小型裁切機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要本課題內(nèi)容記錄了對小型自動裁紙機的整機機械設(shè)計的設(shè)計全過程，先是通過設(shè)計整機結(jié)構(gòu)，提出本次設(shè)計要達到的預(yù)期目標(biāo)，并對機器運行時的全部工作過程進行模塊化設(shè)計，在本次方案設(shè)計中，牽引裝置、裁切裝置是主要設(shè)計內(nèi)容，因此本次設(shè)計主要對牽引系統(tǒng)進行方案設(shè)計，基于設(shè)計尺寸的要求等，最終決定采用輥組形式為牽引系統(tǒng)主要內(nèi)容。本設(shè)計中還對裁切裝置進行創(chuàng)新，通過在刀組上裝配檢測定位移動系統(tǒng)，對刀組裁切時可通過程序控制裁切尺寸，由此完成對裁切的自動化設(shè)計。本次設(shè)計涉及的工作內(nèi)容有刀具的選擇和電機的選型、對機架基座的結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸設(shè)計，以及設(shè)計的分析計算過程，對主要部件如軸承的機械強度校核，還完成了本次設(shè)計所需主要零件的二維圖和機器整機的二維裝配圖以及三維建模裝配體等等。本次設(shè)計開題時，先完成了整機的三維建模，通過建模就能大致了解到機器工作運行時涉及到的主要系統(tǒng)模塊運動，三維建?？梢酝ㄟ^大學(xué)中所掌握的三維建模軟件Solidworks軟件來完成，之后可以對整機各個系統(tǒng)的方案設(shè)計，之后通過計算得到各個機構(gòu)以及零部件的尺寸，并通過二維軟件AutoCAD進行整體裝配圖的設(shè)計，并完成本次設(shè)計中主要零部件的二維圖，最后得到課題所需的最終設(shè)計。關(guān)鍵詞：整機設(shè)計；牽引裝置；裁切裝置；裁切刀組目錄16798第1章緒論 136681.1研究背景 1288811.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1164931.3本課題研究的內(nèi)容 3147411.4本章小結(jié) 428314第2章設(shè)計方案對比 594092.1設(shè)計分析 578332.2裁切系統(tǒng)方案對比 7185222.2.1裁切系統(tǒng)設(shè)計方案一 71742.2.2裁切系統(tǒng)設(shè)計方案二 711792.2.3設(shè)計方案對比及最終方案確定 7186962.3牽引系統(tǒng)方案對比 9180042.3.1牽引系統(tǒng)設(shè)計 9320452.3.2傳動設(shè)計方案一 10248552.3.3傳動設(shè)計方案二 1076502.3.4設(shè)計方案對比及最終方案確定 10266482.4本章小結(jié) 106437第3章小型自動裁紙機的整機設(shè)計 11252483.1整機工作尺寸選擇 1133863.2技術(shù)要求 11249623.3工作原理 12278623.4本章小結(jié) 1325860第4章介質(zhì)牽引裝置的設(shè)計 14219974.1牽引裝置的作用及組成 14161334.2輥組尺寸的設(shè)計 14142614.3同步帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計 1515215第5章主要零部件的設(shè)計 1825095.1縱切驅(qū)動部件的設(shè)計 18269435.2料卷放置的設(shè)計 1896555.3本章小結(jié) 1928826第6章結(jié)語 207423參考文獻 211744致謝 22第1章緒論1.1研究背景數(shù)字技術(shù)在印后方面的應(yīng)用，尤其是印后設(shè)備加工等數(shù)字印刷一體化解決方案的大量出現(xiàn)，個性印刷、按需印刷變?yōu)橛∷⑿袠I(yè)的新的發(fā)展趨勢之一。