机械原理--半自动平压模切机机构设计
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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p c=2×106N,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=50±0.5mm。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
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 3-3
3、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:曲电总n n i =293000/601450=⨯=
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BC 垂直DE ,所以力多边形中
αtg P R c 212=