剪板机最后版设计计算说明书机械原理课程设计.docx
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剪板机最后版设计计算说明书机械原理课程设计
机械原理课程设计任务书
剪板机设计
一、目的任务
机械原理课程设计是工科院校学生在大学期间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，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、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
（1）原材料为成卷的板料。
每次输送铁板长度为L＝1600/1700/1800/1900/
2000/2100/2200/2300（设计时任选一种）。
（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，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、方案设计提示
将铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择：
（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。
大致有几条途径：
（1）利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；
（2）利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；
（3）利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；
（4）其它。
工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便。
运动可靠等优点，但在动力性能、动停比（运动时间和停歇时间之比）方面很难满足设计要求。
所以常用组合机构来满足设计要求。
4、设计任务及要求
①根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
②进行铁板输送机构和剪断机构的选型；
③机械运动方案的评定和选择；
④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，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图
⑤对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
⑥对执行机构进行运动分析，画出运动线图；
⑦画出机械运动方案简图；
⑧编写设计计算说明书。
三、时间安排
本次课程设计可按以下几个步骤及进度进行：
时间
内容
第
十
九
周
第1天
布置题目，方案讨论
第2天
分析工艺动作，拟定运动循环图
第3天
运动方案的制定、评价、选择
第4天
运动方案的制定、评价、选择
第5天
确定各传动机构的尺寸、参数
第
二
十
周
第1天
机构设计、分析
第2天
机构设计、分析
第3天
绘图
第4天
编写、整理设计说明书
第5天
答辩
四、设计工作要求
针对选定的设计题目与要求，通过参阅有关教材、设计指导书、图册等，进行机构方案确定、机构设计计算与分析、机构运动简图设计等，在规定的时间内，完成整个设计，答辩并上交以下资料：
（1）机构运动简图一张（CADA3或A4图纸），包括机构运动循环图，如使用连杆机构则应进行运动和动力分析，凸轮机构则应包括凸轮廓线设计图，齿轮机构则需确定齿轮参数；
（2）设计计算说明书一份（封面及内容书写格式要规范，不少于3000字）。
五、成绩评定
（1）实习考核方式
考核内容主要根据学生平时的出勤、工作量、独立设计能力、设计说明书和图纸的质量，设计完成后应进行答辩，对设计进行总结。
指导教师应针对学生课程设计中的内容进行提问，同时考察学生的理论分析、设计能力。
课程设计成绩应根据出勤、提交设计成果的质量及答辩情况综合评定。
按照优秀、良好、中等、及格、不及格五级分制考核评定。
（2）实习成绩评定标准
评分标准
序号
项目
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
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
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
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
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
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
机械剪板机课程设计
摘要
剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。
剪切能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并减少板材扭曲，以获得高质量的工件。
板金行业的下料剪切工具，广泛适用于机械工业，治金工业，等各种机械行业，主要作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。
关键字:
剪板机,传动系统,组合结构,剪切系统.
前言
剪板机主要功能是能将卷料展开并剪成一定长度的铁板,即将板料作定长度的间歇送在板料短暂的停歇时间内,剪刀在一定位置上将铁板剪断。
设计要求:
原材料为成卷的板料。
每次输送铁板长度为1900mm;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,铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的1.5倍,;输送机构运转应平稳,振动和冲击应尽量小。
剪板频率为30次/分钟。
根据给定的设计条件，先进行动力参数计算、运动参数计算，然后进行结构设计，绘制传动系统展开图草图，再进行主要零件的强度或刚度计算，根据计算结果草图后，进行加深，最后编写设计计算说明书。
一.剪板机课程设计的方案设计
1.1.剪板机的发展现状
在使用金属材料较多的部门,都根据尺寸要求对板材进行切断加工,所以剪板机就成为各个工业部门使用最为广泛的板料剪断设备.我国的剪板机得到了迅速发展,结构不断更新,规格不断齐全,但是与世界上工业发达的国家相比,我国锻压设备的技术和水平还有一定的差距,如规则不全,特别是高,精,尖的锻压设备还有些依赖进口.主机可靠性和自动化还有待进一步提高,在国际市场上缺乏竞争力,锻压设备比例不合理等等问题,为了适应科学技术的发展和锻压生产的需要,满足国内装备制造业的需求,扩大出口创汇,促进经济发展,应该加快我国锻压设备制造业的发展,改造传统设备加快科技进步和技术
1.2.课程设计的内容
（一）进行铁板输送机构和剪断机构的选型;
（二）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图;
（三）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;
（四）机械运动方案的评定和选择;
（五）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算
（六）进行上机计算分析见检验设计方案;
（七）画出机械运动方案简图，运动循环和传动方案图;
（八）完成设计计算说明书一份。
1.3.设计思路
我们组本次的设计课题主要从三个方面去考虑---送料机构,传动机构,剪断机构等三个方面.
