新型平压模切机的设计论文

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新型平压模切机的设计毕业论文【摘　要】本文在认真分析现有模切机优缺点，通过查找机械设计手册等大量文献比较不同方案，选择了更为合适的一种新的模切机设计方案。该方案的工作原理为利用不完全齿轮控制双列链条做间歇性送料动作，而凸轮推杆机构控制纸板的夹紧与松开，依靠平面六杆曲柄滑块机构对纸板进行模切。同时本文对该方案模切机的关键零部件设计过程进行了详细阐述，其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、飞轮的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、机架的设计等。该新型平压模切机工作时采用的是上模不动，下模通过肘杆机构带动模切的工作方式，从而更好的保证了模切精度，提高了工作效率。文中平面六杆曲柄滑块机构的设计使模切机构具有了急回、增力、短时保压等良好的工作能力，从而减小了电机功率损耗，降低了成本使模切机更能适应现在代生产的需要。对未来的模压机的发展具有重大意义。【关键词】模切机；凸轮机构；电动机II AbstractInthispaper,onthebasisofcompareofofdie-cuttingmachine’sanalysisofadvantagesanddisadvantages，wecandesignanewdie-cuttingmachine，itworksasthatuseingnotcompletelygearcontroldoublerowchainintermittenttofeedingmovement，Thecammechanismcontrolboard’sclampingandrelease，Relyonflatsixcrankontheboardforcutting.Thisprogramalsoexpressthekeycomponentsofthedesignprocessdescribedindetail，Themaincontentsincludetheoverallprogramdesign,motorselection,executivebodyofthedesign,thedesignofdrivecomponents,flywheeldesign,shaftdesign,andbearingcheckingoptions,therackdesignandsoon.Thenewdie-cuttingmachineatworkonthemodelusedisfixed，Lowerdiecuttingthroughtheelbow-barmechanismdrivenwayofworking,inordertodieorganizationshaveaquickreturn,byforce,short-termholdingpressure,goodworkingability,therebyreducingtheelectricalpowerlosses,reducingthecost.【Keywords】Die-cuttingmachine;CamAgencies;ElectromotorII 新型平压模切机的设计第一章绪论1.1课题来源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。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。平压模切机的创新点来源于对国内外各种不同类型的平压模切机进行调研，然后再进行分析研究得出的。特别是在改革开放以后，国内的中、小型印刷包装厂得到迅速发展，立式平压模切机的市场需求量每年都在不断增长。立式平压模切机虽属传统产品，但是随着我国印刷包装业的不断发展，用户对该机也提出了新的更高的要求。用户就是“上帝”，本毕业设计就是秉乘着这样一个原则对传统平压模切机进行了创新设计，以求进一步提高其压切性能、工作可靠性和操作安全性，使其满足市场的需求。该新型平压模切机主要创新点表现为以下几个方面：58 新型平压模切机的设计1.整体布局得以创新，主模切机构采用上模固定，下模从下往上模切运动。这相较上模运动下模固定而言，使整个机构变得更为整凑，减少了占用体积，方便了整机布局。而相较上、下模同时运动机构而言，减少了机构复杂性，同时增加了模切定位的精度。2.主模切机构采用平面六杆曲柄滑块机构，这使得主模切机构实现了增压、短时保压、急回等运动性能，减少了原动机的功率损耗，提高了模压质量与工作效率。1.2平压模切机的企业需求随着社会的不断进步，技术的不断提升，该行业的生产制造厂家不断增加，这就使得生产者面临巨大的挑战。要想赢利，要想击败竞争对手就必须有更加优势的技术保障来制生产出创新性产品。这种新型产品不仅在节约成本，效率高，生产稳定等方面提出高要求之外，更要在人性化方面做到更加合理。尤其是达到现在“十二五”规划所倡导的“节能减排和绿色环保”。虽然半平压模切机的技术已经不断成熟，但是要在这个基础上提高还是有可能的，结合企业的需要，可以将几个工艺动作合成。这样就更能够生产更加紧凑。目前．我国全自动平压平模切机的技术水平已经有大幅度的提高，主要表现在：先进企业设备的模切速度指标已经达N8000张/小时．模切精度已经达到±0．1～O.2m m，多数企业生产的全自动平压平模切机普遍带有清废装置，还有的企业能够制造全息烫金模切两用的模切机，也有一些企业能够制造模切瓦楞纸的全自动平压平模切机和半自动平压平模切机。这些设备的基础件大都采用钢结构墙板，加工中心加工．精度和刚性得到充分保证。这都体现出不论规模是大是小的企业都提出了对新型平压模切机的需求。1.3平压模切机的发展趋势及相关研究动态在众多印后设备品种中,我国模切机产品的技术和产业化已经达到较高的水平,其主要标志表现在以下几个方面:一是模切机的进口额下降,出口额在不断提高；二是模切机的品种基本满足国内印刷包装业的生产需求。国内已经可以制造包括全、自动平压平模切机在内的商标模切机,不干胶商标模切机,圆压圆模切机,圆压平模切机,平压模切压痕机(老虎嘴模切机)等产品,近年来,已经可以制造联动线上的模切单元；58 新型平压模切机的设计三是制造全自动和半自动模切机的企业已经超过20家。其中主要厂家有上海亚华、北人集团、唐山玉印、天津长荣、北京胜利伟业、湖北京山、河南新乡、上海耀科、上海鼎龙、上海旭恒、青岛美光等企业。商标模切机有多家企业在生产，其中主要厂家有咸阳和丰、北京马昌营等企业。生产平压模切压痕机（老虎嘴模切机）的企业更是数不胜数。半自动平压平模切机是印刷包装品印后加工的重点设备，不但是一种高效、安全、高质量的模制成型设备，同时，又是一种高效、安全、高质量的模制成型设备， 同时．又是平压模切压痕机(老虎嘴模切机)的更新换代产品，受到包装印刷企业的青睐。这种设备的广泛应用和广阔的市场前景，已经吸引不少企业进入全自动平压平模切机的制造行列．使我国全自动平压平模切机已经形成完整的产品品种系列，在技术上也达到较高的水平。国外模切机的发展比较成熟，其主要有以下特点：一是自动平压模切机正向着控制智能化、机械操作简化的方向发展。模切的幅面大；二是自动模切正向着功能全面化方向发展，许多模切机构带有清废功能，大大提高了工作效率；三是机械本身有着高的精度和速度，在德鲁巴展览会上，瑞士的BOBST公司生产的SPRINTEPA106－PER自动模切压痕机（带全清废单元）达到了12000张/小时的速度，其模切精度通常可以控制在0.1mm左右。1.4设计平压模切机的目的及意义平压模切机是目前应用最广泛的最普遍的类型也是国内外生产厂家最多的机型。平压平模切机可以用于各种类型的模切。既能模切瓦楞纸板、卡纸、不干胶，又能模切橡胶、海绵、金属板材等。既能人工续纸半自动模切，也能全自动高速联动模切。