剪板机课程设计.docx

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剪板机课程设计

****学院机械原理课程设计任务书

一、目的任务

机械原理课程设计是在全部学习完机械原理课程后，利用已学过的知识第一次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，要求学生全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行机械结构的设计，也是机械原理课程的一个重要的实践教学环节。

机械原理课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力和初步培养学生进行创新设计的能力；使学生初步掌握机械运动方案设计，强化机构分析与综合训练。

本门课程设计的任务是结合一个简单的机械系统（或机构），在给定运动要求的条件下，使学生受到拟定机械系统（或机构）运动方案设计的初步训练，并对其中的机构进行设计和分析。

通过设计提高学生机械运动简图的设计能力和编写设计说明书的能力。

二、设计内容

（1）进行铁板输送机构和剪断机构的选型；

（2）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；

（3）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；

（4）机械运动方案的评定和选择；

（5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；

（6）画出机械运动方案简图和传动方案图；

（7）完成设计计算说明书一份。

三、时间安排

1、确定课程设计题目，列出课程设计计划（1天）

2、拟定机构总体方案，确定执行机构（1天）

3、整理概况，数据分析，编写设计说明书（2天）

4、确定执行机构及传动机构（2天）

4、尺寸设计、绘图（2天）

5、完成实验报告（1天）

6、整理、检查、修改设计资料，答辩、上交设计资料（2天）

四、设计工作要求

（1）原材料为成卷的板料。

每次输送铁板长度为L=1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300mm。

（根据设计自行选择）

（2）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。

（3）输送机构运转应平稳，震动和冲击应尽量小（即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变）。

五、成绩评定

序号

项目及权重

项目内容

评分标准

100～90（优）

89～80（良）

79～70（中）

69～60（及格）

<60（不及格）

１

出勤10%

出勤与遵守纪律的情况

全勤、无请假和迟到早退

无迟到早退，有病事假

教师点名一次不到

教师点名二次不到

教师点名三次不到

２

工作量10%

完成设计任务的比例

按设计任务书要求完成所有的工作量

基本按设计任务书要求完成工作量

能完成所有的工作量，部分不能满足设计任务书要求

能完成所有的工作量，但不能满足设计任务书要求

不能完成工作量或完全不满足设计任务书要求

３

设计能力40%

综合运用理论知识，计算机技能和外语的能力；独立思考和处理工程实际问题的能力

在问题研究中有综合运用专业知识以及计算机、英语等各方面的能力，有独到的个人见解，学术性较强

有运用专业理论以及计算机、英语等各方面能力；有较好的理论基础和专业知识，有一定的个人见解和学术性

基础知识和综合能力一般，但能独立完成设计、能从个人角度分析和解决问题

基础知识和综合能力较差，经过努力可在教师指导下完成设计，无明显的个人见解

缺乏应有的专业基础知识和综合能力，不能独立完成设计，结论观点有错误，或有抄袭部分的行为

４

回答问题20%

设计中回答指导教师的提问的正确性和全面性

全面、正确回答出教师所提的问题

回答问题基本正确而且比较全面

能回答出教师所提的问题，大部分回答正确

所提的部分问题不能回答或回答错误

不能回答教师所提问题

５

设计说明书和图纸的质量20%

文字表达、图、表和说明书质量

理论分析准确，逻辑严密，层次清楚，结构合理，语言流畅，图表清晰、正确；设计说明书格式符合要求，打印清晰漂亮，无错别字，达到正式出版物水平

理论分析恰当，条理清楚，层次比较清楚，语言通顺。

能用图表反映问题。

说明书格式基本符合要求，有个别错误，打印清楚，基本达到正式出版物水平

条理清楚，有一定的分析能力和说服力，有少许语病。

说明书内容提要和正文基本符合要求，但注释和参考文献格式不规范，打印基本清晰