1.3.1.送料机构:
如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置；
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。
1.3.2.传动机构:
可以使用、凸轮机构、连杆机构、曲柄摇杆机构，或者采用它们的组合机构等都能完成此项运动，但要根据具体的情况具体的分析，选择比较合理的方案进行设计，但是为了使工作效率更高，应该保证整体机构的一致性。
1.3.3.剪断机构:
剪断机构不仅要确保有足够的剪切力,还要确定要有急回运动,剪切完毕后立马回刀,既要简单易操作,又要确保构件正常运行.强度刚度也要有一定的指标,
1.4.机构的原理分析
1.4.1.剪板机的整体运行流程
1.4.2.两个方面考虑机构的选择：
4.2.1如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置；
4.2.2.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。
1.4.3.大致有以下几条途径：
（1）利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；
（2）利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；
（3）利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；
（4）其它。
工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便、运动可靠等优点。
但在动力性能、动停比（运动时间和停歇时间之比）方面很难满足设计要求，所以常用组合机构来满足设计要求。
1.5.进料机构的分析与选择
1.5.1.选择方案图
图1.5.1进料机构图
1.5.2.原理分析
通过两个轮子的转动从而带动板料运动。
行程选用1900mm，按照图示机构有：
行程H=ndn为滚子转动圈数，d为滚子直径。
为方便设计传动比选用滚子周长为：
380mm又直径d=周长/π所以可算得直径为：
121.019mm此时滚子转动5圈即达到要求行程。
二.传动件的特性及其选择
2.1.各种传动机构原理分析
合理的传动方案首先要满足工作机的性能要求适应工作条件工作可靠此外还应使传动装置的结构简单尺寸紧凑加工方便成本低廉传动效率高和使用维修方便，要同时满足这些要求是比较困难的因此要通过分析比较多种传递方案选择出保证重点要求的最佳传动方案。
当采用由几种传动形式组成的多级传动时，要充分考虑各种传动形式的特点合理的分配其传动顺序。
在选择时，应注意以下几种传动件的特性：
2.1.1带传动
带传动的承载能力小，传递相同转矩时结构尺寸较其它传动形大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此，宜布置在高速级。
2.1.2斜齿圆柱齿轮传动
斜齿圆柱齿轮传动平稳，比直齿轮好，适合用在高速级或要求传动平稳的场合。
2.1.3开式直齿圆柱齿轮传动
开式直齿圆柱齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，因而磨损严重，寿命较短，应布置在低速级。
2.1.4圆锥齿轮传动
圆锥齿轮传动只用于需要改变轴的布置方向的场合。
由于圆锥齿轮加工比较困难，所以应将其布置在传动的高速级，并限制传动比，以减小直径和模数。
2.1.5蜗杆传动
蜗杆传动可以实现较大的传动比，结构紧凑，传动平稳，但传动效率较低，
故使用于中小功率的高速传动中。
2.1.6星轮机构传动
星轮机构可以实现间歇传动且无刚性冲击同时兼有槽轮机构的起动性能，有兼有齿轮机构等速转位的优点，适应性较广，但是星轮机构往往制造比较困难。
2.1.7不完全齿轮机构传动
不完全齿轮机构结构简单，容易制造工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。
其缺点是有较大的冲击，所以只适用于低速、轻载场合。
2.2.最终方案确定
综上所述，考虑各方面，选择带传动和直齿圆柱齿轮进行若干个减速级和两个加速级的传动，利用星轮作间歇传动。
传动方案采用v带传动，齿轮传动。
优点：
结构简单，传动平稳；成本低廉；过载保护；缓冲吸振。
采用窄v带传动，传动效率较高。
可承受较大的预紧力，速度快、挠曲次数高，还可减少带传动的尺寸。
利用星轮做间歇传动，虽然制造比较困难，但是此机构的传动时间和间歇式间之比方便控制，利于达到要求时间比。
且受力情况较好，无刚性冲击。
三.间歇传动轮系的分析与选择
3.1.方案一凸轮传动机构
图3-1凸轮机构
凸轮机构的工作原理如图所示：
主轴的转动带动凸轮传动，凸轮推程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。
回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始位置，准备下一个动作循环。
凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。
缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该方案不予采用
3.2.方案二.棘轮传动机构
图3-2棘轮机构
棘轮机构可将摇杆的连续往复摆动变换为棘轮的单向间歇运动，而且棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大的范围内调节，并具有结构简单、制造方便、运动可靠等优点。
七缺点是工作时有较大的冲击和噪声，运动精度较差。
所以常作用于低速和载荷不大的场合.