他的工作原理最具有代表性的。所以研究它也及其重要。平压模切机分为立式、卧式两种。立式模切机俗称“老虎嘴”机其特点是精准度比圆压圆模切机好售价便宜突出的缺点是安全系数低多年来始终没有彻底解决杜绝伤残事故问题工伤事故时有发生在当今国家重点保证人身安全并已立法的大环境下如果还是解决不了安全问题必然要退出市场。卧式模切机分为半自动模切机、全自动模切机以及带清废和不带清废四种。它们的共同特点是精准度比较准确效率比“老虎嘴”机高比圆压圆低处于中位。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。万丈高楼平地起作为一个刚刚毕业的大学生要想有自己的技术进步与技术技术创新就得先搞懂基本设备的基本原理。为以后实现模切机的数字化和智能化做准备。58 新型平压模切机的设计1.5毕业设计具体内容本次毕业设计是机械设计制造及其自动化专业设计模块的课题，题目是新型平压模切机的设计。本次设计的题目是“新型平压模切机的设计”，其中最重要的是对平压模切机现状的考察以及对国内现有技术水平的了解，再根据得出的结论设计出新型平压模切机。在设计过程中，先进行调研考察，全面了解平压模切机的各种技术参数，例如方案的设计，结构的设计以及运动参数的计算等。同时，要注重在保证设计正确合理的基础上，大胆创新，巧妙设计，使自己的设计在各方面更加适用。该毕业设计设计任务主要有：1.明确设计任务和要求，了解平压模切机的现状；2.设计方案的确定：本次毕业设计题目是新型平压模切机的设计，它新型的之处是通过对老式平压模切机的结构功能分析，并针对各个机构分别进行讨论，得出新的平压模切机方案；根据工艺动作要求拟定运动循环图，并进行送料，模切机构的选型等；3.运动设计与动力计算（1）原动机的确定（2）确定各传动机构的传动比（3）计算各轴的转速和功率4.根据要求进行相关机构的设计及计算（1）各齿轮的结构设计和尺寸计算（2）曲柄连杆机构的设计及尺寸计算（3）带轮的结构设计（4）轴的结构设计和尺寸计算（5）凸轮的设计（6）不完全齿轮的设计（7）飞轮的设计（8）主要零件的强度校核等等5.绘制新型平压模切机的装配图及零件图6.完成设计任务说明书第二章新型平压模切机系统总体方案设计58 新型平压模切机的设计2.1新型平压模切机的原始数据（1）新型平压模切机的生产能力为每小时压制纸板3000张；（2）纸板尺寸为250mm250mm，由人工放入输送线上，双班制；（3）模压行程H=50,回程的平均速度是工作行程平均速度的1.2倍左右，模压生产阻力P=210N，模压回程时不受力；（4）模具和滑块的质量约为120kg;（5）在最后加压的5mm范围内施压性能良好，即增力性好，且在5mm范围内施压时间适当长些；（6）工作台距离地面1200mm；（7）所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。2.2新型平压模切机的工作原理及工艺动作分解2.2.1新型平压模切机的工作原理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P=0.810N，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，如图2—1和图2—2所示：58 新型平压模切机的设计图2—1平压模切机动作示意图图2—2模切机生产阻力曲线压制纸板的工艺过程分为“走纸”和“模切”两部份，如图2—1所示，4为工作台面，工作台上方的1为双列链传动，2为主动链轮，3为走纸横块(共五个)，其两端分别固定在前后两根链条上，横块上装有若干个夹紧片。主动链轮由间歇机构带动，使双列链条作同步的间歇运动。每次停歇时，链上的一个走纸模块刚好运行到主动链轮下方的位置上。这时，工作台面下方的控制机构，其执行构件7作往复移动，推动横块上的夹紧装置，使夹紧片张开，操作者可将纸板8喂入，待夹紧后，主动链轮又开始转动，将纸板送到具有上模5(装调以后是固定不动的)和下模6的位置，链轮再次停歇。这时，在工作台面下部的主传动系统中的执行构件——滑决6和下模为一体向上移动，实现纸板的压痕、切线，称为模压或压切。压切完成以后，链条再次运行，当夹有纸板的横块走到某一位置时，受另一机构(图上未表示)作用，使夹紧片张开，纸板落到收纸台上，完成一个工作循环。与此同时，后一个横块进入第二个工作循环，将已夹紧的纸板输入压切处，如此实现连续循环工作。2.2.2新型平压模切机的工艺动作分解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58 新型平压模切机的设计纸板，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。本次设计的模切机是半自动平压模切机，机构简单，动力节省，成成本低，可以适用于各种不同规模的企业。为了实现压痕、切线、压凹凸等动作，新型平压模切机必须具备以下几个工艺动作：1）夹紧机构将纸版夹紧；2）将纸板走纸到位；3）进行冲压模切；4）夹紧机构松开，完成模切。其具体工艺动作顺序如下：图2-3新型平压模切机的工艺动作顺序2.3执行系统的协调设计对于新型平压模切机的运动循环图主要是确定控制夹紧装置张开，夹紧送料和加压模切三个执行机构的先后顺序、相位，以及对各执行机构的设计、装配和调试。新型平压模切机的加压模切机构为主机构，下压模为标定件，以曲柄转角φ横坐标起点，纵坐标表示各执行机构的位移起逸位置。（1）曲柄自φ运动至φ相应于下压模向上移动5mm，此为下压模施压区间。（φ-φ）愈大，加压效果愈理想。（2）为保证纸板处于静止状态下模切，输送链轮比φ角提前10°停止，并滞后φ58 新型平压模切机的设计角10°开始转动。（3）在夹紧工位上，应确保输送轮停止转动后，推杆才升至最高位置，顶动夹紧片松开，输送链轮重新转动前，推杆迅速下降，使夹紧片夹紧纸板。在此期间，保证有足够的时间将纸板送入夹紧片。1、首先确定执行机构的运动循环时间T该新型平压模切机模切冲压机构即为主执行机构，该机构冲压、回程一个往复即构成一个运动循环，其所需时间由生产率来确定。因为新型平压模切机的生产率Q=3000张/时,即曲柄轴每转一周(360O),下模往复移动一次完成一个工作循环。为满足生产率，曲柄每小时转速为,故其运动循环时间。2、确定执行构件各区段的运动时间及相应的分配轴转角　。3、绘制新型平压模切机的三个执行机构的运动循环图如下：58 新型平压模切机的设计图2—4的新型平压模切机的运动循环图2.4设计方案的讨论2.4.1设计方案的讨论根据半自动平压模切机的工作原理，把机器完成加工要求的动作分解成若干种基本运动。进行机械运动方案设计时，最主要的是要弄清设计要求和条件，掌握现有机构的基本性能，灵活地应用现有机构或有创造性地构思新的机构，以保证机器有完善的功能和尽可能低的成本。完成一项运动，一般来说总有几种机构可以实现，所以，不同的机构类型及其组合将构成多种运动方案。对本题进行机械运动方案设计时应考虑以下问题：(1)设计实现下模往复移动的机构时，要同时考虑机构应满足运动条件和动力条件。例如实现往复直线移动的机构，有凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等。由于压制纸板时受力较大，宜采用承载58 新型平压模切机的设计能力高的平面连杆机构，而连杆机构中常用的有四杆机构和六杆机构，再从机构应具有急回特性的要求出发，在定性分析的基础上，选取节省动力的机构。当受力不大而运动规律又比较复杂时，可采用凸轮机构。例如本题中推动夹紧装置使夹紧片张开的控制机构，由于夹紧片张开后要停留片刻，让纸板送入后才能夹紧，因而推杆移动到最高位置时，有较长时间停歇的运动要求，故采用凸轮机构在设计上易于实现此要求，且结构简单。(2)为满足机器工艺要求，各机构执行构件的动作在规定的位置和时间上必须协调，如下压模在工作行程时，纸板必须夹紧；在下压模回程时，纸板必须送到模压位置。