半自动模压平砌机机械原理

1、一、设计目的通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，着手设计“半自动平压模切机”。通过对机构的选型、设计；对机械传动方案、机械运动方案的选择和评价而培养结构设计，计算能力。熟悉一般的机械装置设计过程。二、 工作原理及工艺动作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。该机可对各种规格的纸板、厚度在4 mm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去掉边料后，沿着压出的痕迹就可折叠成各种纸盒、纸箱或制成凹凸的商标。半自动平压模切机的主要工艺动作有两个：（1）将纸板走纸到位；（2）进行冲压模切。半自动平压模

2、切机如图1所示。1.双列链传动；2.主动链轮；3.走纸横块；4.工作台面；5.上模；6.下模；7.执行构件；8.纸板图1 平压模切机动作示意4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸横块（共5个），其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个夹紧片。主动链轮由间歇机构带动，使双列链条作同步的间歇运动。每次停歇时，链上的一个走纸模块刚好运行到主动链轮下方的位置上。这时，工作台面下方的控制机构，其执行构件7作往复移动，推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有上模5（装调以后是固定不动的）和下模6的位置，链轮再次

3、停歇。这时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件滑块和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线，称为模压或压切。压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置时，受另一机构（图上未表示）作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。与此同时，后一个横块进入第二个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。三、半自动平压模切机工艺动作顺序纸盒余料松开走纸输出走纸模切冲压输入走纸夹紧纸板印刷纸板 （四、原始数据及设计要求1、原始数据（1）每小时压制纸板2000、2080、2100、2150、2170、2200、2300、2400、2550、2670、2850、3

4、000张。（2）上模固定，下模向上移动的行程长度H50土0.5 mm，回程的平均速度为工作行程平均速度的1.3倍。（3）工作行程的最后2 mm内受到生产阻力Pc2x106 N，如图2所示，回程时不受力，下模和滑台的质量约为120 kg。图2 模切机生产阻力曲线（4）工作台面离地面的距离约为1200 mm。（5）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。2、设计方案提示（1）走纸机构可采用双列链传动，走纸横块其两端分别固定在前、后两根链条上，横块上装有若干夹紧片已夹紧纸板。主动链轮由间歇运动机构带动以实现定时走纸。（2）模切机构由于压制纸板时受力较大，宜采用承载能力高的平

5、面连杆机构，而连杆机构中最常用的有四杆机构和六杆机构，在纸板停顿时进行冲压模切。（3）控制横块上夹紧装置（夹紧纸板）的控制机构，由于夹紧片张开后要停留片刻，让纸板进入后才能夹紧，因而推杆移动到最高位置时，有较长时间停歇的运动要求，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。3、 设计任务（1）按工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图。（2）进行走纸机构、冲压模切机构及夹紧纸板的控制机构的选型。（3）机械运动方案的评定和选择。（4）按选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出运动方案示意图。（5）选取两个机械传动机构或执行机构进行尺寸计算，必要时还要进行运动

6、分析，并将一个机构按尺寸画出。（6）编写设计计算说明书。5）所设计的机构性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。五机械运动方案的选择评价及确定：根据机构的功能，运动规律的形式，传动精度高低，机构的工作性能，应用范围可调性，运转速度，承载能力，机构的动力性能，加速度峰值，可靠性，经济性，（制造难易，能耗大小），结构紧凑（尺寸，重量，结构复杂性）等要求来选择方案。由此可以选择三个结构比较简单的方案。走纸机构由上述机构运动要求，绘制如下运动示意草图：夹紧装置夹紧装置模切机构 六、各部件运动分析1、 主轴的选择和转角运算为了计算和设计方便，选择变速箱的输出轴为运动分析主轴，如上图所示。由

7、原始数据和设计要求知，平面六杆机构的行程速比系数K1.3，则极位夹角°并知该运动周期分为两部分，以203.5°为界分为0°-203.5°和203.5°-360°两个过程。2、模切机构的分析当主轴转角为0°-203.5°，下模从行程最低点开始，在平面六杆机构的带动下向上移动至预定模切位置，进行冲压模切；当主轴转角为203.5°-360°，下模完成模切动作，快速急回运动至行程最低点即下一周期起点。3、走纸机构的分析当主轴转角为0°-203.5°，特殊齿轮组（用于完成间歇运动）没有

