1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 剪板機(jī) 成 員 指導(dǎo)教師 2014年7月18日前言1 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一剪板機(jī)械，主要功能是能將卷料展開并剪成一定長度的鐵板，即將板料作定長度的間歇送進(jìn)，在板料短暫的停歇時(shí)間內(nèi)，剪刀在一定位置上將鐵板剪斷。設(shè)計(jì)要求：原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度為2000mm；每次輸送鐵板到達(dá)規(guī)定長度后，鐵板稍停，以待剪板機(jī)構(gòu)將其剪斷。剪斷工藝所需時(shí)間約為鐵板輸送周期的十五分之一，鐵板停歇時(shí)間不超過剪斷工藝時(shí)間的1.5倍，；輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)，振動(dòng)和沖擊應(yīng)盡量小。 剪板頻率為30次/分鐘。2 項(xiàng)目組成員及分工成員任務(wù)分工機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，ppt制作，運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，大圖繪

2、制，尺寸計(jì)算 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維圖制作，尺寸計(jì)算機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，說明書編寫，尺寸計(jì)算目錄一選題意義.1二原理分析.2三.設(shè)計(jì)方案及選擇.3 3.1設(shè)計(jì)方案分析.3 3.2設(shè)計(jì)方案選擇.3 3.2.1間歇傳動(dòng)輪系的分析與選擇.3 3.2.2剪短傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與選擇.54. 選用機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì).7 4.1機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算.7 4.2間歇傳動(dòng)輪系的直徑與轉(zhuǎn)速的確定.7 4.2.1傳動(dòng)分析.7 4.2.2數(shù)據(jù)計(jì)算.7 4.3剪斷傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸確定.9 4.3.1傳動(dòng)分析.9 4.3.2數(shù)據(jù)計(jì)算.10五選定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析.14 5.1位移分析.14 5.2速度分析.14 5.3加速度分析.16 5.4機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

3、.186 心得體會(huì).197 參考文獻(xiàn).228 附錄.231 選題意義剪板機(jī)常用來剪裁直線邊緣的板料毛坯。剪切能保證被剪板料剪切表面的直線性和平行度要求，并減少板材扭曲，以獲得高質(zhì)量的工件。板金行業(yè)的下料剪切工具，廣泛適用于機(jī)械工業(yè)，治金工業(yè)，等各種機(jī)械行業(yè)，主要作用就是用于金屬剪切在使用金屬板材較多的工業(yè)部門，都需要根據(jù)尺寸要求對(duì)板材進(jìn)行切斷加工，所以剪板機(jī)就成為各工業(yè)部門使用最為廣泛的板料剪斷設(shè)備。二原理分析剪板機(jī)分為送料機(jī)構(gòu)，剪斷機(jī)構(gòu)，卸料機(jī)構(gòu)三個(gè)部分，由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為機(jī)器提供動(dòng)力。送料機(jī)構(gòu)可以應(yīng)用兩個(gè)夾緊的皮帶輪將卷狀的板料加為直板。而剪斷機(jī)構(gòu)可以利用齒輪傳動(dòng)與桿件的聯(lián)合傳動(dòng)帶動(dòng)刀具剪切鋼

4、板，并通過齒輪的變傳動(dòng)比使刀具達(dá)到規(guī)定的剪切頻率。卸料機(jī)構(gòu)則只需要皮帶輪將剪切完成的鐵板送之規(guī)定地點(diǎn)即可。三設(shè)計(jì)方案與選擇 3.1 設(shè)計(jì)方案分析 鐵板作間歇送進(jìn)的機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，可從下述兩個(gè)方面考慮機(jī)構(gòu)的選擇： 、如何夾持和輸送鐵板，并使停歇時(shí)保持鐵板的待剪位置。、如何實(shí)現(xiàn)間歇送進(jìn)，并能使鐵板停歇時(shí)運(yùn)送鐵板的構(gòu)件的速度和加速度曲線仍然連續(xù)，這樣，送進(jìn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)就比較平穩(wěn)。 大致有如下幾條途徑： (1) 利用機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件暫時(shí)脫離運(yùn)動(dòng)鏈，使后續(xù)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)停歇，即利用不完全齒輪機(jī)構(gòu)。(2) 利用構(gòu)件上一點(diǎn)在圓弧段或直線段上運(yùn)動(dòng)，使與之相連的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)停歇。(3) 利用兩種運(yùn)動(dòng)的疊加使構(gòu)件實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。