從目前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，西歐和美國的按需印刷市場的年均復(fù)合增長率已超過10%，印刷量的年均復(fù)合增長率已超過20%，表明按需印刷市場大有可為。隨著人們對產(chǎn)品外觀以及質(zhì)量要求的不斷提高，包裝印刷領(lǐng)域需求持續(xù)增長。目前，膠印機制造商與數(shù)字化技術(shù)制造商聯(lián)手開發(fā)數(shù)字化技術(shù)市場，面向個性化、商務(wù)化的包裝、印刷領(lǐng)域。國內(nèi)出版社、印刷廠都在關(guān)注數(shù)字化印刷技術(shù)對書籍出版、印刷的影響，因為我國書刊印刷產(chǎn)值與庫存已形成倒掛，按需出版印刷是今后的必由之路。在高速連續(xù)式彩色噴墨設(shè)備的推動下，按需印刷和出版市場取得積極增長，導(dǎo)致越來越多的制造商涉足印后加工設(shè)備，印后加工成了印刷行業(yè)發(fā)展的又一熱點。目前，國產(chǎn)裁切機大多不注重外觀設(shè)計，結(jié)構(gòu)單一，個性化設(shè)計方面考慮甚少，操作不便。大多國際專利提出的裝置，只有橫向切割的技術(shù)，部分專利提出一些新的形式雖兼有橫切和縱切，結(jié)構(gòu)形式也簡單，但對于卷繞不良、或者由于圖像本身印刷不精確，未完全平行于襯底的邊緣進行印刷的產(chǎn)品無法進行調(diào)整，精確裁切效果難以保證。因此，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單，布局優(yōu)化，操作便捷，能實現(xiàn)個性化裁切，高效節(jié)能，可方便移動的小型裁切機是必要的。目前，小型個性化裁切設(shè)備的使用范圍狹小，國內(nèi)對此研究較少，僅有幾款類似設(shè)備使用且在糾偏控制、裁切形式等方面還有待提升，隨著市場需求的發(fā)展，能實現(xiàn)按需裁切的小型小型裁切機必將廣泛推廣。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，雖然裁切設(shè)備種類繁多，規(guī)格和形式各有區(qū)別，但主要功能即裁切，按其裁切方式的不同，可分為分切機，裁切機（也叫橫切機）。分切機是一種將寬幅介質(zhì)分切成多條窄幅材料的機械設(shè)備。目前，國際知名的分切機主要用在衣服面料、紙張、復(fù)合材料，特別是航空復(fù)材，風(fēng)力葉片，汽車復(fù)材，玻纖布料下料等方面。裁切機與分切機基本功能模塊相同，不同的是裁切主要動作為橫切，即切斷材料，同時根據(jù)需求，兼有縱切功能。裁切機可以分為兩大類：平臺式和滾筒式，兩者原料形式不同。平臺式是平面系統(tǒng)，平臺起支撐作用，裁切頭在X、Y方向移動裁切圓，主要裁切大幅介質(zhì)，如圖1-1，量大且平直的物品是理想裁切方式。圖1-1平臺裁切機滾筒式裁切機應(yīng)用于柔性材料裁切，主要靠摩擦力或鏈輪傳動技術(shù)牽引介質(zhì)，如圖1-2所示，裁切頭在材料上方，在與材料進給方向垂直的軸向上往復(fù)移動裁切。圖1-2滾筒裁切機如今，在紙類介質(zhì)的裁切中，滾筒類裁切機是主要形式。滾筒類裁切機主要是兩種趨勢，一是圖1-2(b)所示的大型單機裁切，可與其它設(shè)備聯(lián)機工作，二是圖1-2(a)中的電動裁切機形式。具體介紹如下：1)大型裁切設(shè)備機械結(jié)構(gòu)一般分為四塊，放卷模塊、糾偏模塊、張力儲料模塊、裁切模塊。工作原理：人工上料，利用第一夾送輥的摩擦力牽引介質(zhì)；傳感器檢測介質(zhì)跑偏情況，反饋調(diào)整；張力儲料模塊通過浮動輥儲料并保持張緊。