内容陈述较为清楚，但分析不够，个别地方语言不通顺。

图表有错误；正文基本规范，但不符合学校规定的要求

分析能力差，论证不准确，材料简单堆砌。

缺少图表，语言不准确，格式不规范，打印不清晰

六、参考文献

[1]胡家秀《机械设计基础》（第二版）北京：

机械工业出版社2008.6

[2]孙恒、陈作模、葛文杰《机械原理》（第八版）北京：

高等教育出版社2016.5（重印）

[3]牛鸣岐、王保民、王振甫《机械原理课程设计手册》重庆：

重庆大学出版社2001.11

[4]赵满平、舒启林《机械原理课程设计》北京：

北京理工大学出版社2014.2

[5]《常见机构的原理及应用》编写组《常见机构的原理及应用》北京：

机械工业出版社1978.10

一、剪板机工作原理及设计要求

1.工作原理及工艺动作过程

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。

因此剪板机主要包括铁板输送机构和剪断机构。

2.原始数据及设计要求

2.1原材料为成卷的板料。

每次输送铁板长度为2000mm。

2.2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。

2.3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）。

二、工作机构的选择及分析

1.执行机构的选择

对执行机构的选择需要刀具具有间歇进刀能力，以保证在板料输送的过程中不发生误剪。

1.1由于执行机构要具有间歇进刀能力，所以可用凸轮机构完成刀具的间歇进给。

该机构利用凸轮机构的推程运动角的转动使刀具向下运动，完成对板料的剪切；凸轮机构的近回程运动角转动时，在弹簧力的作用下，使刀具向上运动，完成刀具的退刀；在近休止过程中，刀具不再运动，保证了刀具的间歇停顿。

但该机构在剪切过程中不能提供足够的剪切力，凸轮与从动件间为高副接触，易磨损，且弹簧也一直处于工作状态，也容易被损坏，影响整个执行机构的运动，从而影响剪板机的工作，所以放弃对该机构的选用。

1.2对执行机构的间歇进给能力的必要要求，想到偏心曲柄滑块机构，它不仅保证刀具的间歇进给能力，还具有急回特性，可以使刀具处空行程时可快速的返回。

而且偏心曲柄滑块机构适用于剪床。

基于对执行机构性能的要求，选择使用偏心曲柄滑块机构演化而来的冲压机构。

2.传动机构的选择

对将铁板作间歇送进的机构方案设计，从下述两个方面考虑机构了的选择：

①如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置；

②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。

2.1对输送方案的选择需要考虑到机构的间歇进给，且要连续不断地进给，也不能使机构往回退来完成作业。

在间歇停止的一段时间里，板料要停止，以便执行机构的工作。

由此考虑了槽轮机构。

槽轮机构虽然结构简单，工作可靠，且传动平稳性好，但槽轮转角大小不能调整，在槽轮转动的起、停位置加速度大，存在冲击，且槽轮机构不适用于高速运动场合。

故放弃使用槽轮机构作输送传动。

2.2具有间歇进给性能的传动机构中，较槽轮机构而言，不完全齿轮机构在转动和停歇的时间、次数、转角大小等方面的变化范围更大。

与其他间歇运动机构相比，不完全齿轮机构的结构更为简单，工作更为可靠，且传递力大。

但不完全齿轮在生产上工艺复杂，在从动轮运动的开始和结束瞬间会造成较大冲击，不适用于高速场合。

2.3槽轮机构、不完全齿轮机构等间歇运动机构虽然结构简单、制造方便、运动可靠，但在动力性能和动停比等方面不能满足设计要求，因此选择采用组合机构来满足设计要求。

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进给运动。

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。

齿轮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。

三、机械系统运动循环图

通过对执行机构和传动机构的选择，现将两个机构的关系连接起来绘制运动循环图。

通过分析可知，当传动机构运动2000mm的时候就需要停歇一次，而在此停歇的过程中，剪刀就要下降，开始剪切板料。

当板料剪切完毕后，要进行退刀，此过程完成之后才可以进行下一个循环。

当传动机构向前输送板料的时候，齿轮1向齿轮2传送匀速运动，同时齿轮1通过曲柄摇杆机构将变速运动输送给行星架H，当板料到达2000mm时，齿轮4此时的角速度恰好为零，这个时候板料就会停止输送，但是齿轮1还在继续转动，当剪刀的剪切工作完成之后，齿轮4继续转动。