5、3.2 設(shè)計(jì)方案選擇 3.2.1 間歇傳動(dòng)輪系的分析與選擇方案一：不完全齒輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)；調(diào)整從動(dòng)輪的齒輪分布，就能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間的要求。當(dāng)主動(dòng)輪作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)輪作間歇會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造工作可靠，運(yùn)動(dòng)時(shí)間工作時(shí)間可在較大比例范圍內(nèi)變化。圖3-1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)方案二：槽輪機(jī)構(gòu) 利用主動(dòng)撥盤在圓弧段或直線段上運(yùn)動(dòng)，或者通過控制槽和銷的數(shù)量，使與之相連的從動(dòng)槽輪構(gòu)件實(shí)現(xiàn)停歇。 構(gòu)造簡(jiǎn)單，外形尺寸?。粰C(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位；但因傳動(dòng)時(shí)存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場(chǎng)合。 圖3-2 槽輪機(jī)構(gòu)方案三：星輪機(jī)構(gòu) 利用星輪做間歇傳動(dòng)，此機(jī)構(gòu)制造

6、比較困難，傳動(dòng)時(shí)間和間歇時(shí)間之比方便控制，利于達(dá)到要求時(shí)間比。且受力情況較好，無剛性沖擊。 圖3-3 星輪機(jī)構(gòu)方案確定： 工業(yè)上常用的間歇機(jī)構(gòu)，如棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等，雖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便。運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但在動(dòng)力性能、動(dòng)停比(運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停歇時(shí)間之比)方面，很難滿足設(shè)計(jì)要求。星輪機(jī)構(gòu)則制作非常復(fù)雜。而不完全齒輪機(jī)構(gòu)則制作簡(jiǎn)單且傳動(dòng)時(shí)間與間歇時(shí)間比例便于控制，傳動(dòng)時(shí)無沖擊，故最終選用不完全齒輪機(jī)構(gòu)。 3.2.2 剪斷機(jī)構(gòu)的分析與選擇方案一：圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪也是一個(gè)具有間歇進(jìn)刀能力的機(jī)構(gòu)。只要運(yùn)動(dòng)函數(shù)為5次函數(shù)或 是正弦函數(shù)即可。設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，但是工藝性能比較不好。 該機(jī)構(gòu)還有一個(gè)很大

7、的缺點(diǎn)就是會(huì)出現(xiàn)力不足的情況，力不足會(huì)導(dǎo)致剪板無法剪斷，而且又沒有急回運(yùn)動(dòng)，而且也需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供較高的功率。彈簧的一直運(yùn)動(dòng)易出現(xiàn)損壞，使整個(gè)機(jī)構(gòu)癱瘓。圖3-4 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)方案二：六桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)可以傳遞較大負(fù)荷，幾何形狀簡(jiǎn)單，且便于加工制造，擁有急回運(yùn)動(dòng)，能提供足夠的剪切力，綜合力學(xué)性能好。圖3-5 六桿機(jī)構(gòu)方案確定： 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)由于凸輪不宜承受較大的載荷且無急回運(yùn)動(dòng)，不適宜用于需要較大承載力的機(jī)構(gòu)中。而六桿機(jī)構(gòu)則可以有著較好的傳動(dòng)力的性能，且可以產(chǎn)生急回運(yùn)動(dòng)，從而使刀具對(duì)鋼板有一定的沖擊力，更便于剪斷鋼板。故最終選用六桿機(jī)構(gòu)。圖3-6 機(jī)構(gòu)裝配總圖 四.選定機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) 4.1 機(jī)構(gòu)