基本結(jié)構(gòu)如圖1-3。圖1-3裁切設(shè)備主要工作模塊2)小型自動裁切機小型小型裁切機結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，能實現(xiàn)卷材，片材的橫切，但一般功能單一，操縱性差。工作原理：卷筒紙可放置在卷筒架上，片材人工放置在臺面上，介質(zhì)通過內(nèi)部夾送輥傳動或人工推動，介質(zhì)通過滾刀往復(fù)實現(xiàn)橫切，此時卷筒紙靜止以方便裁切。存在問題：只有橫向切割的技術(shù)，需手動將紙旋轉(zhuǎn)90度，將其再次送入切紙器裁切。隨著印刷的發(fā)展，處理量的增加，人工操作修整不再被接受，自動化是發(fā)展趨勢。由此觀之，裁切機雖然形式不同，但都需要上料、介質(zhì)牽引、裁切幾大模塊。上料根據(jù)介質(zhì)形式分為卷材和片材，因此結(jié)構(gòu)略有不同。介質(zhì)傳輸主要依靠夾送輥牽引，為保證牽引效果，設(shè)有張力調(diào)節(jié)、跑偏糾正、導(dǎo)向及臺面支撐等結(jié)構(gòu)。裁切模塊根據(jù)裁切要求，分為橫切和縱切。1.3本課題研究的內(nèi)容隨著計算機技術(shù)和設(shè)計理論等的結(jié)合，對于機械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計已經(jīng)步入以現(xiàn)代設(shè)計理論為指導(dǎo)，以計算機技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計方法為輔助的時代。根據(jù)論文的設(shè)計要求，小型裁切機的機械設(shè)計主要利用solidworks軟件，通過建立三維模型，把每個功能模塊建立相應(yīng)的子零件模型，在建模過程中理清設(shè)計思路，查看并改進不合理結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)每個子零件模型進行總裝配工作，檢查整體協(xié)作功能。然后以模型為基礎(chǔ)，進行分析、計算及優(yōu)化，進而確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。論文設(shè)計一款小型的個性化裁切設(shè)備，對結(jié)構(gòu)形式簡潔性，設(shè)備可操作性提出很大要求，并對小型設(shè)備糾偏功能提出要求，通過1.3節(jié)裁切設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式調(diào)研，以原有的裁切設(shè)備和相近設(shè)備為基礎(chǔ)，借鑒或設(shè)計新的結(jié)構(gòu)形式，使其達到所需的要求。圖1-15為小型裁切機的設(shè)計流程。圖1-4小型裁切機設(shè)計流程圖1.4本章小結(jié)本章主要介紹了小型自動裁紙機的背景以及發(fā)展情況，通過市面上的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小型自動裁紙機還存在很多空缺，希望能夠設(shè)計出一款有特性功能的機器，并簡短的描述了小型自動裁紙機的主要功能。第2章設(shè)計方案對比2.1設(shè)計分析由緒論可知，本課題希望設(shè)計一個個性化裁切機器以滿足小型自動裁切機器的需求，小型裁切機的系統(tǒng)功能是指導(dǎo)整個開發(fā)設(shè)計的主要依據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的總功能及初始設(shè)計參數(shù)，細(xì)化成多個功能元求解，即功能原理法。論文設(shè)計主要運用功能原理分析法進行總體方案的研究。