因此，为使各执行构件能按工艺要求协调运动，应绘出机械系统的机构运动循环图。(3)根据机器要求每小时完成的加工件数，可以确定执行机构主动构件的转速。若电动机转速与执行机构的主动件转速不同，可先确定总传动比，再根据总传动比选定不同的传动机构及组合方式，例如带传动和定轴轮系串联或采用行星轮系等；有自锁要求而功率又不大时，可采用蜗杆蜗轮机构。对定轴轮系要合理分配各对齿轮的传动比，这是传动装置的一个重要问题，它将直按影响机器的外廓尺寸、重量、润滑和整个机器的工作能力，这个问题将在机械设计课中解决。(4)在一个运动循环内仅在某一区间承受生产阻力很大的机器，将引起等效构件所受的等效阻力矩有明显的周期性变化，若电动机所产生的驱动力矩近似地认为是常数，则将引起角速度的周期性波动。为使主动作的角速度较为均匀，应考虑安装飞轮。可适当选择带传动的传动比，使大带轮具有一定的转动惯量而起飞轮的作用，通常应计算大带轮的转动惯量是否满足要求，如不满足，则需另外安装飞轮。实现本题要求的机构方案有多种：(1)实现下模往复移动的执行机构——具有急回或增力特性的往复直移机构有曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的六杆机构等。(2)传动机构——连续匀速运动的减速机构有带传动与两级齿轮传动串联、带传动与行星轮系串联和行星轮系(需安装飞轮)等。(3)控制夹紧装置的机构——具有一端停歇的往复直移运动机构有凸轮机构、具有圆弧槽的导杆机构等。2.4.2执行机构的选型通过前述的运动分解及夹紧机构分析、送料机构分析、模切机构分析、传动机构分析可得出下述的运动转换功能图：58 新型平压模切机的设计图2—5新型平压模切机运动转换功能图接下来将功能元即基本运动转换功能框图列为纵坐标，与功能元匹配的机构列为横坐标，于是便可形成下图所示的形态学矩阵：根据控制夹紧装置张开，夹紧送料，加压模切这三个执行构件动作要求和机构特点可以选择表2—1的常用机构，这一表格就是执行机构的形态学矩阵。表2-1执行机构的形态学矩阵控制夹紧装置张开机构凸轮推杆机构圆弧槽导杆机构螺旋机构夹紧送料机构纸板的输送机构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棘轮机构纸板的固定刚性弹簧夹普通夹子加压模切机构曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构(或导杆机构)与摇杆滑块机构串联组成的不同六杆机构见图2—6、图2—7及图2—8。凸轮推杆机构对于加压模切部分不同组合的六杆机构要求具有急回或增力特性58 新型平压模切机的设计，所以设计出一下三种组合，见图2—6图2—7及图2—8。图2-6六杆机构组合之一（偏心轮式肘节机构）图2-7六杆机构组合之二图2-8六杆机构组合之三根据上表所示的各种具有可能性的机构进行组合，可以得出各种不同的方案。各个方案的可行性效果各不相同，各自有自己的优点和不足。例如控制夹紧装置张开中凸轮机构具有运动精确，可靠性高等特点，但是制造困难。下面将进行运动方案的选择和评定。2.4.3机械运动方案的选择和评定根据表3—1所示的三个执行机构形态学矩阵，可以求出新型平压模切机的机械运动方案数为：N=32324=144现在，可以按给定条件、各机构的相容性和尽量使机构简单，效率高，成本低，动力节省等等要求来选择方案。由于方案较多，此处分部分进行讨论：58 新型平压模切机的设计I、首先是加紧送料机构的选择：(1)对于纸板的输送构件，选用双列链轮传动；a、相对皮带传动而言，双列链轮传动精度较高，有利于纸板的精确走纸定位；b、适合于本机构的远距离传递；c、本机构在长时间传输、模切时摩擦大，易发热，而双列链轮传动机构适合于长时间在此恶劣环境下工作。另外，使用皮带轮传动其易打滑，易变形，传输精度低，传递效率低。(2)对于纸板的停歇，选用特殊齿轮组；a、相对凸轮机构相比而言，特殊齿轮组制造容易，工作可靠。b、特殊齿轮组在设计时，易实现从动件的运动时间和静止时间的比例在较大范围内调节，适用范围广。c、特殊齿轮组在工作时由于面接触且是间歇运转，因此不易磨损，使用寿命长。另外凸轮机构制造加工困难，易磨损。(3)对于纸板的固定，选用刚性弹簧夹：a、在走纸时，相对普通夹子而言，由于刚性弹簧力的作用，可以自动的将纸板夹紧，并准确平稳的走纸；b、在夹紧和松开纸板时，运用凸轮机构和刚性弹簧的配合使用，能准确、方便、自动的实现纸板的夹紧和松开动作。另外，使用普通夹子较难实现纸板的自动夹紧和松开的工艺动作以及平稳走纸的目的。（4）最终选型：纸板的输送选用双列链轮传动；纸板的停歇选用特殊齿轮组；纸板的固选用刚性弹簧夹。于是拟定其为夹紧送料机构的选型，以下部分将不再重复叙述。这样可选择的执行机构方案还有：N=31=12种II、其他非执行机构的选型见拟定的下表：表2—2非执行机构的选型动力传递机构联轴器V形带传动链传动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58 新型平压模切机的设计III、可行的方案选定综上所述可以选定三个结构比较简单而又更加可行的方案进行比较。方案（I）：控制夹紧装置张开机构为凸轮推杆机构----夹紧送料机构----加压模切机构为图2—6六杆机构组合之一（偏心轮式肘节机构）----V形带传动----圆柱齿轮传动机构；方案（II）：控制夹紧装置张开机构为螺旋机构----夹紧送料机构----加压模切机构为凸轮推杆机构----联轴器----锥--圆柱齿轮传动机构；方案（III）：控制夹紧装置张开机构为凸轮推杆机构----夹紧送料机构----加压模切机构为凸轮推杆机构----联轴器----单级蜗杆传动机构。下面针对以上的三种方案用模糊综合评价方法来进行评估选优，再从中选取一种更为合适的方案。对于方案(I):（1）在机械功能的实现质量方面：由于V形带传动和齿轮的组合传动，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）在机械的运动分析方面：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）在机械动力分析方面：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。相对凸轮机构而言，连杆机构的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，润滑好，磨损小，则承载能力较大，有利于实现增力效果。（4）在机械结构合理性方面：该机构各构件结构简单紧凑，尺寸设计简单，机构重量适中。在满足运动要求的条件下，连杆机构可以灵活改变各杆件的相对长度来调节运动规律，适用性强。58 新型平压模切机的设计（5）在机械经济性方面：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。方案I的示意图见图2—6图2-9方案I的示意图对于方案(II)：(1)机械功能的实现质量：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。(4)机械结构合理性：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。(5)机械经济性：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。对于方案III：（1）机械功能的实现质量：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。58 新型平压模切机的设计（2）机械运动分析：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。