8、自由度計(jì)算 n=5，pl=7,ph=0 f=35-27=1 4.2 間歇傳動(dòng)輪系的直徑與轉(zhuǎn)速確定 4.2.1 傳動(dòng)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，剪斷工藝為鐵板輸送周期的十五分之一，主動(dòng)輪3轉(zhuǎn)一周360為一個(gè)周期，故剪板工藝不少于：360*1/15=24。停歇時(shí)間不超過剪板工藝的1.5倍，這里取停歇時(shí)間為30，停歇時(shí)間為整個(gè)周期的1/12。在主動(dòng)星輪3等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)間內(nèi).，從動(dòng)星輪4的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：在3轉(zhuǎn)過前330的的時(shí)間內(nèi)，4 勻速回轉(zhuǎn)，此段時(shí)間內(nèi)鐵板正好送到要求的長度，在齒輪3轉(zhuǎn)過的剩余30內(nèi)，從動(dòng)齒輪4停歇不動(dòng)，以待剪板。 4.2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算 圖4-1 機(jī)構(gòu)裝配齒輪間關(guān)系通過兩個(gè)輪子7的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)

9、板料運(yùn)動(dòng)。行程選用2000mm，按照?qǐng)D示機(jī)構(gòu)有： 行程h=nd 。n為滾子轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，d為滾子直徑。為方便設(shè)計(jì)傳動(dòng)比選用滾子周長為：500mm ，又直徑d=周長/所以可算得直徑為：159.15mm ，此時(shí)滾子轉(zhuǎn)動(dòng)四圈即達(dá)到要求行程。 根據(jù)30次/分鐘的剪切要求，輪7的轉(zhuǎn)速n7=120r/min，n6=n7=120r/min，6輪與5輪，5輪與4輪，均為2:1的傳動(dòng)比，故n5=n5=60r/min,n4=n4=30r/min,齒輪3與3轉(zhuǎn)速相同，主動(dòng)輪3轉(zhuǎn)過一圈，也帶動(dòng)從動(dòng)輪4轉(zhuǎn)過一圈，n3=30r/min對(duì)于皮帶輪3、2、2和1，采用i32=1：4，i21=1:6，進(jìn)而確定n3=30r/minn

10、2=n2=120r/min，n1=720r/min。所以我們最后選擇的是型號(hào)為y180m2-8，功率為5.5kw，轉(zhuǎn)速為720r/min的電機(jī)。最后我們?nèi)4=m5=m5=m6=2，取z6=25,則z5=50，z4=50，z5=25，進(jìn)而d6=50mm d5=100mm d5=50mm d4=100mm對(duì)于不完全齒輪的尺寸，取主動(dòng)輪3的齒數(shù)為24，則從動(dòng)輪齒數(shù)z4=22，取m=8，d3=192mm，d4=176mm。我們選取的電動(dòng)機(jī)輸出輪d1=42mm，根據(jù)傳動(dòng)比關(guān)系，求出，d2=252mm,d2=50mm,d3=200mm。已知條件輪名稱模數(shù)齒數(shù)直徑/mm每分鐘剪斷30次電動(dòng)機(jī)輸出輪1-42

11、皮帶輪2-252皮帶輪2-50皮帶輪3-200不完全齒輪3824192齒輪4822176齒輪4250100齒輪522550齒輪5250100齒輪622550送料輪7-159.15 4.3 剪斷傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸的確定 4.3.1 傳動(dòng)分析根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)需帶動(dòng)切刀剪切鋼板的工作需求，故需保證機(jī)構(gòu)每一瞬時(shí)都有良好的傳力性能，所以連桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角應(yīng)不小于400。為保證順利的剪切鋼板，刀具的下落有一沖擊力，即需要求連桿機(jī)構(gòu)存在急回運(yùn)動(dòng)。4.3.2 數(shù)據(jù)計(jì)算圖4-2 連桿機(jī)構(gòu)示意圖經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行多次計(jì)算確定各桿尺寸以及機(jī)架的相對(duì)位置：桿1:60mm；桿2:100mm；桿3：250mm；桿4:80mm；滑

