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机械原理课程设计说明书设计题目剪板机成员指导教师陈革新2014年7月18日I前言一．原始数据及设计要求设计一剪板机械，主要功能是能将卷料展开并剪成一定长度的铁板，即将板料作定长度的间歇送进，在板料短暂的停歇时间内，剪刀在一定位置上将铁板剪断。设计要求：原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为2000mm；每次输送铁板到达规定长度后，铁板稍停，以待剪板机构将其剪断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一，铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的1.5倍，；输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小。剪板频率为30次/分钟。二．项目组成员及分工成员任务分工机构设计，PPT制作，运动分析机构设计，大图绘制，尺寸计算机构设计，三维图制作，尺寸计算机构设计，说明书编写，尺寸计算II目录一．选题意义..............................................1二．原理分析..............................................2三.设计方案及选择........................................33.1设计方案分析........................................33.2设计方案选择........................................33.2.1间歇传动轮系的分析与选择.........................33.2.2剪短传动机构的分析与选择.........................5四.选用机构的尺寸设计...................................74.1机构自由度计算......................................74.2间歇传动轮系的直径与转速的确定......................74.2.1传动分析........................................74.2.2数据计算........................................74.3剪断传动机构的尺寸确定..............................94.3.1传动分析........................................94.3.2数据计算.......................................10五．选定机构的运动分析.................................145.1位移分析...........................................145.2速度分析...........................................145.3加速度分析.........................................165.4机构运动循环图.....................................18III六．心得体会...............................................19七．参考文献................................................22八．附录....................................................231一．选题意义剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并减少板材扭曲，以获得高质量的工件。板金行业的下料剪切工具，广泛适用于机械工业，治金工业，等各种机械行业，主要作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。2二．原理分析剪板机分为送料机构，剪断机构，卸料机构三个部分，由一台电动机为机器提供动力。送料机构可以应用两个夹紧的皮带轮将卷状的板料加为直板。而剪断机构可以利用齿轮传动与杆件的联合传动带动刀具剪切钢板，并通过齿轮的变传动比使刀具达到规定的剪切频率。卸料机构则只需要皮带轮将剪切完成的铁板送之规定地点即可。3三．设计方案与选择3.1设计方案分析铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择：⑴、如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置。⑵、如何实现间歇送进，并能使铁板停歇时运送铁板的构件的速度和加速度曲线仍然连续，这样，送进机构的运转就比较平稳。大致有如下几条途径：(1)利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇，即利用不完全齿轮机构。(2)利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇。(3)利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动。3.2设计方案选择3.2.1间歇传动轮系的分析与选择方案一：不完全齿轮机构运动的实现；调整从动轮的齿轮分布，就能实现运动时间与停歇时间的要求。当主动轮作连续回转运动时从动轮作间歇会转运动。不完全齿轮机构结构简单，容易制造工作可靠，运动时间工作时间可在较大比例范围内变化。4图3-1不完全齿轮机构方案二：槽轮机构利用主动拨盘在圆弧段或直线段上运动，或者通过控制槽和销的数量，使与之相连的从动槽轮构件实现停歇。构造简单，外形尺寸小；机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。图3-2槽轮机构方案三：星轮机构利用星轮做间歇传动，此机构制造比较困难，传动时间和间歇时间之比方便控制，利于达到要求时间比。