（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）和平带耐磨性差。（4）机械机构合理性：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。（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。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，同时结合平压模切机的现有技术水平和制造水平，在对于传统的平压模切机进行创新的基础上，并使之符合国家十二五规划中“高效节能”的指导思想后，选择方案I作为此次新型平压模切机的设计方案。58 新型平压模切机的设计第三章电动机的选择电动机是新型平压模切机的原动机，为其提供动力来源，电动机的选择原则是既能满足系统的动力需求，同时也能达到节约能源的要求，根据国家十二五规划的要求，高效节能也是电动机的选择原则。电动机的选择首先是进行功率计算：P=P=P=210=7.37（kw）其中，P---执行机构所需的功率、Kw；P---模切过程生产阻力、N；S---有效模切行程（回程时不受力，故有效行程只有整个行程的一半）、mm；T---周期、s；K---行程速比系数(此处取值为1.3)。计算传动效率：==0.950.980.97=0.757其中，表示总效率；表示带传动效率；表示轴承效率；表示齿轮的啮合效率，表示其他部分的效率。于是电动机的功率为：P===9.74kw。参照[2]知Y系列三相异步电动机是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。具有防灰尘、铁屑或其他杂物入侵电动机内部之特点，B级绝缘，尤其适用于维特需要求的机械上，所以此处选择Y系列的三相异步电动机，根据[2]知额定功率与P相接近的为11kw，故此处选取电动机额定功率P为11kw。执行机构即曲柄的转速计算：n=n=3000r/h=3000r/60min=50r/min可选择的电动机方案，初步拟定为：58 新型平压模切机的设计表3-1电动机方案方案型号（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1Y160M1-1113000293011701350603~4.812.5~202Y160M-4111500146012301800301.5~2.412.5~203Y160L-611100097014701600201~1.612.5~20对于对于第一种方案：总传动比i==60，根据[1]ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T8853—2001）的传动比范围是i=12.5~22，于是带传动的传动比i===2.7~4.8；对于第二种方案：总传动比i==30，根据[1]ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T8853—2001）的传动比范围是i=12.5~22，于是带传动的传动比i===1.36~2.4；对于第三种方案，总传动比i==20，根据[1]ZLY型硬齿面圆柱齿轮减速器（摘自JB/T8853—2001）的传动比范围是i=12.5~22，于是带传动的传动比i===0.9~1.6。根据[3]带传动的最佳传动比在2.5~7之间，同时综合考虑市场价格，于是选择第一种方案为最佳方案。取减速器传动比i=20，则带传动的传动比i===3.0。.58 新型平压模切机的设计表3-2电动机的外形及尺寸型号安装尺寸(mm)外形尺寸(mm)ABCDEFGHKABACADHDLY160M1-12542101084211012371601533033526538560558 新型平压模切机的设计第四章传动零件设计4.1传动比分配由第四章可知总传动比i=60，电动机的满载转速为2930r/min，同步转速为3000r/min，曲柄的转速为50r/min。根据第二章的方案设计知：新型平压模切机的传动形式为：首先采用带传动，再采用二级圆柱齿轮减速器传动。并且已经确定V带传动的传动比为i=3，二级圆柱齿轮减速器的传动比为：i=20，考虑到润滑以及加工制造的简单，并根据[1]取低速级传动比为=3.50则i=ii=3.505.71=20，于是高速级的传动比为：=5.71。4.2V带传动设计带传动为新型平压模切机传输动力，制造成本较低，且能够很好地满足新型平压模切机的设计要求，是较为理想的传动装置，本次V带传动的设计包括选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮的材料、基准直径以及结构尺寸等。根据[5]知带传动的设计步骤如下：（1）确定计算功率P计算功率P是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的，P=KP，式中：K——工作情况系数，由表8—7知K=1.4，P——电动机额定功率，由第四章知，P=11kw，于是P=KP=1.411=15.4kw。（2）选择V带的带型根据计算功率P和小带轮的转速n，从图8—11选取普通V带的带型为B型、（3）确定带轮的基准直径d并验算带速I）初选小带轮的基准直径根据V带的带型，参考表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径，应使。对于B型，=125mm，取小带轮的基准直径=150mm。58 新型平压模切机的设计II）验算带速根据式8—13计算带的速度23，根据[5]带速不可以过高或过低，一般推荐，最高带速，此处满足这个要求。III）计算大带轮的基准直径由计算有。（4）确定中心距，并选择V带的基准长度I）根据带传动总体尺寸的限制条件，结合式8-20知，即，此处取中间数值。II）计算相应的带长=mm再根据表8-2知带的基准长度=2500mmIII）计算中心距及其变动范围传动的实际中心距近似为：==765mm，考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围：（5）验算小带轮上的包角由式知其满足设计要求。（6）确定带的根数z58 新型平压模切机的设计运用公式8-26：计算带的根数，式中表示单根普通带的基本额定功率，由表8-4a知=4.5kw；表示单根普通V带额定功率的增量，由表8-4b知=0.89kw；表示当包角不等于时的修正系数，由表8-5知=0.94；表示当带长不等于实验规定的特定带长时的修正系数，由表8-2知=1.03；表示单根V带的额定功率。于是，进行圆整后取z=3.（7）确定带的初拉力由式8-6计算带的初拉力，式中q表示传动带单位长度的质量，由表8-3知q=0.18kg/m；将之前的已知条件代入其中得==280N对于新安装的V带，初拉力应为1.5。（8）计算带传动的压轴力为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力，由式8-28知=1646N（9）带轮张紧装置的设计V带运动一定时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛，为了保证带传动的正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施。新型平压模切机中的带传动采用张紧轮的张紧装置。由于此设计中的中心距不可调，所以张紧轮将带张紧。设置张紧轮应注意：（1）应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲；58 新型平压模切机的设计（2）张紧轮应尽量靠近大带轮，以免减少带在小带轮上的包角；（3）张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。