剪板机的设计

目录

一、剪板机工作原理及设计要求 (1)

二、机械设计方案拟定 (3)

三、机械原理分析及构件尺寸的计算 (6)

四、机械变速传动设计 (12)

五、运动循环图 (13)

六、机械运动分析 (14)

七、设计总结 (21)

八、参考文献 (22)

一、剪板机工作原理及设计要求

1.工作原理及工艺过程

本剪板机是将卷料展开并剪成一定长度铁板的机器，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，其工艺过程由输送原材料和剪板两个过程来完成。

2.原始数据及设计要求

原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度L=1900或2000或2200mm （设计时任选一种）。

（1）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。建议铁板停歇

时间不超过剪断工艺时间的1.5倍，以保证有较高的生产率。（2）输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小（即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变）。

3.机械系统功能分析

剪板机要实现将卷料展开并剪成一定长度铁板，采用两个相互配合的间歇机构来实现停歇与剪板。

利用附加曲柄摇杆机构实现连续转动。利用两个滚轮将铁板压紧，依靠滚轮和铁板间的摩擦力将铁板从卷料上拉出并推向前进的输送方式。原理分析如下：

在主动曲柄AB（齿轮1）等速转动，系杆H变速运动的一周内，齿轮4在某一时间内总能使其角速度为零。在主动曲柄AB（齿轮1）等速转动一周的时间内，从动齿轮4按下述规律运动：当曲柄开始转过某一角度时间内时，齿轮4停歇不动，以等待剪切机构将铁板剪断；在主动曲柄转过一周中其余角度时，输出构件4转过另一角度，这时刚好将铁板输送到所要求的长度L。

原理图如下：

二、机械设计方案拟定

1.输送机构方案的比较和拟定

方案一：不完全齿轮机构

利用不完全齿轮实现间歇输送板料

在主动轮上作出一部分的轮齿，根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上做出与主动轮相齿和的轮齿，当主动轮做连续回转运动时从动轮做间歇回转运动。

不完全齿轮机构的结构简单、制造容易、作可靠，从动轮的运动时间和停歇时间可以在很大的范围内变化。但其从动轮在开始运动和结束运动两瞬时都存在刚性冲击。只适合于低速、轻载的场合。在此对板料的平稳运输没有保证。

方案二：差动轮系与四杆机构的组合机构

机构简图:

：

1 3

2

4

A

D B C

E 图2—3

图2—1

此方案采用由1、2、3、4组成的差动轮系与由A、B、C、D组成的曲柄摇杆机构的组合机构来实现间歇运动。其中AB杆与齿轮1铰接于A 点并随齿轮的回转而转动形成曲柄，CD杆与齿轮2铰接于D点形成摇杆。太阳轮4的运动由曲柄摇杆机构与差动轮系共同决定，实现间歇运动。太阳轮4与滚轮相连，实现滚轮的间歇周转达到输送板料的目的，并且滚轮可以将卷料压平。

方案拟定：综合以上本输送机构采用方案二。

2.剪切机构方案的比较和拟定

方案一：采用槽轮机构和曲柄滑块机构

机构简图：

图2—4 图2—5

剪切机构采用曲柄滑块机构，它的运动由槽轮机构来控制，曲柄AD和BC分别固定到两个齿轮上，同过槽轮机构将运动传给齿轮实现曲柄的转动，槽轮机构由主动拨盘和从动槽轮和机架组成，主动拨盘获得动力，匀速回转使得从动槽轮间歇回转，从动槽轮由通过齿轮将运动传递给曲柄滑块机构实现剪切运动。

槽轮机构结构简单、外形尺寸小、机械效率高，并能较平稳的实现间歇运转，存在柔性冲击。

方案二：凸轮机构

机构简图：

本剪切机构采用凸轮机构如图，让凸轮实现刀具的停歇与运动，达到剪板目的。

凸轮机构的最大优点是只要适当的设计出轮廓曲线，就可以使推杆得到准确的轨迹，相应快速，结构简单。

综合以上：剪板机采用方案二。

3.输送机构与剪板机构的组合

使输送机构和剪切机构同步，即在齿轮4停歇的时间内凸轮刚好完成推程和回程完成剪板工作。

三、机械原理分析及构件尺寸的计算

1.输送机构原理分析：

本输送机构由基础机构和附加机构组成，基础机构：齿轮2、3、4及系杆H 组成的自由度为2的差动轮系如图3—1：附加机构：曲柄摇杆机构ABCD 如图3—2。齿轮1和杆AB 固结在一起，杆CD 与系杆H 是一个构件。主动轮1的运动一方面通过差动轮系传递给太阳轮4，一方面通过曲柄滑块机构传递给系杆H 。因此齿轮4所输出的运动是以上两种运动的合运动。

2.机构预期功能要求

通过电机的驱动给于曲柄一个绕定轴转动的主动力，在该力的驱动下带动连杆，同时曲柄与齿轮相连，差动轮系运转带动滚轮转动，在摩擦力的带动下，使铁板向前运动，当轮系速度为0时剪切机构将其剪断完成一个周期的送板与剪板动作。

3.输送板料传动分析及数据计算

（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1转一周360︒为一个周期，故剪板工艺不少于：︒=⨯

︒2415

1

360 而停歇时间不超过剪板工艺的1.5倍，这里取停歇时间为︒30。

3 4

2 H A B D C

H 图3—1 图3— 2 1

2

D

A

图3—3

在齿轮1等速回转一周时间内.，从动齿轮4的运动规律如下：在齿轮1转过前330︒的的时间内，齿轮4 匀速回转，此段时间内铁板正好送到要求的长度，在齿轮1转过的剩余30︒内，从动齿轮4停歇不动，以待剪板。

（2）数据计算： ①轮系数据分析

在2、3、4、及系杆H 组成的差动轮系里：

2224

4

4

H

H

H

z i z

ωωωω

-==--

⇒

2244

4

1H

H

z z z z

ωωω

⎛

⎫=+

-

⎪ ⎪⎝

⎭

-----------------------------------①

对定轴轮系：

12112

21

1

2

2

z z i z

z

ωωω

ω

==-⇒=----------------------------②

由①②得：

2141

4

4

(1)A

z z z

z

ωωω=+

+-------------------------------------③

两边乘以时间t 得：

21

4

1

4

4

(1)H

z z z

z

ϕϕϕ∆=+∆+

∆

由此可知：齿轮4的输出运动为齿轮1通过差动轮系2、3、4传动给4和曲柄摇杆机构传给系杆H 的合运动，欲使主动齿轮1从某瞬时开始转过

1

30ϕ∆=︒

之内构件4产生停歇，则应令4

0ϕ∆=︒

可得：H

ϕ

∆

=1

1

2

4

z

z z

ϕ-

∆+

由于主动轮1即为曲柄AB ，系杆H 即为杆CD ，故上式正好反映了该组合机构中曲柄摇杆机构和差动轮系的关系。因此设计的四杆机构应满足上式要求。

② 轮系数据计算：