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機械原理
點擊次數：1688 發布時間：2013-9-14
半自動平壓模切機機構設計
一、設計題目
設計半自動平壓模切機的模切機構。半自動平壓模切機是印刷、包裝行業壓制紙盒、紙箱等紙制品的設備，該機可對各種規格的白紙板、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。
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，其執行構件7作往復移動，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，主動鏈輪又開始轉動，將紙板送到具有上模5（裝調以后是固定不動的）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中的執行構件—滑塊6和下模為一體向上移動，實現紙板的壓痕、切線，稱為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運行，當夾有紙板的模塊走到某一位置時，受另一機構（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。與此同時，后一個橫塊進人第二個工作循環。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實現連續循環工作。
本題要求按照壓制紙板的工藝過程設計下列幾個機構：使下壓模運動的執行機構，起減速作用的傳動機構；控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機構。
圖 3-1 圖 3-2
二、原始數據和設計要求
1、每小時壓制紙板3000張。
2、傳動機構所用電動機轉速n=1450r/min，滑塊推動下模向上運動時所受生產阻力如圖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。下模和滑塊的質量約120kg。
3、工作臺離地面的距離約1200mm。
4、所設計機構的性能要良好，結構簡單緊湊，節省動力，壽命長，便于制造。
三、設計方案及討論
根據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計時，zui主要的是要弄清設計要求和條件，掌握現有機構的基本性能，應用現有機構或有創造性地構思新的機構，以保證機器有完善的功能和盡可低的成本。不同的機構類型及其組合將構成多種運動方案。對本題進行機構運動方案設時應考慮以下問題：
1、設計實現下模往復移動的機構時，要同時考慮機構應滿足運動條件和動力條件。例如，實現往復直線移動的機構，有凸輪機構、連桿機構、螺旋機構等。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，而連桿機構中常用的有四桿機構和六桿機構。再從機構具有急回特性的要求出發，在定性分析的基礎上，選取節省動力的機構。當受力不大而運動規律又比較復雜時，可采用凸輪機構。例如本題中推動夾緊裝置使夾緊片張開的控制機構，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，故采用凸輪機構在設計上易于實現此要求，且結構簡單。
2、為滿足機器工藝要求，各機構執行構件的動作在規定的位置和時間上必須協調，如下壓模在工作行程時，紙板必須夾緊；在下壓模回程時，紙板必須送到模壓位置。因此，為使各執行構件能按工藝要求協調運動，應繪出機械系統的機構運動循壞圖。
3、根據機器要求每小時完成的加工件數，可以確定執行機構主動構件的轉速。若電動機轉速與執行機構的主動件轉速不同，可先確定總傳動比，再根據總傳動比選定不同的傳動機構及組合方式。例如，帶傳動和定軸輪系串聯或采用行星輪系等；有自鎖要求而功率又不大時，可采用蝸桿蝸輪機構。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計課程中解決．
4、在一個運動循環內，僅在某一區間承受生產阻力較大的機器，將引起等效構件所受的等效阻力矩有明顯的周期性變化，若電動機所產生的驅動力矩近似地認為是常數，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，應考慮安裝飛輪。可適當選擇帶傳動的傳動比，使大帶輪具有一定的轉動慣量而起飛輪的作用，通常應計算大帶輪的轉動慣量是否滿足要求。如不滿足，則需另外安裝飛輪。
實現本題要求的機構方案有多種。現介紹幾例：
1、實現下模往復移動的執行機構：具有急回或增力特性的往復直移機構有曲柄滑塊機構、曲柄搖桿機構（或導桿機構）與搖桿滑塊機構串聯組成的六桿機構等（圖3-3、3-4、3-5）。
2、傳動機構：連續勻速運動的減速機構有帶傳動與兩級齒輪傳動串聯、帶傳動與行星輪系串聯和行星輪系（需安裝飛輪）等。
圖 3-3
3、控制夾緊裝置的機構：具有一端停歇的住復直移運動機構有凸輪機構、具有圓弧槽的導桿機構等。
圖 3-4 圖 3-5
圖3-3所示方案的主要優點是滑塊5承受很大載荷時，連桿2卻受力較小，曲柄1所需的驅動力矩小，因此該機構常稱為增力機構，它具有節省動力的優點。此外，圖3-4、3-5所示為另外兩種六桿機構，供分析比較。其它設計方案可由學生自行構思。
四、設計步驟
1、構思、選擇機構方案
機構方案的構思和選擇討論，已如上述，做出運動循環圖。下面以圖3-3所示方案為例介紹設計步驟。
2、計算總傳動比，分配各級傳動比和確定傳動機構方案
本題總傳動比：
3、機構設計
按選的平面連桿機構，由己知參數按解析法、圖解法或兩種方法兼用，以計算機構尺寸、由于本題是具有短暫高峰載荷的機器，應驗算其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
如機構在圖3-6所示的位置上，搖桿滑塊機構的受力圖可用圖解法求得（圖3-6b）。由于該瞬時構件垂直，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，有利于節省動力。根據上述觀點安排機構位置以后，可*行搖桿滑塊機構的設計計算。這可采用解析法來得到較為合適的尺寸參數。如圖3-6a得
若取時，，則
當搖桿在zui右端極限位置時，取，由得
適當考慮安裝尺寸，選擇不同的可得到不同的，當搖桿長度和往復擺動角巳知后，可用圖解法設計曲柄搖桿機構。
4、運動分析和力分析
在完成平面連桿機構設計的基礎上，進行運動分析和動態靜力分析（僅考慮滑塊和下模的慣性力），包括用解析法建立數學模型，繪制程序框圖，用計算機打印源程序與計算結果，并根據計算結果繪制運動線圖（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方案。
6、繪制所設計方案的機構運動簡圖。
7、編寫說明書。說明書內容包括設計題目、機構方案設計和選擇、機構設計、機構運動分析，力分析及其結果。
五、應完成的工作量
學生應完成
1、包括執行機構、傳動機構、控制機構的機構運動方案選擇（至少3個），運動循環圖。
2、繪制3個機構運動方案的執行機構、傳動機構的機構運動簡圖。
3、對執行機構進行運動分析，完成主程序的編寫，其中包括主程序流程圖；繪制執行機構的運動線圖；
4、設計說明書一份。
1、，2、，3、畫在1張1號圖上。對執行機構方案應組織學生討論。若不具備計算機輔助設計條件，可全部改用圖解法進行設計計算。采用計算機輔助設計時，讓學生編寫主程序，并調用子程序（見本指導書第4章）。
完成上述任務需1.5周，其中上機機時約為8～10小時。
若課程設計時間為2周，可以考慮再完成凸輪機構設計或動態靜力分析、飛輪設計內容。