首先明確總體設(shè)計需要達到的功能，明確設(shè)計的任務(wù)。機械系統(tǒng)的整體設(shè)計方法，可采用“黑箱法”，黑箱法指僅已知輸入、輸出，而不了解其機械系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，進行設(shè)計的一種模式⑵]。根據(jù)待設(shè)計系統(tǒng)的輸入和輸出的能量流、信息流的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到系統(tǒng)的總功能。圖2-1是小型裁切機的黑箱示意圖，通過分析輸入和輸出，得出小型裁切機的總功能是實現(xiàn)印后介質(zhì)的精確裁切。確定系統(tǒng)總功能后，對總功能進行拆分，分成簡單的子功能，子功能的輸入量和輸出量關(guān)系更為明確，因而求解較為簡單，最后將子功能整合，從而設(shè)計出系統(tǒng)的總體方案。圖2-1小型裁切機黑箱示意圖應(yīng)用功能原理法對總功能的分解，得到四個主要功能模塊:上料放卷、牽引、輸送控制和裁切，這四個主要功能代表整個小型裁切機設(shè)計的核心內(nèi)容，如圖2-2所示。圖2-2小型自動裁切機功能原理樹圖圖2-4圖2-4小型裁切機功能原理樹狀圖根據(jù)市面上主流裁紙機的結(jié)構(gòu)進行調(diào)查，本次設(shè)計的裁紙機主要包括4個機構(gòu)，分別是裁切機構(gòu)，放卷機構(gòu)，牽引機構(gòu)，糾偏結(jié)構(gòu)，其中最主要的是牽引機構(gòu)和裁切機構(gòu)的設(shè)計，因此對小型自動裁紙機的整機設(shè)計時，應(yīng)針對以上機器裁切系統(tǒng)進行多個方案設(shè)計，并選擇合適的方案來完成整機設(shè)計。2.2裁切系統(tǒng)方案對比2.2.1裁切系統(tǒng)設(shè)計方案一小型自動裁紙機的主要工作內(nèi)容是完成固定尺寸紙張的裁切，所以對于裁切系統(tǒng)的設(shè)計就是本課題重點內(nèi)容。裁切方式主要分為橫切和縱切，在整個機器的裁切工作過程中，可把縱切和橫切分為單獨的工作模塊，兩者的工作狀態(tài)不相干擾。橫刀的工作是在介質(zhì)移動方向上的垂直邊線上對介質(zhì)進行裁切，可以采取圓盤切刀的形式，通過上下刀旋轉(zhuǎn)配合裁切介質(zhì)，裁切系統(tǒng)還有縱刀的設(shè)計，縱刀是裁切介質(zhì)隨牽引方向上的力，縱刀的裁切與橫切刀的工作方式相近，都可采用圓盤切刀的方式進行裁切，但又與橫切有所不同，在橫切刀之前設(shè)置有夾送輥，介質(zhì)通過夾送輥的牽引作用推送至橫切刀處加工，若在縱切刀處繼續(xù)增加一個夾送裝置，不但增加安裝難度，還會加長機器的尺寸，不利于整體結(jié)構(gòu)緊湊，布局優(yōu)化的實現(xiàn)。為解決這個問題，可以采用上下圓盤切刀安裝膠輪的方法，膠輪給提供裁切動力并帶動介質(zhì)前進的方式進行安裝。2.2.2裁切系統(tǒng)設(shè)計方案二裁切方式有很多種，可以參考市面上主要裁切機器的裁切裝置來選用切刀。橫切最常見的為斜刃裁切，即上刀為條刀，下刀起固定作用，通過將上刀抬起，給予上刀足夠的角度和足夠的力往下裁切，將介質(zhì)裁斷。其次是在縱切刀的選擇，圓盤刀與條刀配合，工作方式為上刀為圓盤刀，圓盤刀自身旋轉(zhuǎn)并沿條刀方向移動，通過上下刀刃裁切完成紙質(zhì)裁切。2.2.3設(shè)計方案對比及最終方案確定表2-1裁切設(shè)計方案對比方案一方案二橫切刀上下圓盤刀裁切斜刃裁切縱切刀圓盤刀與滾刀裁切圓盤刀與條刀配合在市場上的主流裁切機器中，都主要選用了斜刃裁切刀具，通過上刀上下運動并與下刀配合進行裁切，最終可將介質(zhì)橫邊裁斷以獲得所需尺寸。