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機(jī)械原理
點(diǎn)擊次數(shù)：1626 發(fā)布時(shí)間：2013-9-14
半自動(dòng)平壓模切機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)題目
設(shè)計(jì)半自動(dòng)平壓模切機(jī)的模切機(jī)構(gòu)。半自動(dòng)平壓模切機(jī)是印刷、包裝行業(yè)壓制紙盒、紙箱等紙制品的設(shè)備，該機(jī)可對(duì)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(xì)的印刷品進(jìn)行壓痕、切線。壓凹凸。經(jīng)過(guò)壓痕、切線的紙扳，用手工或機(jī)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(guò)程分為“走紙”和“模切”兩部分。如圖3-1所示，4為工作臺(tái)面，工作臺(tái)上方的1為雙列鏈傳動(dòng)，2為主動(dòng)鏈輪，3為走紙模塊（共五個(gè)）其兩端分別固定在前后兩根鏈條上，橫塊上裝有若干個(gè)夾緊片。主動(dòng)鏈輪由間歇機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，使雙列鏈條作同步的間歇運(yùn)動(dòng)。每次停歇時(shí)，鏈上的一個(gè)走紙模塊剛好運(yùn)動(dòng)到主動(dòng)鏈輪下方的位置上。這時(shí)，工作臺(tái)面下方的控制機(jī)構(gòu)，其執(zhí)行構(gòu)件7作往復(fù)移動(dòng)，推動(dòng)橫塊上的夾緊裝置，使夾緊片張開(kāi)，操作者可將紙板8喂入，待夾緊后，主動(dòng)鏈輪又開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將紙板送到具有上模5（裝調(diào)以后是固定不動(dòng)的）和下模6的位置。鏈輪再次停歇。這時(shí)，在工作臺(tái)面下部的的主傳動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行構(gòu)件—滑塊6和下模為一體向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)紙板的壓痕、切線，稱(chēng)為模壓或壓切。壓切完成以后，鏈條再次運(yùn)行，當(dāng)夾有紙板的模塊走到某一位置時(shí)，受另一機(jī)構(gòu)（圖上未表示）作用，使夾緊片張開(kāi)，紙板落到收紙臺(tái)上，完成一個(gè)工作循環(huán)。與此同時(shí)，后一個(gè)橫塊進(jìn)人第二個(gè)工作循環(huán)。將已夾緊的紙板輸入壓切處，如此實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)工作。
本題要求按照壓制紙板的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)下列幾個(gè)機(jī)構(gòu)：使下壓模運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，起減速作用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；控制橫塊上夾緊裝置（夾緊紙板）的控制機(jī)構(gòu)。
圖 3-1 圖 3-2
二、原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)要求
1、每小時(shí)壓制紙板3000張。
2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min，滑塊推動(dòng)下模向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受生產(chǎn)阻力如圖3-2所示，圖中pc=2×106N，回程時(shí)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(dòng)的行程長(zhǎng)度H=50±0.5mm。下模和滑塊的質(zhì)量約120kg。
3、工作臺(tái)離地面的距離約1200mm。
4、所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的性能要良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，節(jié)省動(dòng)力，壽命長(zhǎng)，便于制造。
三、設(shè)計(jì)方案及討論
根據(jù)半自動(dòng)平壓模切機(jī)的工作原理，把機(jī)器完成加工要求的動(dòng)作分解成若干種基本運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，zui主要的是要弄清設(shè)計(jì)要求和條件，掌握現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的基本性能，應(yīng)用現(xiàn)有機(jī)構(gòu)或有創(chuàng)造性地構(gòu)思新的機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)器有完善的功能和盡可低的成本。不同的機(jī)構(gòu)類(lèi)型及其組合將構(gòu)成多種運(yùn)動(dòng)方案。對(duì)本題進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：
1、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)下模往復(fù)移動(dòng)的機(jī)構(gòu)時(shí)，要同時(shí)考慮機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)條件和動(dòng)力條件。例如，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，有凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等。由于壓制紙板時(shí)受力較大，宜采用承載能力高的平面連桿機(jī)構(gòu)，而連桿機(jī)構(gòu)中常用的有四桿機(jī)構(gòu)和六桿機(jī)構(gòu)。再?gòu)臋C(jī)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(dòng)力的機(jī)構(gòu)。當(dāng)受力不大而運(yùn)動(dòng)規(guī)律又比較復(fù)雜時(shí)，可采用凸輪機(jī)構(gòu)。例如本題中推動(dòng)夾緊裝置使夾緊片張開(kāi)的控制機(jī)構(gòu)，由于夾緊片張開(kāi)后要停留片刻，讓紙板送入后才能夾緊，因而推桿移動(dòng)到zui高位置時(shí)，有較長(zhǎng)時(shí)間停歇的運(yùn)動(dòng)要求，故采用凸輪機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上易于實(shí)現(xiàn)此要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2、為滿(mǎn)足機(jī)器工藝要求，各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作在規(guī)定的位置和時(shí)間上必須協(xié)調(diào)，如下壓模在工作行程時(shí)，紙板必須夾緊；在下壓?；爻虝r(shí)，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(yùn)動(dòng)，應(yīng)繪出機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循壞圖。
3、根據(jù)機(jī)器要求每小時(shí)完成的加工件數(shù)，可以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件轉(zhuǎn)速不同，可先確定總傳動(dòng)比，再根據(jù)總傳動(dòng)比選定不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及組合方式。例如，帶傳動(dòng)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(shí)，可采用蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)定軸輪系要合理分配各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比，這個(gè)問(wèn)題將在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中解決．