以此来往复循环的来做这些动作。

四、机械系统构件尺寸计算

1.传动机构尺寸分析

根据设计要求，剪板工艺所需时间为铁板输送周期的十五分之一，主动轮1转一整周360°为一个周期，故剪板工艺时间应为：

，而停歇时间要求不超过剪板工艺所需时间的1.5倍，故停歇时间取主动轮1转过30°。

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.轮系机构数值计算

在2、3、4和行星架H所组成的差动轮系中

（4-1）

在1、2组成的定轴轮系中

（4-2）

由（4-1）（4-2）得

（4-3）

对（4-3）两边同时乘以时间t，得位移关系

欲使主动齿轮1从某瞬时开始转过之内，构件4产生停歇，则应令。

可得：

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。

设主动轮1转一周的时间为T，对（4-3）式两边积分得：

又∵

可知：

为便于计算，取滚轮转300°刚好输送2000mm的板料，

则有

现取Z₁=85齿，则Z4=102齿

根据同轴条件Z4=Z₂+2Z₃及齿轮齿数应互质的要求，取Z₂=44；Z₃=29

根据国家标准所规定的模数表取所有齿轮模数m=6

计算出各齿轮分度圆直径为：

D₁=mZ₁=6×85=510mm

D₂=mZ₂=6×44=264mm

D₃=mZ₃=6×29=174mm

D4=mZ4=6×102=612mm

根据：

可得滚轮直径为764mm

3曲柄摇杆机构尺寸计算

此处曲柄摇杆机构应满足三个条件：

（1）曲柄AB转过30°每一瞬间主从构件都要满足：

（2）各杆长度应该满足杆长条件的曲柄存在条件，使得主动杆AB能做整周回转运动。

（3）四杆机构的最小传动角应该大于40°，以保证机械的传动效率。

AD=（D₁+D₂）/2=387mm

取CD=（D₂+D₃）/2=219mm

取AB=D₁/4=127.5mm

BC长满足杆长条件“”取为400，此时还符合最小压力角验证。

4.执行机构尺寸分析

执行机构是由一个定轴轮系和一个偏心曲柄滑块机构组成。

对其中定轴轮系，为便于齿轮的制造，参数选取与传动机构中齿轮2一致，即分度圆直径D₂=264mm，模数m=6，齿数Z=44；即可得出偏心曲柄滑块机构的偏心距e=132mm。

为便于计算，对齿轮上曲柄长度取值为AB=80；为保证机械传动效率，对连杆BC取值应满足最小传动角大于40°的要求，即应BC＞276mm，为便于计算，取BC=280mm。

五、执行机构运动分析

由上面对执行机构的尺寸分析得到，图偏心距e=132mm，曲柄长AB=80mm，连杆长BC=280mm；

有

可算出极位夹角θ=19.8°（e=132mm；b=280mm；a=80mm）

1.机构速度分析

上图中，点B、B1处于工作行程阶段，B2、B3处于回程阶段，B、B1、B2、B3四点速度有一定代表性，于是对四点进行速度分析，矢量pc为速度VC..可得出以下四图

