1、半自动平压模切机机构设计一、设计题目设计半自动平压模切机的模切机构。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白纸板、厚度在4mm以下的瓦愣纸板,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、切线的纸扳,用手工或机械沿切线处去掉边料后,沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱,或制成凹凸的商标。压制纸板的工艺过程分为“走纸”和“模切”两部分。如图3-1所示,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为走纸模块(共五个)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
2、停歇时,链上的一个走纸模块刚好运动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。链轮再次停歇。这时,在工作台面下部的的主传动系统中的执行构件滑块6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,当夹有纸板的模块走到某一位置时,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,后一个横块进人第二个工作循环。将已夹紧的纸板输入压切处,如此实现
3、连续循环工作。本题要求按照压制纸板的工艺过程设计下列几个机构:使下压模运动的执行机构,起减速作用的传动机构;控制横块上夹紧装置(夹紧纸板)的控制机构。 图 3-1 图 3-2二、原始数据和设计要求1、每小时压制纸板3000张。2、传动机构所用电动机转速n=1450r/min,滑块推动下模向上运动时所受生产阻力如图3-2所示,图中pc=2106N,回程时不受力,回程的平均速度为工作行程平均速度的1.3倍,下模移动的行程长度H=500.5mm。下模和滑块的质量约120kg。3、工作台离地面的距离约1200mm。4、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。三、设计方案及讨论
4、根据半自动平压模切机的工作原理,把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。进行机械运动方案设计时,最主要的是要弄清设计要求和条件,掌握现有机构的基本性能,应用现有机构或有创造性地构思新的机构,以保证机器有完善的功能和尽可低的成本。不同的机构类型及其组合将构成多种运动方案。对本题进行机构运动方案设时应考虑以下问题:1、设计实现下模往复移动的机构时,要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。例如,实现往复直线移动的机构,有凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等。由于压制纸板时受力较大,宜采用承载能力高的平面连杆机构,而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构。再从机构具有急回特性的要求出发,在定性分析的基础
5、上,选取节省动力的机构。当受力不大而运动规律又比较复杂时,可采用凸轮机构。例如本题中推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构,由于夹紧片张开后要停留片刻,让纸板送入后才能夹紧,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。2、为满足机器工艺要求,各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调,如下压模在工作行程时,纸板必须夹紧;在下压模回程时,纸板必须送到模压位置。因此,为使各执行构件能按工艺要求协调运动,应绘出机械系统的机构运动循坏图。3、根据机器要求每小时完成的加工件数,可以确定执行机构主动构件的转速。若电动机转速与执行机构的主动件转速不
6、同,可先确定总传动比,再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式。例如,带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等;有自锁要求而功率又不大时,可采用蜗杆蜗轮机构。对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比,这个问题将在机械设计课程中解决4、在一个运动循环内,仅在某一区间承受生产阻力较大的机器,将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变化,若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数,则将引起角速度的周期性波动。为使主动件的角速度较为均匀,应考虑安装飞轮。可适当选择带传动的传动比,使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用,通常应计算大带轮的转动惯量是否满足要求。如不满足,则需另外安装飞轮。实现本题要求的机构
7、方案有多种。现介绍几例:1、实现下模往复移动的执行机构:具有急回或增力特性的往复直移机构有曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的六杆机构等(图3-3、3-4、3-5)。2、传动机构:连续匀速运动的减速机构有带传动与两级齿轮传动串联、带传动与行星轮系串联和行星轮系(需安装飞轮)等。图 3-33、控制夹紧装置的机构:具有一端停歇的住复直移运动机构有凸轮机构、具有圆弧槽的导杆机构等。 图 3-4 图 3-5图3-3所示方案的主要优点是滑块5承受很大载荷时,连杆2却受力较小,曲柄1所需的驱动力矩小,因此该机构常称为增力机构,它具有节省动力的优点。此外,图3-4、3-5所示为另
8、外两种六杆机构,供分析比较。其它设计方案可由学生自行构思。四、设计步骤1、构思、选择机构方案机构方案的构思和选择讨论,已如上述,做出运动循环图。下面以图3-3所示方案为例介绍设计步骤。2、计算总传动比,分配各级传动比和确定传动机构方案本题总传动比:3、机构设计按选的平面连杆机构,由己知参数按解析法、图解法或两种方法兼用,以计算机构尺寸、由于本题是具有短暂高峰载荷的机器,应验算其最小传动角,并尽可能保证压模工作时,有较大的传动角,以提高机器的效率。 a) b)图 3-6 如机构在图3-6所示的位置上,摇杆滑块机构的受力图可用图解法求得(图3-6b)。由于该瞬时构件垂直,所以力多边形中由此可知,很
9、大而较小,特别是压力角愈小;也愈小,有利于节省动力。根据上述观点安排机构位置以后,可先进行摇杆滑块机构的设计计算。这可采用解析法来得到较为合适的尺寸参数。如图3-6a得若取时,则当摇杆在最右端极限位置时,取,由得适当考虑安装尺寸,选择不同的可得到不同的,当摇杆长度和往复摆动角巳知后,可用图解法设计曲柄摇杆机构。4、运动分析和力分析在完成平面连杆机构设计的基础上,进行运动分析和动态静力分析(仅考虑滑块和下模的惯性力),包括用解析法建立数学模型,绘制程序框图,用计算机打印源程序与计算结果,并根据计算结果绘制运动线图(位移、速度、加速度线图)和平衡力矩线图。5、选择控制夹紧装置的机构方案。6、绘制所
10、设计方案的机构运动简图。7、编写说明书。说明书内容包括设计题目、机构方案设计和选择、机构设计、机构运动分析,力分析及其结果。五、应完成的工作量学生应完成1、包括执行机构、传动机构、控制机构的机构运动方案选择(至少3个),运动循环图。2、绘制3个机构运动方案的执行机构、传动机构的机构运动简图。3、对执行机构进行运动分析,完成主程序的编写,其中包括主程序流程图;绘制执行机构的运动线图;4、设计说明书一份。1、,2、,3、画在1张1号图上。对执行机构方案应组织学生讨论。若不具备计算机辅助设计条件,可全部改用图解法进行设计计算。采用计算机辅助设计时,让学生编写主程序,并调用子程序(见本指导书第4章)。完成上述任务需1.5周,其中上机机时约为810小时。若课程设计时间为2周,可以考虑再完成凸轮机构设计或动态静力分析、飞轮设计内容。
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