图4-1张紧轮装置（10）带轮的设计根据参考文献[5]知带轮的材料选为HT200；V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。V带的机构形式与基准直径有关，而有本章前节知小带轮的直径=150mm，大带轮的直径=450mm，根据参考文献[5]选取小带轮为腹板式，大带轮为轮辐式。下面对大带轮的结构设计计算如下：，取；，取；；；，取；；58 新型平压模切机的设计；式中：－传递功率，kw；n－大带轮的转速，r/min；－轮辐数。轮槽截面尺寸见下表：表4-1轮槽截面尺寸槽型fminmineB1411.510.83.5197.5大带轮结构见零件图MQJ00-06。.4.3减速器齿轮组的设计新型平压模切机的二级传动部分采用的是二级圆柱齿轮减速器传动方案，在此处主要是进行齿轮组的设计，其中涉及了很多方面的内容，包括齿轮材料的选择，强度的计算，尺寸的设计等方面，下面具体进行介绍。由4.1节知低速级传动比为i=3.50，高速级的传动比为：i=5.71。4.3.1高速级齿轮的设计计算1．选定高速级齿轮类型、精度等级、材料及齿数①．结合工作要求选择齿轮传动类型为直齿圆柱齿轮传动。②．模切机为一般机械，故选用7级精度（GB10095—88）［5］。③．由表10-1［5］选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。④．选小齿轮齿数初选小齿轮齿数Z1=23，由i3=5.71，可知Z2=1312．按齿面接触强度设计（1）由设计计算公式（10-9a）进行试算，即58 新型平压模切机的设计确定公式内各个参数的数值。1）初选载荷系数。2）小齿轮传递的转矩3）由表10-7选取齿宽系数4）由表10-6查出材料的弹性影响系数。5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。7）由图10-19取接触疲劳寿命系数,8）计算接触疲劳许用应力。失效概率为1%，安全系数S=1,由式10-12即得:（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的值58 新型平压模切机的设计mm=61.03mm2）计算圆周速度。3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比。模数齿高5）计算载荷系数。根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数；直齿轮，；由表10-2查得使用系数;由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，。由，，查图10-13得；故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由公式10-10a得7)计算模数。。58 新型平压模切机的设计3．按齿根弯曲强度设计由式10-5得弯曲强度设计公式为（1）确定公式内得各计算数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,;3）计算弯曲疲劳许用应力。取疲劳安全系数S=1.4，由式10-12即得：4)计算载荷系数K。5)查取齿形系数。由表10-5查得；。。6）查取应力校正系数。由表10-5查得;。7）计算大、小齿轮的并加以比较。58 新型平压模切机的设计大齿轮数值大。（1）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与轮齿直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取有弯曲强度算的模数1.985并就近圆整为m=2考虑模切机的冲击，齿轮模数从大选取由齿面接触疲劳强度所决定，从而最后选取模数为2.5mm。按接触疲劳强度算得为,算出小齿轮的齿数；大齿轮齿数：,取Z=149这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4．几何尺寸的计算（1）计算分度圆的直径，圆整为：，取公差为：。（2）计算中心距（3）计算齿轮的宽度58 新型平压模切机的设计取，。（4）计算齿顶圆直径和齿根圆直径齿顶圆直径:，圆整为：；齿根圆直径：=366.25mm(5)由于，尺寸较小，故采用齿轮轴的形式；，根据参考文献[5]知该齿轮采用腹板式结构。下面对高速级大齿轮进行结构设计：；<(8~10),可取为15mm;336.25mm;mm;63m;=15mm(6)高速级大齿轮结构见零件图MQJ00-04。4.3.2低速级齿轮的设计计算低速级齿轮的设计计算与高速级齿轮的设计计算方法一样，由于设计时间的关系这里就不再进行具体设计，但本人已经用软件的而设计方法设计出了此高速级齿轮的分度圆直径、齿宽等参数，见下表4-？，表中数据的单位是：mm。58 新型平压模切机的设计低速级齿轮的结构尺寸设计亦同前，低速级小齿轮采用齿轮轴形式，低速级大齿轮采用腹板式结构。下面对低速级大齿轮进行结构设计：；<(8~10),可取为15mm;346.5mm;mm;56m;=23mm低速级大齿轮结构见零件图MQJ00-05。表4-2减速器齿轮组的设计尺寸齿轮型号模数m分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽B齿数Z高速级小齿轮2.5657058.757026高速级大齿轮2.5373378366.2565149低速级小齿轮3111117103.511637低速级大齿轮3384390376.51111284.4不完全齿轮的设计58 新型平压模切机的设计不完全齿轮的设计是此次设计的重要内容，它是传动零件，带动整个链传动的动作，也就是说不完全齿轮控制着整个模压纸板的停与动的动作。所以，其运动的协调性极为重要。由前面的运动循环图知：在一个循环周期内，有接近0.4s的模压时间，0.5s的工作行程时间，以及0.3s的急回行程时间。在这样一个周期内，在接近0.4s的模压时间中，纸板是不能动的，要保持在模压对中的位置。所以在这段时间内，不完全齿轮是不能进行啮合的。取非啮合时间为0.4s，占整个周期的。取与之啮合的齿轮次数为60，则不完全此轮的齿数为。查参考文献[3]知，为了提高齿面疲劳强度该齿轮的模数m取为。于是得到相啮合的这一对齿轮:分度圆直径为；齿顶圆直径；齿根圆直径=115mm由参考文献[5]知：采用实心式结构。由于设计任务量的关系不完全齿轮的结构见装配总图MQJ00。58 新型平压模切机的设计第五章执行机构的结构及尺寸设计5.1平面六杆曲柄滑块机构设计在新型平压模切机的设计中采用平面六杆曲柄滑块机构作为执行机构，即偏心轮式肘节机构,如图5—1所示。在新型平压模切机的设计中，在保证其能够按照模切要求进行模切以外，还要满足在模切过程中能够增力的要求以及具有急回特性的要求，在第三章方案设计中已经说明该六杆机构能满足要求，下面将进行具体的计算论证。图5—1平面六杆曲柄滑块机构如下图5—2所示，表示了执行机构的两种极限运动状况和位置，从图中可以看出该六杆机构是由曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构并联而成。对于前者曲柄摇杆机构在设计时保证其具有急回特性的要求，后者摇杆滑块机构在设计时保证其具有增力特性的要求。首先进行急回特性分析，如图所示当主动曲柄位于AB而与连杆BC成一条直线时，从动摇杆位于左极限位置CD。当曲柄以等角速度ω顺时针转过δ而与连杆BC重叠时,曲柄到达位置AB,而摇杆则达到其右极限位置CD.当曲柄继续转过角δ58 新型平压模切机的设计又回到位置AB时,摇杆CD由右极限位置回到左极限位置.且摇杆的往复摆角均为ψ=ψ-ψ。由图可以看出曲柄相应的两个转角δ和δ为：δ=180°+θδ=180°-θ式中，θ为摇杆位于两极限位置时，曲柄两位置所夹的锐角，即为极位夹角。