平压模切机设计说明书Word下载.docx
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The
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semi-automatic
die-cutting
machine
printing
packaging
industry
press
boxes,
cartons
paper
products
special
equipment.
This
proposed
motion
cycle
chart
from
start,through
search
mechanical
manual,
comparison
different
options,
select
most
suitable
transmission
system
executing
mechanism,
its
working
principle,
structure
geometric
parameters
in-depth
analysis
discussion.
excellent
UG
will
device
image,
intuitive
outlined
一设计背景及意义…………………………………………………………4
二设计要求及工作原理……………………………………………………4
三运动循环设计及分析……………………………………………………5
（一）机构运动要求………………………………………………………5
（二）运动示意图…………………………………………………………5
（三）部件运动析…………………………………………………………6
（四）运动循环图………………………………………………………………
四机械运动方案的拟定和选择…………………………………………………
五电动机的选型…………………………………………………………………
六机械传动设计…………………………………………………………………
（一）传动比的分配……………………………………………………………
（二）齿轮组的设计……………………………………………………………
（三）链轮和链条的设计………………………………………………………
（四）轴承和键的设计…………………………………………………………
（五）V形带的设计……………………………………………………………
（六）刚性夹子和凸轮的设计…………………………………………………
（七）平面六杆曲柄滑块机构的设计…………………………………………
七传动和执行机构的运动仿真…………………………………………………
（一）轴的参数…………………………………………………………………
（二）凸轮运动图……………………………………………………………‥
（三）平面六杆曲柄滑块机构的运动曲线图…………………………………
八简图……………………………………………………………………………
九参考文献………………………………………………………………………
一、设计背景及意义
在现在的生活中机器已经逐渐发展成为人们工作、生产、生活的一个重要部分，使人们的生活更加美好。
他已经涉及到各个领域和行业，提高了人们的劳动生产效率，减少了劳动强度。
他已经称为人们不可或缺的一部分。
而在另一方面，人们正在追求高品质的生活，追求简单、方便和舒适的同时也在追求美。
在印刷行业也是一样，人们对产品的包装要求越来越高，不仅要求产品的外包装上有艳丽的印刷图案，而且还要求外包装的盒型精美、别致，造型漂亮，于是平压模切机满足了人们的这种需要。
平压模切机是目前最广泛最普遍的类型，也是国内外生产厂家用的最多的机型。
平压模切机可以用于各种类型的切模。
既能模切瓦楞纸板、卡纸、又能模切橡胶、金属、金属板材。
既能人工剪纸又能高速切模。
在现阶段，平压模切机的发展即应达到一个较为成熟的水平，无论是在设计理念上还是在制造工艺水平上都已经达到一定水准。
于是在此提出了新型平压模切机的设计这一课题。
新型平压模切机是印刷、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、切线的纸板，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。
这种设备具有结构合理、质量可靠、成型性好、经久耐用、维修方便等特点，经过模切压痕后的印刷品可大幅提高其商品附加值。
近二十年来，平压模切机是使用最广泛且技术发展最快的机型。
作为一个刚刚大二的大学生，要想以后在实际的工作当中有自己的技术进步与技术创新，就必须先搞懂基本设备的基本原理及各个部分的工作原理。
为以后实现模切机数字化和智能化做好吧充分准备。
通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，着手设计“平压模切机”。
通过对机构的选型、设计；
对机械传动方案、机械运动方案的选择和评价而培养结构设计，计算能力。