這種方式主要在大型尺寸的介質(zhì)中進行裁切，裁切刀運動時機器會產(chǎn)生極大的沖擊和振動，會對刀片很快造成磨損，對機器壽命會產(chǎn)生影響，并且本課題所設(shè)計機器的橫向方向尺寸最大值為841mm，在裁切時抬刀會占用更大的空間，對于本課題盡量縮小機器尺寸不適應(yīng)，在切紙時機器承受的沖擊以及載荷承載能力都會過大，因此方案二不適用本次設(shè)計。本課題選用上下圓盤刀裁切方式，選取的裁切刀不僅能夠提升裁切精度，減少誤差，還能減小裁切時的剪切應(yīng)力，減少刀具磨損。在縱刀安裝時，下刀還可以可以固定安裝在軸上，刀具跟隨軸轉(zhuǎn)動和上刀配合裁切介質(zhì)，上刀加裝膠輪，膠輪同下刀配合起到牽引夾送作用，上刀同時起裁切和牽引作用，這種方案不但可以減少機器尾部的夾送輥牽引裝置，減少安裝尺寸，使整機結(jié)構(gòu)更加緊湊，還有減少受力的功能，延長機器壽命。通過上表以及對比分析，裁切系統(tǒng)的選用最終決定選擇方案一。a圓盤刀配合b圓盤刀與條刀配合圖2-3不同方案裁切方式2.3牽引系統(tǒng)方案對比2.3.1牽引系統(tǒng)設(shè)計牽引系統(tǒng)主要機構(gòu)有牽引輥組，電機，傳動機構(gòu)。本系統(tǒng)優(yōu)選夾送輥為牽引機構(gòu)，其次是對傳動機構(gòu)進行選擇。夾送輥有兩個輥系，分為上下輥，兩輥通過摩擦傳動，將介質(zhì)向裁切系統(tǒng)方向牽引。上輥為活動端是主要送料輥，可以控制兩輥之間張緊程度以此調(diào)節(jié)送料時介質(zhì)的張力，下輥設(shè)置為固定輥，主要作用是主動送紙器，動力來源于傳動機構(gòu)。送紙器為增大摩擦力，提高耐磨性，提升牽引精度要求，可以選用精鋼砂輥。下圖為主動送紙器的表面放大圖像。圖2-4送紙器的表面對夾送輥的安裝還可以進行設(shè)計，為提升牽引能力，還可以對夾送輥之間的安裝方式進行設(shè)計，當(dāng)存在一定角度時，可以提升介質(zhì)與送紙器的包角，以此增加摩擦力。圖2-5夾送輥工作原理圖2.3.2傳動設(shè)計方案一常用的機械傳動有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動，也可將電機直接通過聯(lián)軸器連接于夾送的送紙器，為采用合理的傳動形式，下面對幾種傳動進行分析[2]。方案一首先可以對帶傳動進行分析，這種傳動方式在價格方面相對便宜，在性能方面結(jié)構(gòu)簡單且傳動平穩(wěn)，夾送輥需要穩(wěn)定的傳動比，適用于機構(gòu)之間的安裝，還能對傳動介質(zhì)緩沖，除此之外還能吸振，考慮到機器的運行時的環(huán)境要求，帶傳動是考慮的傳動方式之一。2.3.3傳動設(shè)計方案二鏈傳動相對于帶傳動，其優(yōu)點主要為過載能力強，環(huán)境適應(yīng)能力強等等。但在工作時其傳動平穩(wěn)性差，作為夾送輥的傳動方式會對夾送輥的工作性能產(chǎn)生影響，在工作過程易產(chǎn)升噪音和振動，不適用于辦公等小型自動場所，結(jié)合本次設(shè)計的要求，鏈傳動不選用為本次設(shè)計的傳動機構(gòu)。2.3.4設(shè)計方案對比及最終方案確定表2-2傳動方案對比方案一方案二牽引系統(tǒng)傳動機構(gòu)帶傳動鏈傳動若是考慮帶傳動方式，可選擇嚙合型傳動即同步帶傳動作為本次牽引系統(tǒng)主要傳動方式。由本次設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體安裝方式，傳動最優(yōu)選可選擇同步帶。2.4本章小結(jié)本章對小型自動裁紙機的兩個主要系統(tǒng)即裁切系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)的進行方案設(shè)計，首先對裁切系統(tǒng)進行設(shè)計，對刀組的形式進行選用，對橫刀刀組選擇了上下圓盤切刀配合裁切的方式，縱刀刀組采用上圓盤切刀下滾刀的配合形式，完成了縱刀組兼有裁切和牽引的功能；隨后對牽引系統(tǒng)的分析，其中包括夾送輥組的選用安裝和傳動機構(gòu)的選擇，完成了機器兩個主要系統(tǒng)的方案選擇。