根据[7]知具有急回夹角的机构满足急回特性.由于δ>δ,因此曲柄以等角速度ω转过两个角度时，对应的时间t>t,并且δ/δ=t/t。而摇杆的平均速度为：ω=ψ/t,ω=ψ/t,显然ω<ω.从而K===，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，所以=180°=180°=23.48°图5—2平面六杆曲柄滑块机构的两种极限位置和运动状况58 新型平压模切机的设计接下来进行平面六杆机构的自由度分析，根据[7]的相关知识知判断所设计的运动链是否成为机构，是提出新的设计方案时自行评价方案可行性的关键一步。运动链能成为机构的首要条件，是运动链的自由度必须大于零，并且原动件的数目应等于运动链的自由度数。此平面六杆机构均是低副机构，所以自由度F=3n-2P-P=36-27=1(C处有两个自由度)。这与原动机的个数为一个相吻合，能够构成机构。再进行平面六杆机构的具体尺寸设计，如图5—2所示，设AB=a，BC=b，CD=c，AD=f，CE=d，ED=I，EE=H，CAC=，CCA=，ACD=，CDE=考虑到模切机的总体结构布置以及总体尺寸的要求，以及工作台距地面1200mm，可以考虑按照7:5的关系进行，可取杆CD=400mm,杆CE=300mm,结合模切行程H=50mm,=23.48度，则：在CDE（两边之和大于第三边）中运用余弦定理知：cos===0.95于是：=18.19°，所以CD杆的摆动范围是：[0°,18.19°]。图5-3图解法设计首先选定D点，作Dq1及Dq2,使其间的夹角ψ=18.717°，分别在Dq1、Dq2上截取杆c长度DC1=DC2=400mm。连接C1C2作直线CM⊥C1C2，作直线CN使∠AC=90°-θ=66.52258 新型平压模切机的设计°，直线C1M与直线C2N相交于点P，然后以C2P中点为圆心，1/2C2P长为半径作△C1C2P的外接圆。于是可在的圆弧上可任选一点A作为曲柄的回转中心。但考虑到a为曲柄，实际中将采用曲轴作为曲柄，故a不宜大于50mm且不宜小于30mm，故可粗取AD即d杆为280mm，则有：其中：AC1＝192.771mm,AC1=280.976mm，可根据ｄ＝280mm，确定A点，从而从图中测量出数据。从而得出六杆机构长度尺寸分别为：a=44.1025mm；ｂ＝236.8735mm；ｃ＝400mm；ｄ＝280mm；ｅ＝300mm。因为ａ＋ｃ＝444.1025mm＜ｂ＋ｄ＝516.8735mm，故满足平面四杆机构杆长之和条件，其中以ｄ杆为机架，则ａ、ｂ、ｃ、ｄ四杆构成一个曲柄摇杆机构，ａ为曲柄，ｃ为摇杆。下面对该平面六杆曲柄滑块机构进行受力分析：如下图4-3所示，该下模板所受阻力为Q，连杆BC的推力为P，肘杆CE上的力为T，其力的作用线与DE的夹角为α，L1是推力P作用线对铰支点D的垂直距离，L2是力T的作用线对铰支点D的距离，ψ是摇杆CD的摆角。则在不考虑摩擦力和惯性力的情况下，将力T和P对铰支点D列力矩方程：，则：58 新型平压模切机的设计图5-4平面六杆曲柄滑块机构受力分析由上式可以看出：在P一定的情况下，要使Q较大，可使L1尽量大，L2、α尽量小。当肘杆DC与肘杆CE接近一条直线时，L1几乎为一定值，而L2、α趋近于0，故由公式知此时力Q理论上将趋近于无穷大，所以此时足可以满足模切要求5.2凸轮机构的设计凸轮机构的设计极为重要，它是控制弹簧夹子张开与闭合的一大机构，它设计的成功与否直接关系着整个平压模切功能的完成与否。在进行凸轮机构的设计时，最重要的是满足运动协调的要求。只有在指定的时间使弹簧夹子张开和夹紧，才能满足设计要求。由前面的运动循环图可知：在一个循环周期内，前保持模压的时间为0.4S,为整个周期的，于是得到凸轮有保持直径不变，即处于夹紧状态。模压完成后，弹簧夹子松开，凸轮的直径慢慢降低，直至弹簧夹子完全松开，可取58 新型平压模切机的设计。之后凸轮便处于直径不变状态，在此状态下弹簧夹子一直张开，等待操作者将纸板放入。在即将进入模切状态之前，弹簧夹子必须夹紧，也就是说在这之前，凸轮直径必须增加到模切状态的直径，可取这个直径增大的过程为：。于是就完成了整个凸轮结构的协调设计。凸轮机构的具体结构设计如图5-5所示。图5-5凸轮机构设计方案5.3纸板输送机构设计为了保证纸板输送的协调，就必须有严格的传动比，满足此要求的机构有很多，但是考虑综合价格、制造以及布置空间等方面的影响，拟定采用链传动方式为最佳。采用单排滚子链。由于用于纸板输送的链传动主要负责的是纸板的传输，不存在减速或加速，于是取传动比i=1。具体设计计算如下：（1）选择链轮齿数：取链轮齿数为20；（2）确定计算功率由表9-7查得,由图9-13查得，则计算功率为：（3）选择链条型号和节距根据查图9-11，可选20A-1，于是节距mm58 新型平压模切机的设计（4）计算链节数和中心距考虑到纸板的长度为250mm，于是初选中心距为：，取mm。（5）计算链速，确定润滑方式由和链号20A-1，查图9-14可知应采用滴油润滑。58 新型平压模切机的设计第六章轴系零部件的设计轴是组成及其的主要零件之一，一切回转运动的传动零件（例如齿轮、涡轮等）都必须安装在轴上才能进行运动和动力的传递，因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力的计算指的是轴的强度、刚度、和振动稳定性等方面的计算。再多数情况下多数轴承受的是扭转，应按扭转强度进行计算，在选择轴的材料时，应选择扭转刚度较高的材料，设计时也应重点考虑如何减少轴整体所受的扭矩。6.1按钮转强度条件计算轴的参数1）各轴的转速计算I．II．III．2）各轴的输入功率I．0.95=9.24kwII．=8.78kwIII.8.34kw3）各轴输出功率I．9.05kwII．=8.60kwIII.8.17kw4）各轴输入转矩58 新型平压模切机的设计（此为电动机的输出转矩，为了方便计算后面的内容，故在此处计算。）=90.37490.521771.895）各轴输出转矩注意：以上公式小标“d”表示“电动机”，小标“1”表示“高速轴”，下表“2”“II”表示“中间轴”，下标“3”“III”，表示“低速轴”，下同。由以上计算可以得到下表：表6-1轴的相关参数轴名功率P(kw)转矩T（）转速nr/min传动比i效率η输入输出输入输出电动机轴9.7331.7129303.00.96Ⅰ轴9.249.0590.3788.56976.675.710.95Ⅱ轴8.788.60490.52480.71171.053.50.95Ⅲ轴8.348.171771.891736.4548.876.2轴系的设计58 新型平压模切机的设计轴系的设计非常关键，其中包括轴径大小的设计，结构设计等方面的内容，轴径过大会使得轴的加工困难，且成本提高，同时也增加了整机的重量，轴径过小会使轴的刚度降低，强度下降，降低了使用安全性及使用寿命。而结构设计是保证轴正确装配，不发生干涉，从而是机器正常工作的关键。6.2.1高速级齿轮轴的设计高速级齿轮轴Ⅰ为齿轮轴，根据参考文献[5]进行轴的选材，选取高速轴Ⅰ的材料为40Cr钢，并进行调质处理。根据公式，，初估计最小轴径时还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%~7%，两个键槽时，d增大10%~15%，由参考文献[5]取=110，于是。考虑到高速轴齿轮分度圆直径和轴径的大小相差不是很大，根据[1]高速轴采用齿轮轴，而齿轮分度圆直径有60mm，并且轴的最小直径处要安装大带轮，故初取。首先是各轴段直径的确定：：最小轴径，安装带轮，；：密封圈处轴段，同时安装端盖，35mm；：安装轴承部分，=40mm；：过度段长度，=45mm；：齿轮轴啮合部分，=60mm；：过度段长度，=45mm；：安装轴承部分，=40mm。