熟悉基本的机械装置设计过程。
二、设计要求及工作原理
（1）总功能要求
实现对各种规格的白纸板，厚度在
以下的瓦楞纸板，以及各种高级精细的印刷品进行压痕、切线、压凹凸，沿着压出的压痕可折叠成各种纸盒、纸箱或制造凹凸的商标。
（2）工作原理
平压模切机的工作原理及工艺动作分解如图1所示，压制纸板的工艺过程分“走纸”和“模切”两部分。
“走纸”部分由图中所示的1、2、3组成，“模切”部分由5、6组成，4为工作台面。
工作时，工作台面下方的控制机构操纵7向上运动，推动与双列链1固联的走纸模块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入。
夹紧后，1、2开始运动，将纸板送到具有上模5（装调后固定不动）和下模6的位置后，1、2停歇，此时，在工作台面下部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，完成模切。
此后链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置，受另一机构（图中未表示）作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，此时，后一个走纸模块进入第二个运动循环，连续不断地完成上述的动作。
图1机构运动简图
图2阻力图
三、运动循环设计及分析
（一）机构运动要求
从机器的工艺动作可以看出，可以把整个机构运动的运动分成两个部分，一是辅助运动，它可以用于完成纸板的夹紧，走纸，松开等动作。
对实现该运动的传动机构要求做间歇运动；
二是主运动，完成对纸板的压切动作，要求装有模板的滑块做直线往复运动。
其特点是行程短，受载大。
本机构要求行程是50毫米，最大载荷是
，工作速度是每小时压制3000张。
另外，主运动和辅运动要相互协调。
（二）运动示意图
走纸机构
由上述机构运动要求，绘制如下运动示意草图：
（三）部件运动分析
1、主轴的选择和转角运算
为了计算和设计方便，选择变速箱的输出轴为运动分析主轴，如上图所示。
由原始数据和设计要求知，平面六杆机构的行程速比系数K=1.3，则极位夹角
°
并知该运动周期分为两部分，以156.5°
（156.5°
=180°
-23.5°
）为界分为0°
---156.5°
和156.5°
--360°
两个过程。
2、模切机构的分析
当主轴转角为0°
，下模从行程最低点开始，在平面六杆机构的带动下向上移动至预定模切位置，进行冲压模切；
当主轴转角为156.5°
，下模完成模切动作，快速急回运动至行程最低点即下一周期起点。
3、走纸机构的分析
，特殊齿轮组（用于完成间歇运动）没有啮合运动，链轮链条处于静止状态；
，特殊齿轮组轮齿参与啮合，带动链轮链条运动，进行走纸运动。
4、夹紧装置的分析
，带动夹子的凸轮走过推程，远休止和回程使弹簧夹完成夹纸动作；
，凸轮处于近休止状态使弹簧夹处于夹紧状态。
（四）综上所述运动循环图如下：
主轴转角
0°
156.5°
360°
停止
运动
夹紧装置
送料夹紧
输入走纸
模切机构
滑块上升（模切）
滑块下降（回程）
四、机械运动方案的拟定和选择
由上述运动循环图及题设要求可知，“平压模切机”主要分为三大部分：
动力传动机构；
走纸机构；
冲压模切机构。
其中动力传动机构又分为动力传递机构和变速转向机构。
走纸机构分为：
纸板的输送机构，纸板的停歇机构和纸板的固定机构。
冲压模切机构为急回机构。
备选机构列表：
机构
供选机构类型
纸板的输送
双列链轮传动
皮带轮传动
纸板的停歇机构
凸轮机构
特殊齿轮组
纸板的固定
刚性弹簧夹
普通夹子
急回机构
直动推杆凸轮机构
平面六杆曲柄滑块机构
动力传递机构
联轴器
V形带
变速转向机构
圆柱齿轮传动机构
单级蜗杆传动机构
锥--圆柱齿轮传动机构
由上述备选机构可得32种备选机械运动方案，从中选出3种典型可行方案如下：
方案A：
双列链轮传动----特殊齿轮组----刚性弹簧夹----平面六杆曲柄滑块机构----V形带----圆柱齿轮传动机构
方案B：
双列链轮传动----凸轮机构----刚性弹簧夹----直动推杆凸轮机构----联轴器----锥--圆柱齿轮传动机构
方案C：
皮带轮传动----凸轮机构----普通夹子----直动杆凸轮机构----联轴器----单级蜗杆传动机构
典型可行方案评定
1、示意图
2、分析与评定
（1）机械功能的实现质量
由于V形带和齿轮的组合传动，功率损失小，机械效率高，可靠性高；
平面六杆曲柄滑块机构能够承受很大的生产阻力，增力效果好，可以平稳的完成模切任务；
使用刚性弹簧夹自动的实现纸板的夹紧与松开动作，并运用特殊齿轮组完成走纸的间歇运动和准确的定位，以实现与冲压模切的协调配合。
（2）机械的运动分析
在同一传动机构的带动下，特殊齿轮和双列链轮机构共同完成走纸的准确定位，运动精度高，并且能和冲压模切运动很好的配合完成要求动作工艺。
（3）机械的运动分析
平面六杆曲柄滑块机构有良好的力学性能，在飞轮的调节下，能大大的降低因短时间承受很大生产阻力而带来的冲击震动；