第3章小型自動裁紙機的整機設(shè)計3.1整機工作尺寸選擇機器通過輸送介質(zhì)到完成不同方向尺寸裁切的2個刀組，在刀組中完成加工以獲得所需要的尺寸；刀組分為橫切刀組和縱切刀組，橫刀刀組采用圓盤切刀的裁紙刀，驅(qū)動電機控制橫切組件在安裝的導(dǎo)軌上橫向移動，以裁切得到紙張時需要的尺寸。另一個刀組縱切刀組控制裁切紙張的另外尺寸，受步進電機的作用，夾送輥組通過摩擦力牽引介質(zhì)并控制介質(zhì)的速度和位移，牽引力間隔牽引紙張移動前進，紙張在通過夾送輥組的牽引作用下進行推送，紙張間隔停止移動，縱刀在指定位置上下裁切，得到需要的紙張尺寸，裁切完成后，停止間隔結(jié)束，電機控制夾送輥繼續(xù)往前移動。裁切機構(gòu)就完成了一個裁切過程。本課題設(shè)計裁切對象主要為辦公用紙或者廣告紙等印刷材料，所以可以通過參考市面上主流寫真機、打印機的尺寸，為提升人們在操作機器時的工作效率、提高操作人員操作的舒適度，可將機器的尺寸進行如下設(shè)計。由于機器可打印最大尺寸為A0，即1189x841mm，所以設(shè)計放料裝置高度在1300mm-1600mm，這樣既滿足裁切的要求，還能提升操作人員更換料卷的便捷程度，由于介質(zhì)裁切寬度最大為841mm，為機構(gòu)預(yù)留安裝尺寸，初步設(shè)定機器寬度為1000mm，并取本課題設(shè)計的裁切對象最大厚度為0.5mm。3.2技術(shù)要求1)小型自動裁紙機由電機、減速器、輥組、軸承、絲桿傳動裝置、裁切裝置、廢料收集裝置、切紙收集裝置、機架等幾個部分組成。2)小型自動裁紙機要求能牽引卷筒上料卷輸送至裁切機構(gòu)進行裁切加工。3)料卷的最大直徑尺寸為10cm，最大重量約為10kg。4)根據(jù)刀具厚度，要求裁切精度在+/-1mm。5)介質(zhì)可裁切最大尺寸為A0，即1189x841mm。6)介質(zhì)可裁切最大尺寸為A4,即297x210mm。7)設(shè)定單次裁切，介質(zhì)最大厚度為0.3mm。8)將縱切裁切方向設(shè)計為可調(diào)節(jié)尺寸。9)要求機器能夠正常運行，整機結(jié)構(gòu)要盡量緊湊，縮小占用空間。10)介質(zhì)牽引速度為0.3m/s小型自動裁紙機的組成及各部分的作用小型自動裁紙機是由電機、輥組、裁切裝置、滑動導(dǎo)軌、橫切組件滑塊、機架等幾個部分組成。電機：小型自動裁紙機的原動件，它分別為為夾送輥組和裁紙裝置提供動力。夾送輥組：小型自動裁切機的牽引機構(gòu)，在小型自動裁紙機工作時通過傳動機構(gòu)獲得動力，將介質(zhì)單向牽引牽引至下一系統(tǒng)。裁切裝置：是小型自動裁紙機的執(zhí)行元件，通過電機提供動力經(jīng)傳動機構(gòu)帶動刀具旋轉(zhuǎn)，對介質(zhì)進行裁切，最終得到不同尺寸介質(zhì)的裝置?；瑒訉?dǎo)軌：為橫切組件的移動定位提供引導(dǎo)作用，并對橫切組件的移動方向提供固定作用，自身可以通過螺紋螺母固定在機架上。橫切組件滑塊：安裝在導(dǎo)軌上，可以固定在導(dǎo)軌上移動已完成裁切所需要的橫切，其上安裝有刀組，負(fù)責(zé)整個裁切裝置的定位工作。機架：是小型自動裁紙機的主體部分，主體部分材料是金屬，為減輕重量和保護操作人員安全，外殼用塑料制成。它可以起到對上面的各個裝置的承接和裝配作用。3.3工作原理整機工作過程大致如下所示：裝置上裁切開始按鈕，按下按鈕控制機器啟動或停止，啟動時牽引系統(tǒng)啟動，將介質(zhì)向前輸送。裁切裝置有兩個，當(dāng)?shù)诙€裁切裝置縱切刀組安裝的傳感器感應(yīng)到介質(zhì)時，此時發(fā)送信號到控制器，控制橫切圓盤刀上下移動到指定裁切位置，此時所有裁切裝置起轉(zhuǎn)，橫切組件開始在導(dǎo)軌x方向上的往復(fù)切割運動。