且受力情况较好，无刚性冲击。图3-3星轮机构5方案确定：工业上常用的间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构等，虽具有结构简单、制造方便。运动可靠等优点，但在动力性能、动停比(运动时间和停歇时间之比)方面，很难满足设计要求。星轮机构则制作非常复杂。而不完全齿轮机构则制作简单且传动时间与间歇时间比例便于控制，传动时无冲击，故最终选用不完全齿轮机构。3.2.2剪断机构的分析与选择方案一：圆柱凸轮机构圆柱凸轮也是一个具有间歇进刀能力的机构。只要运动函数为5次函数或是正弦函数即可。设计也比较简单，但是工艺性能比较不好。该机构还有一个很大的缺点就是会出现力不足的情况，力不足会导致剪板无法剪断，而且又没有急回运动，而且也需要发动机提供较高的功率。弹簧的一直运动易出现损坏，使整个机构瘫痪。图3-4圆柱凸轮机构方案二：六杆机构六杆机构可以传递较大负荷，几何形状简单，且便于加工制造，拥有6急回运动，能提供足够的剪切力，综合力学性能好。图3-5六杆机构方案确定：圆柱凸轮机构由于凸轮不宜承受较大的载荷且无急回运动，不适宜用于需要较大承载力的机构中。而六杆机构则可以有着较好的传动力的性能，且可以产生急回运动，从而使刀具对钢板有一定的冲击力，更便于剪断钢板。故最终选用六杆机构。图3-6机构装配总图7四.选定机构的尺寸设计4.1机构自由度计算N=5，Pl=7,Ph=0F=3×5-2×7=14.2间歇传动轮系的直径与转速确定4.2.1传动分析根据设计要求，剪断工艺为铁板输送周期的十五分之一，主动轮3＇转一周360°为一个周期，故剪板工艺不少于：360*1/15=24°。停歇时间不超过剪板工艺的1.5倍，这里取停歇时间为30°，停歇时间为整个周期的1/12。在主动星轮3＇等速回转一周时间内.，从动星轮4的运动规律如下：在3＇转过前330°的的时间内，4匀速回转，此段时间内铁板正好送到要求的长度，在齿轮3＇转过的剩余30°内，从动齿轮4停歇不动，以待剪板。4.2.2数据计算8图4-1机构装配齿轮间关系通过两个轮子7的转动从而带动板料运动。行程选用2000mm，按照图示机构有：行程H=nπd。n为滚子转动圈数，d为滚子直径。为方便设计传动比选用滚子周长为：500mm，又直径d=周长/π所以可算得直径为：159.15mm，此时滚子转动四圈即达到要求行程。根据30次/分钟的剪切要求，轮7的转速n7=120r/min，n6=n7=120r/min，6轮与5＇轮，5轮与4＇轮，均为2:1的传动比，故n5=n5＇=60r/min,n4=n4'=30r/min,齿轮3＇与3转速相同，主动轮3＇转过一圈，也带动从动轮4转过一圈，n3＇=30r/min对于皮带轮3、2＇、2和1，采用i32＇=1：4，i21=1:6，进而确定n3=30r/minn2'=n2=120r/min，n1=720r/min。所以我们最后选择的是型号为Y180M2-8，功率为5.5kW，转速为720r/min的电机。最后我们取m4＇=m5=m5＇=m6=2，取Z6=25,则Z5＇=50，Z4＇=50，Z5=25，9进而d6=50mmd5＇=100mmd5=50mmd4＇=100mm对于不完全齿轮的尺寸，取主动轮3＇的齿数为24，则从动轮齿数Z4=22，取m=8，d3＇=192mm，d4=176mm。我们选取的电动机输出轮d1=42mm，根据传动比关系，求出，d2=252mm,d2'=50mm,d3=200mm。4.3剪断传动机构尺寸的确定已知条件轮名称模数齿数直径/mm每分钟剪断30次电动机输出轮1--42皮带轮2--252皮带轮2＇--50皮带轮3--200不完全齿轮3＇824192齿轮4822176齿轮4＇250100齿轮522550齿轮5＇250100齿轮622550送料轮7--159.15104.3.1传动分析根据连杆机构需带动切刀剪切钢板的工作需求，故需保证机构每一瞬时都有良好的传力性能，所以连杆机构的最小传动角应不小于400。为保证顺利的剪切钢板，刀具的下落有一冲击力，即需要求连杆机构存在急回运动。4.3.2数据计算图4-2连杆机构示意图经根据设计要求进行多次计算确定各杆尺寸以及机架的相对位置：杆1:60mm；杆2:100mm；杆3：250mm；杆4:80mm；滑块5（连刀杆）:AD间距150mm，与水平线夹角为450；CD间距125mm；支座A与点F所处竖直线的水平距离210mm。①．传动角计算11Ⅰ位置图4-3Ⅰ位置连杆机构示意图γ1=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}=arccos{[1002+1252-(150-60)2]/2×100×125}=45.50Ⅱ位置图4-4Ⅱ位置连杆机构示意图12γ2=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}=arccos{[1002+1252-(150+60)2]/2×100×125}=137.650γmin=min{γ1，1800-γ2}故计算该机构的最小传动角为γmin=42.40。②．行程速度比系数计算图4-6连杆机构极位夹角整体示意图13图4-6连杆机构极位夹角局部放大示意图∠CAD=arccos[(AC2+AD2-CD2)/2·AC·AD]=arccos[(402+1502-1252)/2·40·100]=∠C1AD=arccos[(AC12+AD2-C1D2)/2·AC1·AD]=arccos[(1602+1502-1252)/2·160·100]=θ=∠C1AD-∠CAD=K=(180O+θ)÷(1800-θ)=(180O+)÷(1800-)=即得行程速度变化系数K=1.0314五、选定机构的运动分析5.1位移分析当杆AB和BC处于共线（重合）时此时为初始角度0o，此时杆件F处于最低位置，位移为0。根据几何关系可求出杆件AB处于不同位置时，杆件F相对于最低点的位移。15图5-1杆件F点处于不同位置时的位移图5-2solidworks模拟杆件F点的位移曲线注：由于软件设置，致位移曲线Y坐标错误。实际是模拟曲线初始位置应为117mm，其余各点位移应为该点‘117mm-Y值与初始位置Y值的差值的绝对值’。5.2速度分析5.2.1Ⅰ位置速度分析Vc=Vb+Vcb方向⊥CD⊥AB⊥BC大小？LABω1？根据图解法可求出Vc，根据Vd=0，且Vc=lCDω3