整个机构（特别是六杆机构和特殊齿轮组）具有很好的耐磨性能，可以长时间安全、稳定的工作。
（4）机械结构合理性
该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计简单，机构重量适中。
（5）机械经济性
平面六杆曲柄滑块机构设计，加工制造简单，使用寿命长，维修容易，经济成本低，虽然特殊齿轮组设计加工难度较大，成本偏高，但与其他等效备选机构相比，其能更好的实现工作要求，以带来更大的经济效益。
2、分析与评定
相较于方案A的V形带，联轴器的传递效率虽然高，但是减速效果差；
采用直动推杆凸轮机构难承受很大的生产阻力，不能很好的完成冲压模切功能；
运用凸轮机构带动走纸机构间歇运动，由于长时间工作而磨损变形，会造成走纸机构无法准确定位。
虽然能实现总体功能要求，但实现的质量较差。
（2）机械运动分析
凸轮的长期间歇运动导致微小误差积累，从而引起走纸定位的准确性下降，最终引起各执行机构间的配合运动失调。
（3）机械动力分析
直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求；
该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）耐磨性差。
该机构结构简单紧凑，但由于凸轮机构的使用，造成整体机构的尺寸很重量都较大。
由于凸轮机构和锥圆柱齿轮的设计、加工制造较难，用料较大，维修不易，故而生产和维修经济成本均较高。
相对于方案B，皮带传送很难实现走纸的准确定位；
普通夹子不便于纸板的自动化夹紧和松开，需要相应辅助手段较多；
采用蜗杆减速器，结构紧凑，环境适应好，但传动效率低，不适宜于连续长期工作。
总体上机械功能的实现质量很差。
皮带传送易磨损、打滑，走纸运动的精度低，又因很难实现准确定位与冲压模切的协调性差。
该方案中的凸轮机构（包括机构中的两个凸轮机构）和平带耐磨性差。
（4）机械机构合理性
（5）机械机构经济性
由于普通夹子的使用，降低了生产成本，但由于其易磨损，维修成本大，又由于凸轮机构和蜗杆机构的存在，经济成本还是很大。
方案D
曲柄滑块机构可以平稳的完成模切任务；
使用刚性弹簧夹自动的实现纸板的夹紧与松开动作，并运用特殊齿轮组完成走纸的间歇运动和准确的定位。
实现与冲压模切的协调配合。
曲柄滑块机构能够精确的冲压模型，不容易出现图形失真的现象。
（3）机械的动力分析
直动推杆凸轮机构难以承受很大的生产阻力，不便长期在重载条件下工作，不能很好的满足冲压模切的力学要求。
模切机构添加了一个弹簧机构使得系统整体所承载的压力相对较小。
整个机构更耐用。
曲柄滑块机构设计，加工制造简单，使用寿命长，维修容易，经济成本低，虽然特殊齿轮组设计加工难度较大，成本偏高，但难以产生很大的生产阻力，不便长期在重载下工作。
综上所述，从机械功能的实现质量、机械运动分析、机械动力分析、机械结构合理性、机械经济性等各方面综合考虑，方案D各方面性能均优，故选择其为最优方案。
五、电动机的选型
1、类型和结构形式：
三相异步笼型交流电动机，封闭式，380V，Y型；
2、功率：
=5.897kw
（
---功率、
---生产阻力、s---有效模切行程、t’---周期、k---行程速比系数）
分别为皮带，轴承和齿轮的效率）
故
kw
3、转速：
（
=8~40分别为皮带和减速器的传动比）则
4、电动机方案选型
方案
型号
（kw）
转速r/min
重量
N
参考价格（元）
传动比
同步
满载
总传动比
V带
减速器
1
Y160M1-1
70
1350
58.6
2.8
20.93
2
Y160M-4
11
1800
29.2
2.5
11.68
3
Y160L-6
600
19.4
9.7
综上所述4点，最终选型为：
满载时
起动电流额定电流
起动转矩额定转矩
最大转矩额定转矩
电流
（380V）
效率
%
功率因数
2930
20.8
87.2
0.88
7.0
2.0
2.2
安装尺寸：
安装尺寸（mm）
外形尺寸（mm）
A
B
C
D
E
F
G
H
K
AB
AC
AD
HD
L
254
21
37
16
385
605
六、机械传动设计
（一）传动比的分配
1、总传动比：
29
2、分配传动比：
i12=29/25i23=5i34=5分别为皮带和减速器传动比），为使V型带传动外廓尺寸不至过大，初步取i12=29/25，i23=5则同理，按展开式考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，由展开式曲线，查得i34=5，考虑设计和系统维修方便设计主轴和送纸机构之间的传动比i45=1。
考虑到机构效率i56=2。
（三）齿轮组的设计
根据
（一）中传动比的分配设计以及整体尺寸综合考虑，查圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T1357—1987）得：
（1）、m1=2r1=100mmz1=100z2=d1/m1=100.