于是就開始了兩個刀組裁切介質(zhì)的工作。當(dāng)按停止按鈕時，上下圓盤刀首先退回，退回完成后刀具停止轉(zhuǎn)動，同時牽引系統(tǒng)停止?fàn)恳ぷ鳎髾M切組件回到原本位置，操作人員可以取出紙張收集裝置中的成品，以及完成廢料的處理工作。3.4本章小結(jié)本章主要介紹了小型自動裁紙機的整機設(shè)計和參數(shù)要求，同時介紹了機器各個零部件的主要功能，還有簡單的描述了小型自動裁紙機的大致工作過程。第4章介質(zhì)牽引裝置的設(shè)計4.1牽引裝置的作用及組成空心輥可將軸承安于內(nèi)部,通過一根通軸固定,也可利用堵頭與空心鋼輥焊接，采用實心輥安裝方式。輥的結(jié)構(gòu)形式及直徑?jīng)Q定了輥的受力，裁切機幅寬較大，輥受力類似于簡支梁，為設(shè)計棍的尺寸，需進行受力計算。已知鋼的彈性模量，密度取。輥組的計算類似簡支梁計算，其上受力均為均勻載荷作用，查材料力學(xué)1(第6版)可得最大撓度計算公式及撓度要求,由受力要求設(shè)計輥的尺寸。撓度計算公式如下:其中，B為輥長度；E為材料彈性模量；I為慣性矩，q為均勻分布載荷張力輥是空心輥，配合套在直徑為40mm的軸承上，其上均勻分布載荷為自身重力，即,總長為900mm最大工作面長度為850mm，預(yù)留工作長度為50mm，所以可知其撓度為將已知參數(shù)和公式帶入整理可得：本課題共設(shè)計有兩組牽引裝置。第一組牽引裝置設(shè)為夾送輥，主要功能是把介質(zhì)穩(wěn)定的輸送到裁紙裝置上進行裁切，第二組為兼有裁切裝置和牽引裝置的縱刀裝置，作用是在裁切裝置完成裁切后，通過安裝在縱切刀組上的牽引裝置，最終把廢料送至收集裝置中。牽引裝置主要由電機，軸承，膠輪，聯(lián)軸器組成。電機通過聯(lián)軸器連接軸承，帶動安裝在軸承上的夾送輥組轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)牽引介質(zhì)的功能。4.2輥組尺寸的設(shè)計牽引力足夠，可以不增加，以增大包角提升牽引力，此時工作示意圖如下圖4-1所示圖4-1夾送輥工作示意圖其中摩擦力與夾送輥壓緊力的關(guān)系為壓力與上輥之和即4.3同步帶傳動系統(tǒng)的設(shè)計電機轉(zhuǎn)速電機軸角速度為電機軸角加速度為計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為拉動料卷轉(zhuǎn)矩T和軸承摩擦力矩Tf，其中，。根據(jù)設(shè)計可知，三組輥皆為兩側(cè)安裝軸承，內(nèi)圈直徑分別為10mm，20mm，20mm，受力為輥的重力，分別為37N，92N，67N，，可得軸承摩擦力矩分別為2.775×104N.m，1.38×103N.m，1.005×103N.m，由前面可知，拉力為68.51N，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL電機軸轉(zhuǎn)矩TLM為計算電機軸加速轉(zhuǎn)矩(克服慣量)T=JB所以折算到電機軸上的負(fù)載慣量JL=0.4282kg.m2，電機軸加速轉(zhuǎn)矩TS為總轉(zhuǎn)矩送料速度為0.3m/s，送紙器直徑為0.025m，所以周長C為轉(zhuǎn)速取均值為換算成動力軸轉(zhuǎn)速為225r/min，取傳動比i為2，得電機轉(zhuǎn)速為450r/min。其中，Tq為扭矩N.m；n為轉(zhuǎn)速節(jié)圓直徑d1帶速v為確定軸間距及帶長。根據(jù)結(jié)構(gòu)及公式得a0取值范圍60.158mm~171.88mm，根據(jù)設(shè)計安裝空間，初定a0為100mm。帶長根據(jù)公式代入?yún)?shù)：得到帶長L0=337.04mm。