时不受力 3 模具和滑块的质量约为120Kg 4 在最后加压的5mm范围内施压性能良好 即增力性好 且在5mm范围内施压时间适当长些 5 工作台距离地面约1200mm 6 要求结构简单紧凑 节省动力 便于制造 使用寿命为十年 三 模切机运动方案的确定 3 1工艺动作分解纸箱或纸盒的压痕 切线 压凹凸 都要用凹模和凸模加压 为此纸板需定位 夹紧 再送到模压位置加压 之后将加压后的纸板送走 因此 模切机的工艺动作可分解为三个动作 1 控制夹紧装置张开 夹紧 2 送料3 加压模切 3 2运动方案的构 3 2 1送料机构的选择 为了保证模压时的相对位置精度 纸板在输送过程中 必须定位 夹紧 比较简单而可靠的方法是利用带有夹紧片的双列链条 如图2所示 链轮的运动可由间隙运动机构 如不完全齿轮机构等 控制 两链条之间有固定模块4 固定模块的条数和间距L可根据整机尺寸确定 与链轮中心距有关 通常L可取5条 其上装有夹紧片8 当推杆7顶住夹紧片时 夹紧片张开 此时在工作台10上 由人工放入纸板6 当推杆7下降时 夹紧片8靠弹力自动夹紧纸板 推杆的动作可用凸轮控制 在间隙机构控制下输送链条带着纸板移动距离L 在模切工位上停止移动 进行模切 同时在另一个工位上推杆推开夹紧片 工人再放入纸板 输送链再将切好的纸板送至指定工位 由固定挡块9迫使夹紧片张开 纸板落到收纸台上 3 2 2模切运动方案的构思及筛选 工艺动作分解后 接着应考虑采用哪几种机构的组合来实现这些动作 即要进行机械运动方案的构思 构思机械运动方案的方法有 列举法黑箱法筛选法等 用筛选法选择模切机的加压方法 关联树法 筛选 1 水平加压不利于纸板输送系统的布置 排除2 垂直加压中 上下模加压不利于对准 排除 下模固定上模压干扰链条送料 排除 上模固定下模压 可行 筛选结果 采用由下往上压的方案 即执行构件作往复直线运动 传动系统运动方案构思 怎样把水平方向的旋转运动经减速后变换为垂直方向的往复直线运动 能实现以上运动的机构有 1 齿轮减速后的曲柄滑块机构2 曲柄滑块机构演变而成一些带滑块的六杆机构3 经减速后的直动推杆盘形凸轮机构4 螺母作往复转动的螺旋机构5 齿轮作往复转动的齿轮齿条机构 方案比较 比较结果 方案2最理想 注 1 加压时间 在相同的施压距离5mm内 下压模移动所用的时间越长越有利 2 一级传动角 四杆机构的传动角二级传动角 六杆机构中后四杆机构的传动角 3 3机构运动参数的确定机械运动的原始参数是进行机构设计与传统系统设计研究必须具备的数据 3 3 1原动件运动参数 AB杆即是原动件 其运动参数为转速为n 一般可根据任务书规定的产量计算出每个工件的加工时间 如本题要求曲柄转一圈 下模往复一次 压出一块纸板 其所需时间为T秒 则曲柄的转速为n 60 Trpm 3 3 2主执行构件运动参数 主执行构件是机构实现主要工艺动作的运动输出构件 其运动参数与运动形式有关 如本题的主执行构件是作往复运动 其运动参数主要是 行程H 行程速比系数K 每分钟往复次数 施压时的位移S和速度v等 3 3 3原动机的运动参数 原动机的运动参数通常有转动和往复移动两种形式 一般机械中普遍使用Y系列三相异步交流感应电动机作为原动机 常用的转速有3000 1500 750 300rpm四种 转速愈低 电动机重量愈重 价格愈高 但整体的总传动比则会小一些 反之总传动比会增加 所以合理地选择原动机的转速是整机设计时不容忽视的一个环节 结合本课题的情况建议选用同步转速为1500rpm的交流电动机 3 4机械传动系统的拟定3 4 1主运动链和辅助运动链 由原动机到主工作机构原动件之间的运动联系 称主运动链由主运动链中某一构件引出的运动链 通常称为辅助运动链为了保证主运动链和辅助运动链协调配合运动 通常主工作机构的原动件和辅助运动链的原动件都集中在同一根轴 本课题中使下压模作往复直线运动的该级机构为主工作机构 为了使辅助运动链的执行构件与主运动链的执行机构有序地协调动作 