（2）、m2=2r2=60mmz2=60z2=d2/m2=60.
（3）、m3=2r3=50mmz1=50z2=d3/m3=50.
（4）、m4=6a4=180mmz=30
（三）轴承和键的设计
根据上述齿轮模数m和齿数z，求得相应直径d=mz，以及轴的转速（节轴的参数）等查深沟球轴承（GB/T276--1994）得下表：
轴代号
轴承尺寸/mm
基本额定载荷/kN
极限转速（r·
）
代号
安装尺寸/mm
d
脂
油
轴
15
35
5.6
7.65
3.72
202
20
32
0.6
45
85
19
1.1
31.5
20.5
7
52
78
50
90
35.0
23.2
67
83
800
1.5
33.4
19.2
8
44
71
65
120
23
57.2
40.
13
74
111
同上述，查普通平键（GB/T1096--1990）得
键的公称尺寸
键槽尺寸
b（h9）
h（h11）
L（h14）
t
公称
公差
5
10~56
3.0
+0.1
2.3
14
9
30~160
5.5
+0.2
3.8
10
45~180
6.0
4.3
22~110
5.0
3.3
12
56~220
7.5
4.9
6
14~70
3.5
（五）皮带的设计
R4’
R4
R6
R5
R8
R7
上图中齿轮R7为特殊齿轮
根据题目要求可知WR4=wR4’=50r/min.
所以有T6=1.2S令R6=400mm设模切时间为0.2S.得T7=0.8Sn7=1.25r/s
根据以上条件可知R7=384
令R8=450n7=n8=1.25r/s故V8=2π*1.25*450=1125π/s传送带长L=V8*T7=1125π*0.8=900π
（六）刚性弹簧夹及其配合凸轮的设计
刚性弹簧夹及其配合凸轮的尺寸如上，按设计要求配合凸轮只需完成在规定时间内将夹子顶开和松弛两个动作，故采用匀速运动规律即可满足运动要求。
虽然受刚性冲击，但是作用力很小，运动要求简单，所以可以满足设计要求。
故可得，推杆的位移曲线图如下：
其中
为模块上升时间，t为周期）
凸轮角速度为
转速：
（八）平面六杆滑块机构设计
机构的三维立体图如下：
机构的简化图如下：
AF=BD角ACB=角DCF所以ABC~CDF
因此AB/DF=BC/CD
由设计要求可得极位夹角θ=
H=50mm
在∆ABO中，由余弦定理得：
COSθ=（OA2+OB2-AB2）/（2*OB*OA）
又OA=EB-OEOE=r
根据以上分析，可取r=100mmAC=250mmCF=50mm带入以上公式可得
EB=260mm
（二）凸轮运动曲线图
附1：
模切机二维图和正等轴测图
附2：
机构三维立体图
附3：
特殊齿轮组的立体图
九、参考文献
1孔凌嘉，张春林主编.机械基础综合课程设计.北京：
北京理工大学出版社，2004
2周元康，林昌华，张海兵编著.机械设计课程设计.重庆：
重庆大学出版社，2001
3孙桓，陈作模，葛文杰主编.机械原理.北京：
高等教育出版社，2007
4曹惟庆等著.连杆机构的分析与综合.北京：
科学出版社，2002
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