然后是各轴段长度的确定：根据安装带轮的键槽选择合适的尺寸，根据轴径选择键的种类，由于，于是根据[2]知键截面的尺寸，选择键长为。于是可以初步确定此轴段的长度为；58 新型平压模切机的设计：此处的选择主要取决于端盖和密封圈的尺寸，根据设计经验可初取；：此处为安装深沟球轴承的需要，根据第节轴承的选择可知所选择的轴承宽度B=18mm，于是取；：此处为过渡轴段，其长度主要受到啮合恰当的限制，不可过长也不可过短，此处初选；：此处为齿轮啮合轴段，根据第五章可知，啮合处地齿宽，即；：此处为过渡段长度，初取；：此处为安装深沟球轴承的需要，根据第节轴承的选择可知所选择的轴承宽度B=18mm，于是取。为了保证带轮在与轴通过键连接之后能够更加可靠的工作，并受到双重保护，这里在最小轴段的前端设计一带螺纹轴段，通过螺母的作用使之可靠性增强。图6-1高速级齿轮轴的设计高速级轴的具体机构尺寸见零件图MQJ00-0258 新型平压模切机的设计中间轴Ⅱ根据参考文献[5]进行轴的选材，选取中间轴Ⅱ的材料为40Cr钢，并进行调质处理。参考文献[5]取=110，于是有：初取，再根据以上高速级轴的设计方法进行具体设计，这里从略。将所设计的中间轴的设计图形附于下面：图6-2中间轴的设计低速级轴（轴Ⅲ）为一般阶梯轴，故轴Ⅲ的材料为45钢，并进行调质处理，参考文献[5]取=103，于是有：再根据以上高速级轴的设计方法进行具体设计，这里从略将所设计的低速级轴的设计图形附于下面：58 新型平压模切机的设计图6-3低速级齿轮轴的设计低速级轴的具体机构尺寸见零件图MQJ00-036.2.2分配轴的设计分配轴的设计是此次设计的关键，它是传递动力和扭矩的关键零件，同时也是带动执行机构运转的重要零件，也要充当曲柄的角色，其上要布置飞轮、凸轮以及不完全齿轮等零件。结构设计要合理的同时，也要保证强度的可靠性。对于强度的校核由于任务量的关系，此处省略，但是此次设计的轴径大小一定能够满足强度要求，因为我是采用的第一强度理论设计法。对于分配轴的材料根据参考文献[8]可以选择40Cr，并进行调质处理。对于分配轴结构的设计见图，第一个键的尺寸为：18*11*80(mm)；第二个键的尺寸为：20*12*40(mm)；第三个键的尺寸为：18*11*40(mm)；58 新型平压模切机的设计图6-4分配轴的设计分配轴的具体尺寸详见零件图：MQJ00-016.3轴的强度校核首先根据轴的结构图6-1做出计算简图6-5图6-5计算简图图6-6高速级轴的载荷分析图58 新型平压模切机的设计因此，作用在皮带轮、齿轮上的力：皮带轮压轴力：Fp=1670N（水平分力）（垂直分力）作出轴的弯矩图和扭矩图6-6，由图可知截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处受力分析列入表6-2。载荷水平面1771.89垂直面支反力F，，弯矩M总弯矩,扭矩表6-2截面C处受力分析表按弯扭合成应力校核轴的强度。下模块在做上下动作时，对轴Ⅰ扭矩产生周期变化，故在按弯扭合成应力校核该轴时，按对称循环变应力计算，即取，则有：查表查得40Cr，，即，故安全。同理，可设计中间轴、低速级轴以及分配轴（详见装配图MQJ00）。6.4联轴器的选择58 新型平压模切机的设计联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移，这就要求在设计及选择联轴器时，要从结构上采取不同措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。可以选择的联轴器有很多种类，而由于此次设计的新型平压模切机的制造工艺要求不是很高，精度也不是很高，所以一定会存在或多或少的存在一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，于是在该设计中采用有补偿能力的挠性联轴器——弹性柱销联轴器。这种联轴器的结构见图14-10所示，工作时转矩通过主动轴上的键、半联轴器、弹性柱销、另一半联轴器及键而传到从动轴上去的。为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧，用螺钉固定了挡板。这种联轴器传递转矩的能力很大，结构更简单，安装制造方便，耐久性好，弹性柱销有一定的缓冲和吸振能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场合，由于尼龙柱销对温度较敏感，故使用温度限制在-20℃～+70℃的范围内。根据轴的大小和传递的转矩选取联轴器的此尺寸。由于低速轴（第III轴）输入的转矩为：1771.89，输出转矩为：，再根据第Ⅲ轴轴径尺寸选择联轴器型号为：LX4弹性柱销联轴器：具体结构图详见表8-7，其中主动端：Z型孔轴、C型键槽、、；从动端：J型孔轴、B型键槽、、。其他尺寸见下表：表6-3联轴器的选择型号公称转矩（）许用转矩（）轴孔直径、（mm）轴孔长度LL(mm)DDBs转动惯量质量（kg）LX42500387058601071421951004530.1092258 新型平压模切机的设计6.5轴承的选择6.5.1轴承型号的选择此次设计的新型平压模切机属于一般机器，用轴承来支撑转动，只需选用一般的滚动轴承即可。滚动轴承所承受的载荷大小、方向和性质，是选择其类型的主要依据。而此次设计中的载荷不是很大，且承受较小的轴向载荷，故对于高速级轴（轴I）、中间轴（轴II）以及高速级轴（轴III）都可以选用深沟球轴承。首先是对于高速级轴（轴I）的轴承选择：对于新型平压模切机的推荐轴承预期寿命根据表13-3知。又由公式：可以算出轴承所需的基本额定动载荷。其中：，为载荷系数，查表得；为轴承所受径向力，由6.3节知;由表13-4知温度系数（在工作温度小于120度的前提下）；对于深沟球轴承，ε=3。将以上数据带入公式得：,取为：。于是高速级轴（轴I）的轴承选择为：表6-4高速级齿轮轴的轴承选择轴承代号基本尺寸安装尺寸基本额定动载荷基本额定动载荷极限转速/r/min原轴承代号dDBminminmaxmax/kN脂润滑58 新型平压模切机的设计600840681514662117.011.88500108同理可以选择出中间轴和低速级轴，这里不再具体说明，现列出选择结果如下。中间轴的轴承选择为：表6-5中间轴的轴承选择轴承代号基本尺寸安装尺寸基本额定动载荷基本额定动载荷极限转速/r/min原轴承代号dDBminminmaxmax/kN脂润滑601050801615674122.016.27000110低速级轴的轴承选择为：表6-6低速级轴的轴承选择轴承代号基本尺寸安装尺寸基本额定动载荷基本额定动载荷极限转速/r/min原轴承代号dDBminminmaxmax/kN脂润滑601365100181.17293132.024.856001136.5.2滚动轴承润滑方式的选择润滑对于滚动轴承具有重要的意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减少接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。此外也有使用固体润滑剂润滑的。选用哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。一般用滚动轴承的值（为滚动轴承内径，mm；为轴承转速，）表示轴承的速度大小。58 新型平压模切机的设计表6-7适用于脂润滑和油润滑的值（表值）轴承类型脂润滑油润滑油浴滴油循环油（喷油）油雾深沟球轴承16254060>60对于高速级轴（I轴），d=40mm，n=976.67r/min，根据上面的计算方式可知dn=40×976.67=3.91×104<16×104,于是采用脂润滑；对于中间轴（II轴），d=55mm，n=171.05r/min，根据上面的计算方式可知dn=55×171.05=9.41×103<16×104，于是采用脂润滑；对于低速轴（III轴）d值与中间轴一样，而n值小于中间轴，所以dn值一定会小于16×104，故亦是采用脂润滑。