它们的原动件即曲柄16 凸轮14 不完全齿轮12安置在同一根轴III上 3 4 2运动链中各机构的排列 3 4 3传动比的确定 当已知主工作机构的原动件转速nc和原动件的额定转速nn后 则主运动链的传动比为i nn nc 若主运动链各传动机构是串联组合 则ic i1 i2 i3 各级传动比的分配 一般应考虑下述原则 1 每级传动比应在该类传动机构推荐的常用范围内选取 2 各级齿轮传动的传动比 一般按递增的次序排列 即从高速级到低速级 传动比遂级放大 这可使机构较为紧凑 系统的等效转动惯量减小 系统传动精度较高 四 机构的工作循环图 定义 表示机械在一个工作循环中 各执行构件运动相互配合关系的图形称工作循环图 或称运动循环图 设计工作循环图时 应先选择主工作机构的执行构件作为定标件 以其起点作为基准 用它的转角 或时间 作为横坐标 各执行构件为纵坐标用于表出各执行机构运动的先后次序及相位工作循环图通常有直线式 圆击式 直角坐标式三种 在设计本课题的工作循环图时要注意以下几点 根据题设 下压模向上移动最后5 是下压模的施压区间 对应原动件的转角为 1 2 2 1 愈大 施压效果越好 这是模切机运动设计应追求的主要目标 而 2和 1的数值则由运动分析后确定 为了保证纸板处于静止状态下模切 应使输送链比 1角提前10 停止 并滞后 2角10 开始转动 在夹紧工位上 应确保输送链轮停止转动后 推杆7 参阅图2 才升至最高位 顶动夹紧片松开 输送链轮2重新转动前 推杆7应迅速下降 使夹紧片夹紧纸板 在此期间 要保证有足够的时间将纸板送入夹紧片 模切机工作循环图示例 五 主体机构运动设计 运动分析和力分析5 1主体机构的运动设计 或尺寸综合 机构的运动设计就是根据机械设计任务书的要求 对选定的一种总体设计方案进行运动设计 以满足根据该机械的用途 功能和工艺条件而提出的运动规律 机构的位置或某点轨迹的要求 机械运动的设计内容包括 1 机构主要特性尺寸的确定2 机构运动参数的分析3 传动比确定与分配等 模切机主体机构设计思路 主工作机构 六杆机构由两个四杆机构曲柄摇杆机构ABCD和摇杆滑块机构DCE组成 设计时为简单对称 取CD与CE杆长相等 其长度可根据工作台平面高度适当选取 这样 摇杆最大摆角 可以由滑块E1E2 H 50 0 5mm及CD及CE杆长由几何关系求得 曲柄摇杆机构的尺寸综合 则可以根据速比系数K 1 1 2 摇杆CD长及曲柄AB长应用图解法及解析法求连杆BC及机架AD的长 图解法可参看 机械原理 教材 解析法说明如下 5 2主体机构运动分析 机构运动分析是目的是对于给定型式和结构尺寸参数的机构 按原动件的位置 速度和加速度 求解机构中其余构件上某些特定点的位置 速度 加速度 机构运动分析的方法很多 主要有图解法和分析法两种 图解法直观形象 物理概念清晰但精度不高且很繁琐 解析法把机构问题从数学上进行深化分析 并结合计算机辅助计算 它具有速度快 精度高 便于理论分析的优点 5 2 1铰链四杆机构的运动分析 在图8所示的铰链四杆机构中 已知各杆长l1 l2 l3 l4以及原动件AB的转角 1和等角速度 1 要求确定连杆2和摇杆3的转角 角速度和角加速度 位置分析为简便起见 选取原动件固定铰链A为坐标原点 X轴与机架相连 从固定铰链点向外标出机架 连架杆和连杆的向量 各转角规定自X轴逆时针度量为正 反之为负 由此确定了各杆向量的指向后 机构就组成了一个封闭向量多边形 可写出封闭向量多边形的向量方程式 5 3主体机构的动力分析及飞轮设计 5 3 1飞轮转动惯量计算平压模切机设计时必须考虑速度波动调节问题 因为 平压模切机负荷的特点是短期的高峰载荷和较长期的空载互相交替 如果按照工作行程所需的功率来选用电动机 要求的功率会很大 而用大功率的电动机 又只是在很短工作行程时间内满负荷 大部分时间负荷很小 这样就会造成浪费 且速度波动很大 造成不良的效果 解决方法 安装飞轮 使主轴的角速度较为均匀