剪板机设计.docx
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剪板机设计
机械原理课程设计说明书
设计题目：
剪板机设计
学院：
机械工程学院
班级：
机
设计者：
同组人：
学号：
指导老师：
目录
1．机构简介…………………………………………………3
2．执行机构的选择与比较…………………………………4
3．主要机构的设计…………………………………………5
4．机构运动分析……………………………………………6
5．原动机的选择……………………………………………7
6．传动机构的选择与比较…………………………………9
7．机械系统运动循环图……………………………………14
8.对结果的分析与体会……………………………………15
9．参考资料……………….…………………………………17
一﹑机构简介
1）剪板机，主要用于剪切金属板材，是重要的金属板材加工机器。
其不仅用于机械制造业，还是金属板材配送中心必不可少的装备，应用范围特别广泛。
剪板机按结构分为闸式剪板机和摆式剪板机两类；按传动方式分，有机械传动剪板机和液压传动剪板机两类。
2）现在，我们要设计的剪板机的是将卷料压平展开并将其剪成一定长度的铁板的机器，即将板料作定长度的间歇送进，在剪板短暂间歇时间内，剪刀在一定位置处将铁板剪断。
因此剪板机主要包括铁板输送机构和剪断机构。
3）设计数据要求
（1）原材料为成卷的板料。
每次输送铁板长度为L＝1900或2000或2200mm（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）。
二﹑执行机构的选择与比较
1）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。
2.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。
传动方案的确定
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，应注意以下种传动件的特性：
（1）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）链传动不均匀有冲击，不适用于高速级，应布置于低速级。
（3）斜齿圆柱齿轮传动的平稳，较直齿轮较好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
（7）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启动性能，有兼有齿轮机构等速转位的优点，适应性较广，但是性论机构往往制造比较困难。
（8）不完全齿轮机构结构简单，容易制造，工作可靠，十几时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。
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时间之比方便控制，利于达到要求时间比。
且受力情况较好，无刚性冲击。
剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能，能实现这个目的主要由液压传动和机械传动两种。
A液压传动方案
剪板机液压传动系统原理图如图2-1所示，其原理：
手动换向阀6推向左位（即左位接入系统），此时活塞在压力油的作用下向下运动，对板料进行剪切加工，当加工完成后，将阀6手柄推向右位（即右位接入系统），活塞向上运动，即刀片上抬，到了一定位置，将阀6手柄推入中位，这样活塞就停留在此位置不动。
然后剪切第二次时，重复上述操作。
手动换向阀6也可改为电气控制的换向阀，从而实现自动连续剪切，提高效率。
１.油箱２.粗过滤器３.液压泵4.溢流阀5.调速阀6.手动三位四通换向阀7.液压缸8.滑块
图2-1液压传动系统原理图
液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，但是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应的高，对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也相应的较高，而且液压系统不可避免的存在，泄露问题，会造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小[2]。
另外，液压剪板机的维修也不方便，需要掌握一定的专业知识，因此此次设计不选用此方案。
B机械传动方案
B.1凸轮机构方案
图2-2凸轮机构原理图
凸轮机构的工作原理如图2-2所示：
主轴的转动带动凸轮传动，凸轮升程时推动滑块（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。
B.2曲柄滑块机构方案
曲柄滑块机构的工作原理如图2-3所示：
通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。
图2-3曲柄滑块机构原理图
该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适[3]。
三﹑主要机构的设计
1﹑剪断机构的设计
方案一：
曲柄滑块机构简图
方案二：
曲柄摇杆机构
2传输机构的设计
方案一
方案二
综合考虑，本次剪板机设计的总体方案为电动机经过一级带轮减速及一级齿轮减速驱动主轴上的曲柄滑块机构，使滑块作往复运动，进行剪切动作，剪板机的剪切力是10吨，行程为22mm，每分钟剪板30次。
设计传动系统图如图3-1所示。
图3-1系统传动简图
四﹑机构运动分析
一．送料装置：