3.3.方案三.槽轮机构
图3-3槽轮机构
槽轮机构可将主动拨盘的等速回转运动变换为槽轮是董事听的间歌运动，并
机械原理课程设计且具有结构简单、外形尺寸小，机械效率高，以及能较平稳地、间歇的进行转位等优点。
但存在柔性冲击的缺点，故常用语速度不太高的场合。
3.4.方案四:
不完全齿轮传动机构
不完全齿轮传动机构运动易实现;调整从动轮的齿轮分布,就能实现运动时间与停歇时间的要求。
当主动轮作连续回转运动时从动轮作间歇会转运动。
3.5.最终方案的确定
不完全齿轮机构结构简单,容易制造工作可靠,运动时间工作时间可在较大比例范围内变化.因此选用不完全齿轮机构.如下图所示:
图3-5不完全齿轮机构
四.剪断机构的分析与选择
4.1.凸论剪断机构
剪断机构之中含有间歇机构，首先我想到了这里可以利用一下凸轮机构
图4-1凸轮剪断机构
该机构的原理就是：
在凸轮上设有近休止角，通过凸轮的连续转动，会推动杆上的滚子向下移动，当滚子移动到最底点的时候，推论开始走回程角，在这期间由于凸轮不会给滚子向上的力，所以需要另外的向上的推理，之后就想到在杆上面加一根弹簧，让杆件能够紧贴着凸轮自动回位。
但由于该机构不能提供剪切铁板足够强的力，又没有急回运动，而且也需要发动机提供较高的功率。
弹簧的一直运动易出现损坏，使整个机构瘫痪。
所以没有采用此方案
4.2.圆柱连杆剪断机构
图4-2圆柱连杆剪断机构
圆柱凸轮也是一个具有间歇进刀能力的机构。
只要运动函数为5次函数或是正弦函数即可。
设计也比较简单，但是工艺性能比较不好。
该机构还有一个很大的缺点就是会出现力不足的情况，力不足会导致剪板无法剪断，若不能实现剪断工艺，那么机构便不能采用了.
4.3.最终确定方案
通过以上建议采用的最佳机构就为杆件机构，因为力学性能好，轻便，只需传动角大于40°就可。
通过对杆的应用，可以非常有效的实现，间歇的运动，不仅如此，力也会很大，而且还具有急回运动。
因此最后采用如下图所示连杆机构.
图4-3连杆机构
4.4.传送系统的分析与选择
4.4.1.传动机构一：
皮带轮
图4-4-1皮带传动
优点：
传送距离远
不足：
摩擦较大，效率低
4..4.2.传动机构二：
链轮传动
图4-4-2链轮传动
优点：
传动距离远，力度较大
不足：
成本高,但是考虑多次使用以及循环利用磨损率.最终确定使用链轮传动.
4.5.剪板机最终整体结构
在经过上述对于整个剪板机各部分各机构（送料机构,传动机构,剪断机构）的优缺点的分析及选择,结合实际,综合考虑得出如下图所示的整体结构.
图4-5剪板机整体机构
4.6.机械系统的运动循环图
通过以上的方案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，当机构运动1900mm的时候就需要停歇一次，而在此过程的时候，剪刀就要下降，开始剪切板料。
而当板料剪切完毕时，要进行退刀，此过程完成之后才可以进行下一个循环。
当机构向前输送板料的时候，不完全齿轮的从动件会有一个转角在运动，当板料到达1900mm的时候，这个时候主动的不完全之轮要进入锁止弧，这个时候板料就会停止输送，但是不完全齿轮的主动件还在继续转动，当切刀的剪切工作完成之后，恰好在这个时候锁止弧正好完全退出，此时从动件的不完全齿轮继续转动。
以此来往复循环的来做这些动作。
图4-6工作过程图
五.各机构参数分析及计算
5.1发动机的选择：
从发动级的功率以及转速上考虑，要实现以上的方案，尽量选择转速较低，发动机功率较高的发动机。
通过在网上搜索发现大多数剪板机的制造厂生产的剪板机的发动机功率约在5kw以上，通过查询发动机型号表找到一款速度比较低而且功率较高的发动机。
型号为：
Y160L-8型发动机功率为7.5kw转速为720r/min。
因为板料长度选定为1900mm。
通过圆整计算可设输送带上的滚子周长为475mm。
由此可以确定滚子的直径
L=1900/4=475mm
d=500/π≈131.273mm
由以上的结果可知：
板料每输送1900mm此时滚子转动了4圈。
如果设板料每输送1900mm为一个周期，此时一个周期滚子要转动4周。
5.2不完全齿轮的设计及计算
通过课程设计说明书的要求：
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。
由上面一段话可以知道：
若设板料输送时间为x，那么剪断工艺的时间就为1/15x，