图中可看出，在工作行程阶段，速度相对平稳，无明显变化。

在回程阶段，速度明显增大，缩短回程时间，体现出偏心曲柄滑块机构的急回特性。

于是可画出在齿轮1连续正常转动情况下的运动线图：

2.机构加速度分析

对图中B、B1、B2、B3四点进行加速度分析，得到下面四个加速度分析图像。

通过对四图的观察，发现在工作行程阶段加速度在发生变化，且是在处于增加。

进入回程阶段，加速度变化增加到最大，随着回程阶段的继续，加速度变化呈减小趋势。

于是作出机构大致的加速度变化图像：

六、机械传动方案拟定

通过网上查阅资料知道，剪板机剪板工作频率在每分钟25-45次左右，于是对设计的剪板机工作频率取25次每分钟，即一个工作周期时间为2.4秒。

由前面内容可知，主动轮转动一周便完成一个工作周期，由此可得出主动轮所需角速度ω=0.833rad/s。

算出其所需转速为1500r/min，电动机转速可直接满足其转速需求，所以不用另设计减速传动装置，可以直接用电动机驱动。

对电动机与传动机构间传动连接方式采用同步齿形带传动，同步齿形带成本低、传动效率高、传动平稳、能保证固定的平均传动比。

对执行机构的衔接，为了使执行机构与传动机构能够同步运行，把两个机构衔接起来，可用连杆连接两机构，使之形成平行四边形机构，两曲柄有相同的角速度。

七、原动机选择

选择我国统一设计的Y系列三相异步电动机作为剪板机原动机，它具有高效，节能，起动转矩大，性能好，噪声低，振动小，可靠性高等优点，使用维护方便。

当电动机转速达到1500r/min时，剪板机可被直接起动。

通过选查，选取Y180M-4型电动机作为原动机，其采用380v电压起动，功率为18.5kW，转速1470r/min。

八、课程设计感想

通过这段时间对剪板机的设计发现，一个设计由最初的方案，到最后的完成方案，过程很是艰辛，但这过程很充实，最后看到方案出炉很快乐也很欣慰，证明着自己这段时间的努力没有白费。

从最开始的的题目确定，到设计内容的筛选准备，再到列出课程设计的计划时间表，感觉课程设计应该是个很简单的问题，自信很快就可以完成，但实际做下来并不是那么回事，并没有想象的那么简单。

随着设计的继续，那些不曾遇到的困难一个个的出现，解决了这个就遇到下一个。

在设计的过程中慢慢发现，自己学到的那点知识对设计而言根本不够。

开始的对机构的设定想法及其简单，只需要画出来，然后计算出数据就可以了，但在设计的过程中，遇到很多问题。

刚开始遇到问题时只能坐着发呆，想着各种解决方式，但对问题的解决还是毫无思路，只能像无头苍蝇一样乱撞，在图书馆胡乱的翻着资料找着自己所需要的知识，就这样一点一滴的积累着知识点，然后逐渐的将它们连接应用起来。

期间方案不断的被修改，数据也不断的计算，错了又算，算了又错，在大堆的草稿里不断对数据进行查看、比对，过程很累，但还是坚持了下来，最终埋头把种种数据都计算了出来，这种感觉很是快慰。

在设计的过程中很感谢老师的帮助，感谢他们给我解除疑惑。

通过这次的课题设计，对自己所学的专业知识进行了一次熔合，让自己的知识更加扎实，以后能够更灵活的应用。

想着这些天的收获，那种充实的感觉，这段时间的劳累值了。

这学期已经过去，在下学期一定以新的面貌去迎接。

也相信自己在面对下一次的课程设计时不再这么束手无策，一定能做的更好。

参考文献

[1]胡家秀《机械设计基础》（第二版）北京：

机械工业出版社2008.6

[2]孙恒、陈作模、葛文杰《机械原理》（第八版）北京：

高等教育出版社2016.5（重印）

[3]牛鸣岐、王保民、王振甫《机械原理课程设计手册》重庆：

重庆大学出版社2001.11

[4]赵满平、舒启林《机械原理课程设计》北京：

北京理工大学出版社2014.2

[5]《常见机构的原理及应用》编写组《常见机构的原理及应用》北京：

机械工业出版社1978.10