通过两个轮子的转动从而带动板料运动。
行程选用2000mm，按照图示机构有：
行程H=n
d，n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：
400mm。
又直径d=周长/
所以可算得直径为：
127.324mm。
此时滚子转动五圈即达到要求行程。
二．剪断机构
针轮的转动图示，转向为逆时针。
当转到图一位置时针轮的末齿刚喊脱离星轮，此时，星轮刚好停止转动，进入间歇阶段；直到针轮继续转动到图二位置，针轮的首齿与星轮接触推动星轮继续转动，间歇完成。
可知，星轮转动半周，针轮转动一周，完成一个传动周期。
设针轮按照理论匀速转动，则为了达到要求的时间比例，见间歇时间最多为总周期的1/10，所以由此可得：
间歇时针轮转动角为360*1/10=36（度）
设曲柄长度为50mm，则根据勾股定理可算得，块移动距离为：
S=r-r*cos18-（L-
。
其中L为连杆长度。
设连杆长度为500mm。
算得S=2.686mm。
刀具移动距离应大于板料厚度，所以如若直接将刀具安放于连杆所联接的滑块出则一般不能达到剪断板料的要求，因此，基需要再增加一个连杆放大刀具移动距离。
具体设计如图所示：
实际情况中，可根据板料具体厚度选择放大的比例，
五﹑原动机的选择
电动机数据及额定值选择：
型号：
我们选定下表所示的一些型号。
功率：
5.5Kw
电压：
交流220V。
频率：
50HZ±1。
转速：
3000r/min
型号
可剪板厚
（mm）
可剪板宽
（mm）
剪切角
材料强度
（N/mm）
后挡料调节范围（mm）
行程次数
（次/分）
主电机功率（Kw）
重量
（Kg）
外形尺寸L×W×H（mm）
QC12Y-4/2500液压摆式剪板机
4
2500
1°30′
≤450
20-500
16
5.5
5000
3040×1610×1620
QC12Y-4/3200液压摆式剪板机
4
3200
1°30′
≤450
20-500
13
5.5
6000
3840×1610×1620
QC12Y-4/4000液压摆式剪板机
4
4000
1°30′
≤450
20-600
10
5.5
7000
4600×1700×1700
六﹑传动机构的设计
星轮转动180度传动滚子转动五圈，由此可得，齿轮总传动比为1：
10
为均匀分布载荷，可初步确定个齿轮齿数；令两个大的主动齿轮1、3的齿数分别为100，60；从动小齿轮2、4的齿数分别为30，20；这样传动比刚好达到1：
10。
齿轮模数确定（参照机械原理第七版180页）
表10-1圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T1357—1987）
优先选用的模数有：
0.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050
（单位：
mm）
分度圆直径d=m*z，所以，初步选择模数为2，可得，各齿轮分度圆直径为
齿轮1：
d1=200mm齿轮2：
d2=60mm
齿轮3：
d3=120mm齿轮4：
d4=40mm
模数的确定也可根据实际工作的需要另行选定。
四．间歇传送机构
此处间歇传送机构采用星轮机构，为了让机构在运转时没有较大的刚性冲击，所以，设计星轮时，首先，必须让首末两针齿切向进入或对出星轮的齿槽；其次，针轮的首齿与其相啮合的第一个齿槽的啮合过程应使星轮逐渐加速直至正常速度为止，而针轮的末齿与星轮的最后一个齿槽的啮合过程，应使星轮逐渐减速直到停歇为止。
机构简图如下所示：
两个圆弧板起到锁止狐的作用转动一周有两个停歇段主动轮转一周，从动轮转半周。
星轮的边缘有齿槽，具体形状由运动曲线确定。
以为曲线复杂，故此处未画出齿槽具体形状。
机构传动总体示意图
机构的装配
由于此机构的传动部分和剪切部分由一个原动件输出功率，所以在机构的装配时需要有一定的要求，以保证时间上的合理配合。
主要是针轮所连接的两个构件星轮和连杆；装配时，星轮处于间歇中间时刻时，连杆达到最大位移。
即连杆此时所在平面过针轮的回转中心轴线。
如下图所示：
星轮的凹圆弧板的弧线中点处于针轮间歇中央，即此时星轮应经停歇1/20倍周期；连杆所联接的摇杆刚好达到顺时针最大转角。
机械装配效果图
七﹑机械系统运动循环图
八﹑对结果的分析与体会
我觉得这次的机械原理设计很有意义，首先锻炼了我们的团队意识，同时也让我们重新回顾了一下我们的所学知识，我认为只有将所学的知识应用到实践当中去，才是我们所学到的，通过对剪板机的设计，我意识到我学的知识还是不够稳定，我的知识还需要温习，相信通过我们组员的一起努力，我们的设计会很完美。
经过几天的研究设计，最终我们确定了剪板机的方案。
设计过程中我对各种机构进行了分析比较，也使我们对所学知识有了进一步的理解，通过比较选择了较为合理的运动构件以传动方案。
但因为个人能力有限，所以某些专业的知识本人没有做详细的讲解，也无法做讲解，但是这不影响机构的设计方案。
还有一些属于工厂实际情况而定的参数，也没有给出，这些都可以依据实际情况的不同而稍加改变。
九﹑参考文献
1冯文杰机械工程基础实验教程重庆大学出版社
2孙垣陈作模葛文杰机械原理第七版高等教育出版社
3刘鸿文理论力学第六版北京高等教育出版社
4诺顿RL机械设计----机器和机构的综合和分析
55[1]俞新陆，何德誉．锻压手册，第3卷，锻压车间设备．北京：
机械工业出版社，2002．
6[2]左健民．液压与气压传动．第三版．北京：
机械工业出版社,1996．
7梁应彪．板材剪切力的测试.北京：
锻压技术，1992，第六期
8徐灏.机械设计手册（1--5册）．第二版．北京：
机械工业出版社，2000.6
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