板料的停歇时间就是1/15xＸ1.5=0.1x。
设一个工作周期的时间为t，那么输送的时间就是10/11t,
停歇的时间就是1/11t。
通过以上的计算，那么不完全齿轮的一周转动中，
有10/11的运行时间里是转动，有1/11的时间是停歇，
由此可知不完全齿轮的间歇角为360°*1/11≈32.73°
这么计算就可以知道，不完全齿轮的间歇角α≤32.73°才能符合设计任务的要求。
为了后面圆整的计算，不完全齿轮的间歇角设置为30°，这样不完全齿轮就有330°的输送和30°的停歇。
这样通过对正常齿轮的设计可知，可以把不完全齿轮设置为22个齿，其中有两个22个齿所占的角度为330°，剩下的30°设置为锁止弧。
这时候就可以对不完全齿轮的尺寸进行计算了。
理论上如果该齿轮是完整齿轮齿数应该为24个。
根据d=mz确定分度圆直径。
模数的选择可以参照机械原理第七版第180页的圆柱齿轮标准模数系列表。
第一系列0.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.5
22.5345681012162025324050
第二系列0.350.70.91.752.252.75（3.25）3.5（3.75）4.5
5.5.（6.5）79（11）14182228（30）3645
表5-2齿轮模数表
注：
选用模数时，应优先采用第一系列，其次是而系列，括号内的模数尽可能不用。
通过以上的的模数选择不完全此轮的模数为m=6mm。
这样就确定了不完全齿轮的分度圆半径为d=144mm，为了计算方便，所用的两个不完全齿轮分度圆半径要一样，这样通过标准安装可知道两个不完全齿轮的中心距a=144mm。
5.3.发动机到输送板料滚子的传动比的计算
通过网上信息的查阅知道，剪板机的工作周期大约为1分钟工作25~45次。
为了圆整计算这里取剪板机的工作周期为30次/min。
发动机的转速为720r/min，但是经过不完全齿轮的间歇运动，一分钟实际不完全齿轮的从动轮值转动了
720Ｘ（330/360）=660圈
一分钟可供板料输送的次数为660/4=165
但是实际只需要做30次。
通过传动比来对以上进行转化所需要的传动比为
i=165/30=5.5
所以发动机到滚子之间的转动比转换要为5.5就够了。
5.4.传动机构所有构件的添加计算
传动机构可以采用的传动方法有
1）链轮传动
2）齿轮传动
3）带轮传动
因为传送机构所需要的力不大，所以最方便的传动方案就是选择带轮传动，因为其不仅制作工艺简单，相对其他造价也比较低廉。
因为所需要的传动比为5.5，如果用一对带轮传动来完成5.5的传动比，所需要的两个轮子，其中的大轮尺寸会过大，或小轮的尺寸过小，尺寸过小导致误差容易增加，尺寸过大会增加整个机构的体积，造价也会增加很多。
所以为了方便，最好把5.5的传动比分成2.75传动比与2传动比。
这样就可以用两对带轮来实现5.5传动比的传动了。
这样其中的一对带轮，尺寸可以分别设置为50mm与137.5mm
另一对带轮的尺寸可以分别设置为50mm与100mm
5.5.执行机构的设计计算
通过对上面传动机构的设计后，下面开始进行执行机构也就是剪刀的剪切机构的设计，因为以上的周期已经算出，每分钟会输送30次2米长的距离，那么剪刀就会在这一分钟内由曲柄转动30周，就是曲柄的转速为30r/min。
由发动机输出的转速为720r/min。
由此可以计算出发动机到曲柄的传动比i=720/30=24。
在发动机与曲柄之间又不可以使用带传动，因为剪力很大，可能出现无法剪断，或者出现误差，这样导致计算不够精确。
所以不能由第一步的传动机构来进行转换传动比，链传动能量损失较大也不适宜.
但是如果用普通的齿轮传动又会出现齿轮过大，或是齿轮较多，机构更加复杂，而且造价较高，惯性质量较大，也不适合采用，那么可以对普通的直齿圆柱齿轮进行改进，得到新的机构来实现大传动比，最好的改进办法就是采用行星轮。
这样不仅实现了大传动比，而且机构也相对简单，而且也不会出现齿轮过大，机构过重。
①执行机构行星轮的设计
设发动机为构件1输出机构的曲柄为系杆则有：
行星轮的传动比
i1H=1-iH13=1-Z2Z3/Z1Z2’=24由此可得这样可以通过试算法得到一个合理的
图5-5执行机构图
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