根據(jù)機械設(shè)計手冊帶輪選型中表：“圓弧齒同步帶的節(jié)線長系列及極限偏差”(JB/T7512.2-1994)選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長Lp(節(jié)線長即周長)為339mm，其齒數(shù)為113。實際軸間距確定帶寬，根據(jù)圓弧齒同步帶帶寬公式滑塊負(fù)荷計算，受力分析。已知n約為20mm，c約為37mm，重量W為0.027Kn最大工作負(fù)荷Pc的計算等于Pmax與預(yù)壓力Pz的總和壽命計算其中，為負(fù)荷系數(shù)，取2.0，F(xiàn)為工作載荷第5章主要零部件的設(shè)計5.1縱切驅(qū)動部件的設(shè)計通過第二章的設(shè)計，對縱切刀組設(shè)計成，電機通過軸承給驅(qū)動軸提供動力，驅(qū)動軸輸出為旋轉(zhuǎn)動力給膠輪輸入動力，最后裁切刀的成膠輪帶動旋轉(zhuǎn)，這就是裁切刀的動力來源。前面提高縱刀組即是裁切裝置也可以作為牽引裝置，即縱刀進行裁切，膠輪在驅(qū)動軸帶動下轉(zhuǎn)動，上下膠輪配合對介質(zhì)進行牽引運動，為保證膠輪與驅(qū)動軸能夠同方向同速度轉(zhuǎn)動，除對膠輪尺寸和刀具選型以外，還需對對軸承進行選擇。第三章整機設(shè)計中選取夾送輥牽引速度為0.3m/s，為滿足牽引中介質(zhì)的張力，作為第二牽引裝置的膠輪速度設(shè)置需比夾送輥稍大，可取膠輪線速度為0.32m/s，選取膠輪直接為60mm，刀具直徑為62mm，橫切刀組已經(jīng)介質(zhì)裁斷，縱刀組收到的介質(zhì)阻力矩很小，可以忽略，主要的阻力矩來自驅(qū)動刀軸和同方向上兩把裁切刀，單把刀和膠輪總重為0.56kg，軸的重量為1.4kg所以阻力矩為M=0.2N*M.采用同步帶計算，傳動比為1：1。由此可選擇電機參數(shù)步進電機步距角1.8°靜力矩0.3N.M5.2料卷放置的設(shè)計機架的設(shè)計要求應(yīng)滿足第一章提出的結(jié)構(gòu)緊湊，縮小尺寸要求，還應(yīng)簡潔美觀，從走紙到紙張收集裝置都可以采用一體式，整體框架中具有支撐作用的結(jié)構(gòu)都采用便宜耐用的金屬材料，主體結(jié)構(gòu)滿足之后，機架可以用塑料等硬質(zhì)材料減輕重量，如卷料的安裝。考慮到卷料總體的重量，料卷的安裝采用鈑金件結(jié)構(gòu)支撐固定。還可以對卷料安裝設(shè)計有兩種不同放料方式，分別為有前置放料和后置放料的方式，前置放卷有三組張力輥，可以滿足牽引過程中張力的要求，相較于臥式機架，這兩種方式在傳動牽引時能夠縮小牽引介質(zhì)所占的空間，即介質(zhì)可以在y軸方向上進行輸送。ab兩種方式都可以滿足縮小占用空間的條件，但b放置方式更有優(yōu)勢，操作人員在換料操作時更方便，符合人體工程學(xué)的設(shè)計，提升舒適度。下圖為料卷放置方式的設(shè)計a前置放卷b后置放卷圖5-1料卷放置方式5.3本章小結(jié)本章主要是介紹了小型自動裁紙機主要零部件的設(shè)計，對縱切刀進行選擇，對機架主體進行材料選擇，并選用不同形式的料卷安裝方式進行分析。第6章結(jié)語論文的研究對象為自動裁切設(shè)備，針對現(xiàn)有的大型裁切設(shè)備，設(shè)計了一款新型的小型小型裁切機，對糾偏結(jié)構(gòu)、裁切刀等結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新，以提高設(shè)備的裁切效果。論文完成了總體的方案設(shè)計，具體結(jié)構(gòu)的建模，關(guān)鍵部件的計算選型、驗證，傳動元器件的選型，整機布局優(yōu)化及關(guān)鍵工作部件的強度分析。本文的主要研究成果如下：根據(jù)待裁切介質(zhì)