8、啮合运动，链轮链条处于静止状态；当主轴转角为203.5°-360°，特殊齿轮组轮齿参与啮合，带动链轮链条运动，进行走纸运动。4、夹紧装置的分析当主轴转角为0°-203.5°，带动夹子的凸轮走过推程，远休止和回程使刚性弹簧夹完成夹纸动作；当主轴转角为203.5°-360°，凸轮处于近休止状态使刚性弹簧夹处于夹紧状态。综上所述运动循环图如下：主轴转角0° 203.5° 360°走纸机构停止运动夹紧装置送料夹紧输入走纸模切机构滑块上升（模切）滑块下降（回程）送料、模切机构的选型 （一） 送料机构的选型1、可选机

9、构机构供选机构类型 纸板的输送双列链轮传动皮带轮传动 纸板的停歇机构凸轮机构特殊齿轮组 纸板的固定刚性弹簧夹普通夹子 2、选型原因：(1)对于纸板的输送构件，选用双列链轮传动：a、相对皮带传动而言，双列链轮传动精度较高，有利于纸板的精确走纸定位；b、适合于本机构的远距离传递；c、本机构在长时间传输、模切时摩擦大，易发热，而双列链轮传动机构适合于长时间在此恶劣环境下工作。另外，使用皮带轮传动其易打滑，易变形，传输精度低，传递效率低。(2)对于纸板的停歇，选用特殊齿轮组： a、相对凸轮机构相比而言，特殊齿轮组制造容易，工作可靠。b、特殊齿轮组在设计时，易实现从动件的运动时间和静止时间的比例在较大范

10、围内调节，适用范围广。c、特殊齿轮组在工作时由于面接触且是间歇运转，因此不易磨损，使用寿命长。另外凸轮机构制造加工困难，易磨损。(3)对于纸板的固定，选用刚性弹簧夹：a、在走纸时，相对普通夹子而言，由于刚性弹簧力的作用，可以自动的将纸板夹紧，并准确平稳的走纸；b、在夹紧和松开纸板时，运用凸轮机构和刚性弹簧的配合使用，能准确、方便、自动的实现纸板的夹紧和松开动作。另外，使用普通夹子较难实现纸板的自动夹紧和松开的工艺动作以及平稳走纸的目的。3、最终选型：纸板的输送选用双列链轮传动；纸板的停歇殊齿轮组选用特；纸板的固选用刚性弹簧夹。（二） 模切冲压机构的选型 1、可选机构机构供选机构急回机构直动推杆

11、凸轮机构平面六杆曲柄滑块机构 2、选型原因：a、相对凸轮机构而言，连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，润滑好，磨损小，则承载能力较大，有利于实现增力效果。b、连杆机构的设计、加工制造容易，经济性好，且低副一般为几何封闭，工作的可靠性好。c、在满足运动要求的条件下，连杆机构可以灵活改变各杆件的相对长度来调节运动规律，适用性强。另外，凸轮机构增力效果差，设计加工制造困难，适用性差。3、 最终选型：平面六杆曲柄滑块机构。七、 机械运动方案的评定和选择由上述运动循环图及题设要求可知，“半自动平压模切机”主要分为三大部分：动力传动机构；走纸机构；冲压模切机构。其中动力传动机构又

12、分为动力传递机构和变速转向机构。走纸机构分为：纸板的输送机构，纸板的停歇机构和纸板的固定机构。冲压模切机构为急回机构。 备选机构列表： 机构供选机构类型 纸板的输送双列链轮传动皮带轮传动 纸板的停歇机构凸轮机构特殊齿轮组 纸板的固定刚性弹簧夹普通夹子急回机构直动推杆凸轮机构平面六杆曲柄滑块机构动力传递机构联轴器V形带变速转向机构圆柱齿轮传动机构单级蜗杆传动机构锥-圆柱齿轮传动机构从中选出3种典型可行方案如下：方案A：双列链轮传动-特殊齿轮组-刚性弹簧夹-平面六杆曲柄滑块机构-V形带-圆柱齿轮传动机构方案B：双列链轮传动-凸轮机构-刚性弹簧夹-直动推杆凸轮机构-联轴器-锥-圆柱齿轮传动机构方案C

13、： 皮带轮传动-凸轮机构-普通夹子-直动杆凸轮机构-联轴器-单级蜗杆传动机构典型可行方案评定方案A：1、示意图刚性弹簧夹2、分析与评定(1)机械功能的实现质量由于V形带和齿轮的组合传动，功率损失小，机械效率高，可靠性高；平面六杆曲柄滑块机构能够承受很大的生产阻力，增力效果好，可以平稳的完成模切任务；使用刚性弹簧夹自动的实现纸板的夹紧与松开动作，并运用特殊齿轮组完成走纸的间歇运动和准确的定位，以实现与冲压模切的协调配合。(2)机械的运动分析在同一传动机构的带动下，特殊齿轮和双列链轮机构共同完成走纸的准确定位，运动精度高，并且能和冲压模切运动很好的配合完成要求动作工艺。(3)机械动力分析平面六杆曲