12、塊5（連刀桿）:ad間距150mm，與水平線夾角為450；cd間距125mm；支座a與點(diǎn)f所處豎直線的水平距離210mm。傳動(dòng)角計(jì)算位置圖4-3 位置連桿機(jī)構(gòu)示意圖1=arccosb2+c2-(d-a)2/2bc =arccos1002+1252-(150-60)2/2100125 =45.50位置圖4-4 位置連桿機(jī)構(gòu)示意圖2=arccosb2+c2-(d-a)2/2bc =arccos1002+1252-(150+60)2/2100125 =137.650min=min1，1800-2故計(jì)算該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角為min=42.40。行程速度比系數(shù)計(jì)算圖4-6 連桿機(jī)構(gòu)極位夾角整體示意圖 圖4

13、-6 連桿機(jī)構(gòu)極位夾角局部放大示意圖cad = arccos(ac2+ad2-cd2)/2acad = arccos(402+1502-1252)/240100 = c1ad = arccos(ac12+ad2-c1d2)/2ac1ad = arccos(1602+1502-1252)/2160100 = = c1ad - cad = k = (180o + )(1800 - ) = (180o + )(1800 - ) = 即得行程速度變化系數(shù)k=1.03五、選定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 5.1 位移分析當(dāng)桿ab和bc處于共線（重合）時(shí)此時(shí)為初始角度0o，此時(shí)桿件f處于最低位置，位移為0。根據(jù)幾何關(guān)系

14、可求出桿件ab處于不同位置時(shí)，桿件f相對(duì)于最低點(diǎn)的位移。圖5-1 桿件f點(diǎn)處于不同位置時(shí)的位移圖5-2 solidworks模擬桿件f點(diǎn)的位移曲線注：由于軟件設(shè)置，致位移曲線y坐標(biāo)錯(cuò)誤。實(shí)際是模擬曲線初始位置應(yīng)為117mm，其余各點(diǎn)位移應(yīng)為該點(diǎn)117mm - y值與初始位置y值的差值的絕對(duì)值。 5.2速度分析 5.2.1 位置速度分析 vc = vb + vcb方向 cd ab bc大小 ？ lab1 ？根據(jù)圖解法可求出vc，根據(jù)vd=0，且vc=lcd3可求出3，又ve=lde3 即得ve vf = ve + vfe方向 豎直 de ef大小 ？ lde3 ？根據(jù)圖解法可進(jìn)一步求出vf5.2

15、.2 位置速度分析vc = vb + vcb方向 cd ab bc大小 ？ lab1 ？根據(jù)圖解法可求出vc，根據(jù)vd=0，且vc=lcd3可求出3，又ve=lde3 即得ve vf = ve + vfe方向 豎直 de ef大小 ？ lde3 ？根據(jù)圖解法可進(jìn)一步求出vf 圖5-3 位置f點(diǎn)速度圖解 圖5-4 位置f點(diǎn)速度圖解 圖5-5 solidworks模擬桿件f點(diǎn)的速度曲線 5.3加速度分析 5.3.1 位置加速度分析 c = nc + c = nb + b + ncb + cb方向 cd cd ba ab cb bc大小 lcd23 ？ lab21 0 lbc22 ？根據(jù)圖解法可求出