4、在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，僅在某一區(qū)間承受生產(chǎn)阻力較大的機(jī)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(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)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(dòng)。為使主動(dòng)件的角速度較為均勻，應(yīng)考慮安裝飛輪。可適當(dāng)選擇帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，使大帶輪具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而起飛輪的作用，通常應(yīng)計(jì)算大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是否滿(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足，則需另外安裝飛輪。
實(shí)現(xiàn)本題要求的機(jī)構(gòu)方案有多種?，F(xiàn)介紹幾例：
1、實(shí)現(xiàn)下模往復(fù)移動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：具有急回或增力特性的往復(fù)直移機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（或?qū)U機(jī)構(gòu)）與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的六桿機(jī)構(gòu)等（圖3-3、3-4、3-5）。
2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：連續(xù)勻速運(yùn)動(dòng)的減速機(jī)構(gòu)有帶傳動(dòng)與兩級(jí)齒輪傳動(dòng)串聯(lián)、帶傳動(dòng)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(jī)構(gòu)：具有一端停歇的住復(fù)直移運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有凸輪機(jī)構(gòu)、具有圓弧槽的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。
圖 3-4 圖 3-5
圖3-3所示方案的主要優(yōu)點(diǎn)是滑塊5承受很大載荷時(shí)，連桿2卻受力較小，曲柄1所需的驅(qū)動(dòng)力矩小，因此該機(jī)構(gòu)常稱(chēng)為增力機(jī)構(gòu)，它具有節(jié)省動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。此外，圖3-4、3-5所示為另外兩種六桿機(jī)構(gòu)，供分析比較。其它設(shè)計(jì)方案可由學(xué)生自行構(gòu)思。
四、設(shè)計(jì)步驟
1、構(gòu)思、選擇機(jī)構(gòu)方案
機(jī)構(gòu)方案的構(gòu)思和選擇討論，已如上述，做出運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。下面以圖3-3所示方案為例介紹設(shè)計(jì)步驟。
2、計(jì)算總傳動(dòng)比，分配各級(jí)傳動(dòng)比和確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案
本題總傳動(dòng)比：
3、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
按選的平面連桿機(jī)構(gòu)，由己知參數(shù)按解析法、圖解法或兩種方法兼用，以計(jì)算機(jī)構(gòu)尺寸、由于本題是具有短暫高峰載荷的機(jī)器，應(yīng)驗(yàn)算其zui小傳動(dòng)角，并盡可能保證壓模工作時(shí)，有較大的傳動(dòng)角，以提高機(jī)器的效率。
a） b）
圖 3-6
如機(jī)構(gòu)在圖3-6所示的位置上，搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的受力圖可用圖解法求得（圖3-6b）。由于該瞬時(shí)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(dòng)力。根據(jù)上述觀點(diǎn)安排機(jī)構(gòu)位置以后，可*行搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。這可采用解析法來(lái)得到較為合適的尺寸參數(shù)。如圖3-6a得
若取時(shí)，，則
當(dāng)搖桿在zui右端極限位置時(shí)，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(zhǎng)度和往復(fù)擺動(dòng)角巳知后，可用圖解法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
4、運(yùn)動(dòng)分析和力分析
在完成平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)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(jì)算機(jī)打印源程序與計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)方案。
6、繪制所設(shè)計(jì)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
7、編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)題目、機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和選擇、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案選擇（至少3個(gè)），運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
2、繪制3個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
3、對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，完成主程序的編寫(xiě)，其中包括主程序流程圖；繪制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖；
4、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
1、，2、，3、畫(huà)在1張1號(hào)圖上。對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案應(yīng)組織學(xué)生討論。若不具備計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件，可全部改用圖解法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，讓學(xué)生編寫(xiě)主程序，并調(diào)用子程序（見(jiàn)本指導(dǎo)書(shū)第4章）。
完成上述任務(wù)需1.5周，其中上機(jī)機(jī)時(shí)約為8～10小時(shí)。
若課程設(shè)計(jì)時(shí)間為2周，可以考慮再完成凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或動(dòng)態(tài)靜力分析、飛輪設(shè)計(jì)內(nèi)容。