14、柄滑块机构有良好的力学性能，在飞轮的调节下，能大大的降低因短时间承受很大生产阻力而带来的冲击震动；整个机构（特别是六杆机构和特殊齿轮组）具有很好的耐磨性能，可以长时间安全、稳定的工作。(4)机械结构合理性该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计简单，机构重量适中。(5)机械经济性平面六杆曲柄滑块机构设计，加工制造简单，使用寿命长，维修容易，经济成本低，虽然特殊齿轮组设计加工难度较大，成本偏高，但与其他等效备选机构相比，其能更好的实现工作要求，以带来更大的经济效益。方案B：1、 示意图 2、分析与评定(1)机械功能的实现质量相较于方案A的V形带，联轴器的传递效率虽然高，但是减速效果差；采用直动推杆凸轮

15、机构难承受很大的生产阻力，不能很好的完成冲压模切功能；运用凸轮机构带动走纸机构间歇运动，由于长时间工作而磨损变形，会造成走纸机构无法准确定位。虽然能实现总体功能要求，但实现的质量较差。(2)机械运动分析凸轮的长期间歇运动导致微小误差积累，从而引起走纸定位的准确性下降，最终引起各执行机构间的配合运动失调。(3)机械动力分析直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）耐磨性差。(4)机械结构合理性该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸和重量都较大。(5)机械经济性由于凸轮机构

16、和锥圆柱齿轮的设计、加工制造较难，用料较大，维修不易，故而生产和维修经济成本均较高。方案C：1、示意图普通夹子 2、分析与评定(1) 机械功能的实现质量相对于方案B，皮带传送很难实现走纸的准确定位；普通夹子不便于纸板的自动化夹紧和松开，需要相应辅助手段较多；采用蜗杆减速器，结构紧凑，环境适应好，但传动效率低，不适宜于连续长期工作。总体上机械功能的实现质量很差。(2) 机械运动分析皮带传送易磨损、打滑，走纸运动的精度低，又因很难实现准确定位与冲压模切的协调性差。(3) 机械动力分析直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；该方案中的凸轮机

17、构（包括机构中的两个凸轮机构）和平带耐磨性差。(4) 机械机构合理性该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸很重量都较大。(5) 机械机构经济性由于普通夹子的使用，降低了生产成本，但由于其易磨损，维修成本大，又由于凸轮机构和蜗杆机构的存在，经济成本还是很大。综上所述，从机械功能的实现质量、机械运动分析、机械动力分析、机械结构合理性、机械经济性等各方面综合考虑，方案A各方面性能均优，故选择其为最优方案。八、运动循环图各执行构件的运动协调性分析运动循环图。休止下模接近纸板0°曲柄转向休止下模返回返回夹紧装置进程压切纸板(a) 直角坐标式02pH2p(c) 直线式压切纸

18、板远休止进 程接近纸板曲柄转角下模(冲头)夹紧执行构件1800+q下模返回近休止1800­q回程走纸动作走纸停止走纸(b) 圆形停止走纸九、原动机的选择上模固定，下模向上移动的行程长度H=50±0.5 mm，回程的平均速度为工作行程的平均速度的1.3倍。工作行程的最后2 mm范围内受到生产阻力Pc=2x1O6 N，回程时不受力。下模和滑块的质量共约120kg。滑块从最底下到顶端时间 t=(60/50)*(13/23) 电动机的功率 Pw=()/t则由于考虑到六杆及传动系统中功率的损耗，加上飞轮的做用，电动机选用.（分别为皮带，轴承和齿轮的效率） 故 Pd=Pw/ n=7kw

19、 转速： ( =840 分别为皮带和减速器的传动比) 则 电动机方案选型方案型号（kw）转速 r/min重量N参考价格（元）传动比同步满载总传动比V带减速器1Y160M1-111300029301170135058.62.820.932Y160M-411150014601230180029.22.511.683Y160L-61110009701470160019.429.7最终选型为：型号（kw）满载时起动电流额定电流起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩转速 r/min电流（380V）效率%功率因数Y160M1-111293020.887.20.887.02.02.2十、机械传动设计（一） 传动比的分配1、 总传动比： 58.62、 分配传动比： i1, i2 分别为皮带和减速器传动比），为使V型带传动外廓尺寸不至过大，初步取， 则 同理，按展开式考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，由展开式曲线，查得 =5.70，则 十一、 刚性弹簧夹及其配合凸轮的设计 刚性弹簧夹及其配合凸轮的尺寸如上，按设计要求配合凸轮只需完成