16、c，又c=3lcd。可求出3，根據(jù)e=3lde,可求出e其中2=vcb/lbc,可求出2，4=vfe / lef f = ne + e + nfe + fe方向 豎直 ed de fe fe大小 ？ lde23 3lde lab24 ？根據(jù)圖解法可進(jìn)一步求出f 5.3.2 位置加速度分析 c = nc + c = nb + b + ncb + cb方向 cd cd ba ab cb bc大小 lcd23 ？ lab21 0 lbc22 ？根據(jù)圖解法可求出c，又c=3lcd?？汕蟪?，根據(jù)e=3lde,可求出e其中2=vcb/lbc,可求出2，4=vfe / lef f = ne + e + n

17、fe + fe方向 豎直 ed de fe fe大小 ？ lde23 3lde lab24 ？根據(jù)圖解法可進(jìn)一步求出f 圖5-6 位置f點(diǎn)加速度圖解 圖5-7 位置f點(diǎn)加速度圖解圖5-8 solidworks模擬桿件f點(diǎn)的加速度曲線5.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖機(jī)構(gòu)角度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)00-33003300-3600傳動(dòng)間歇剪斷機(jī)構(gòu)0000-182.230182.230182.230-3600最高位置推程最低點(diǎn)位置回程六、課設(shè)感想1.本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我來說是一次很好的成長機(jī)會(huì)。我們花了五天的時(shí)間完成了這次課程設(shè)計(jì)。為完成這次課程設(shè)計(jì)我們確實(shí)很辛苦，但苦中仍有樂。我們一邊忙著復(fù)習(xí)備考，一邊還要做課程設(shè)計(jì)，時(shí)間對(duì)

18、我們來說一下子變得很寶貴，真是恨不得睡覺的時(shí)間也拿來用了。當(dāng)自己越過一個(gè)又一個(gè)難題時(shí)，笑容在臉上綻放。當(dāng)我看到設(shè)計(jì)終于完成的時(shí)候，我樂了。對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我不僅鞏固了課本的知識(shí)，還學(xué)到了許許多多其他的知識(shí)。我知道了每一個(gè)課程之間是融會(huì)貫通的，我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用了大量的力學(xué)知識(shí)。 其次了解到團(tuán)隊(duì)合作很重要，每個(gè)人都有分工，但是又不能完全分開來，還要合作，所以設(shè)計(jì)的成敗因素中還有團(tuán)隊(duì)的合作好壞。 這次設(shè)計(jì)讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是

19、一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！ 當(dāng)然我的設(shè)計(jì)肯定有不足之處，希望老師批評(píng)指正，下次一定會(huì)做得更好。2.通過這段時(shí)間的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí);通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意思和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，也培養(yǎng)了分析和解決問題的能力;通過設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及對(duì)運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)設(shè)計(jì)資料的查閱，對(duì)自己進(jìn)行了一個(gè)全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。 在具體做的過程中，從設(shè)計(jì)到計(jì)算，從分析到繪圖，讓我更進(jìn)一步的明白了作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員要有清晰的頭腦和整體的布局，要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和不厭其煩的細(xì)心，要有精益求精、追求

20、完美的一種精神。在面對(duì)這些問題的時(shí)候自己曾焦慮，但是最后還是解決了。才發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們面對(duì)很多問題的時(shí)候所采取的具體行動(dòng)也是不同的,這當(dāng)然也會(huì)影響我們的結(jié)果.很多時(shí)候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài),而不是看我們過去的能力到底有多強(qiáng),那是一種態(tài)度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題.。 現(xiàn)在把這個(gè)課程做完了才發(fā)現(xiàn)自己對(duì)以前學(xué)的知識(shí)點(diǎn)有了更好的理解，知識(shí)只有放在實(shí)踐運(yùn)用上才能體現(xiàn)他的價(jià)值才能更好地被大家接受，所以這門實(shí)踐課是很有必要開設(shè)的，也是大家很有必要去認(rèn)真做的。3. 經(jīng)過五天的努力,我終于將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計(jì)算,一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足.盡管這次作業(yè)的時(shí)間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了六連桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟與方法;也不僅僅對(duì)制圖有了更進(jìn)一步的掌握;matlab和auto cad ,word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對(duì)我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個(gè)過程