脂润滑形成的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂后可以维持相当长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方，或那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说这种润滑十分适宜。而新型平压模切机也是这类须保护产品不受污染的机器，从这点来说它也十分适合于脂润滑。滚动轴承的装脂量以轴承内部空间容积的1/3–2/3为宜。脂润滑的主要性能指标为锥入度和滴点。当轴承的dn值大、载荷小时，应选锥入度较大的润滑脂；反之，应选应锥入度角小的润滑脂。此外，轴承的工作温度应低于润滑脂的滴点，对于矿物油润滑脂，应低于10–20度。于是根据参考文献[2]选择钙基润滑脂（GB491—1987），代号为：L-XAAMHA3；滴点为90℃；工作锥入度为（220～225）/0.1mm。6.6键的选择键是一种标准零件，用来实现轴与轮毂之间的周向定位以传递转矩。在此设计中只需进行型号的选择。鉴于平压模切机是一般机械，传递的转矩为中等转矩，故选择普通连接。根据参考文献[2]和参考文献[1]可进行如下选择：(1)对于高速级齿轮轴连接带轮部分的轴径为Φ30mm，长度为l=55mm，故可以选择键：b58 新型平压模切机的设计×h×l=8×7×45(mm)(2)校核键的强度：根据参看文献[5]知：<,因此此键的选择满足要求。（3）同理可以选择：曲轴上第一个键的尺寸为：；曲轴上第二个键的尺寸为：；曲轴上第三个键的尺寸为：；中间轴上键的尺寸为：；低速轴上第一个键的尺寸为：低速轴上第二个键的尺寸为：58 新型平压模切机的设计第七章飞轮的设计为了减少机械运转时的周期性速度波动，最常用的方法是在机械系统中安装一个具有较大转动惯量的盘状零件，该盘状零件称为飞轮。由于飞轮转动惯量很大，当机械出现盈亏功是，它可以以动能的形式将多余的能量储存起来，从而使主轴角速度上升的幅度减小；反之，当机械出现亏功时，飞轮又可释放出其储存能量，以弥补能量的不足，从而使主轴角速度下降的幅度减小。从这个意义上讲，飞轮在机械中的作用，相当于一个容量加大的能量储存器。由于平压模切机在运转过程中阻力矩呈周期性变化，从而导致机械运转速度的波动。过大的速度波动对机械的工作是不利的，为了减少机械运转时的周期性速度波动采用飞轮装置。（1）求等效力矩在非模切阶段等效力矩=T=1771.89（）；在模切阶段根据参考文献[7]知：，而在立杆机构的运行过程中曲柄的角速度是时刻在改变的，与是只能取当量角速度。通过运动仿真软件知曲柄的在0.12秒时，其具有最大角速度，在0.66s时，等效构件的角速度可近似为=50r/min=5.233rad/s，在1.05秒时，等效构件有最小角速度。又已知模具和滑块的质量约为120kg，再结合能量守恒公式可以算出根据运动循环图知，在整个周期1.2s内工进行程时间为0.5s，占整个周期的，模压时间为0.4s，占整个周期的，急回行程时间为0.3s，占整个周期的；于是画出一个周期等效力矩图如下：58 新型平压模切机的设计图7-1等效力矩图（2）求最大盈亏功［W］;；。对应于图中a、b、c、a’各点的盈亏功分别为△△△△从而求得最大盈为［W］=△-△=(3)求飞轮的转动惯量（kg.m）；(4)飞轮的结构图58 新型平压模切机的设计由于设计任务量的关系，这里就没有单独设计飞轮的结构尺寸的零件图，其结构可参见总装图MQJ00。58 新型平压模切机的设计第八章机架及辅助装置的设计新型平压模切机的机架起着支持和固定轴系零件，保证轴系运转精度、良好润滑及可靠密封等重要作用。为了节约成本，便于制造、安装和运输，机架主要采用焊接件。根据设计要求，机架主要包括左右两个燕尾导槽、轴承安装板、电动机安装板固定、凸轮导套、以及框架结构等几大部分组成。连接时主要保证的尺寸为两个燕尾导槽平行度不得超过范围。机架的框架结构由钢板焊接组成，采用30钢，厚度为20mm。除两个燕尾导槽内侧、凸轮导套内侧维持原色外，全体漆成深色。（详见总装图MQJ00）。在设计箱体是要注意一下几点：（1）机架要有足够的刚度，因为机架形状较为复杂，要有足够的刚度避免其因受复杂的变载荷而引起相应的变形，若机架的刚度不够，会引起轴承孔中心线的过度偏斜，从而影响传动零件的运转精度，甚至由于在和集中而导致运动副的加速损坏；（2）合理设计肋板，在机架的受载集中处设置肋板可以明显提高局部刚度；（3）采用焊接件代替铸铁，不断不用木模，简化了毛坯制造，而且由于钢的弹性模量与切变模量均较铸铁大40%~70%，因而可以得到重量较轻而刚性更好的机架；（4）轴承座孔两侧的螺栓还应尽量靠近。58 新型平压模切机的设计设计总结在此次毕业设计中，我收获良多。不仅认真系统地复习了各门学科的理论基础知识，同时也深化了对知识点的理解，为今后从事生产设计工作打下量好的基础。新型平压模切机的设计包含的知识点很广，是大学的全部基础课、技术基础课程以及全部专业课程和生产实习的综合。不仅让我学会了怎样进行单个的零件设计，更让我明白了怎样从全局出发，从总体上把我设计步骤。怎样进行功能分析，怎样进行结构设计，怎样选型，怎样进行尺寸计算，怎样进行校核，这些都给我留下了深刻的印象。在设计过程中遇到很多问题，在老师的帮助下一集自己的深入思考，最终还是得以解决。在这个过程中锻炼了自己发现问题、提出问题、分析问题、进而解决问题的能力。本次设计查阅了有关手册、教材，并在互联网上进行文献检索，采用了计算机辅助设计，对各个重要步骤进行了详细计算和说明,必要处都有校核。装配图和零件图按照国家机械制图标准和模具设计的习惯画法绘制,通过这次设计，我进一步熟悉了有关标准、规范、技术文件和设计说明书的编写，分析问题、解决问题的能力得到了提高，能够综合运用所学知识解决一些实际生产问题，最后圆满地完成了本次毕业设计。在此次设计中，我明白了很多，当然收先得感谢何老师的耐心指导和帮助。遇到问题后，老师总能耐心细致的给我讲解。当然我自己也明白了“纸上来得终觉浅，须知此事须躬行”的道理。理论和实践的距离很大，但是理论与实践又必须相结合，只有将正确的理论应用于实践中，才能真正发挥理论的价值，才能更深刻地了解和掌握理论的真正内涵，而要做到理论与实践相结合必须有一定的理论基础和丰富的实践经验。在以后的工作和学习过程中，我会以这次毕业设计为标准，严格要求自己。注重理论与实践地结合。在这一方面我的能力还很欠缺，还在待于在日后的进一步学习和工作中来弥补和提高。此外，设计工作既是一项繁重的工作，必须具有严谨细致的工作作风和顽强的决心和毅力，同时它又是一项充实而有趣的工作，对于问题的解答过程更是一种探求知识的过程，在这个过程中其乐融融，并具有成就感。总之，此次毕业设计让我获益匪浅。最后，由于本人能力所限,经验不足，设计中尚有许多不足之处,恳请各位老师批评指正。58 新型平压模切机的设计参考文献[1]成大仙.机械设计手册（第1、2、3卷）[M].北京：化学工业出版社,2002[2]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京：高等教育出版社1998[3]成大仙.机械设计手册（机械传动）[M].北京：化学工业出版社,2002[4]邓堃,邹慧君,郭为忠.平压平模切机的模切力分析.机械设计与研究,2004(z1):49～52[5]濮量贵，纪名刚.机械设计[M].8版.北京：高等教育出版社，2006[6]申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社,1999[7]张春林.机械创新设计.北京：北京理工大学出版社，2004[8]谢红.新型平压模切机的设计.机械设计与制造,2001（3）：60～63[9]王文斌.机械设计手册（新版）.第3卷.[M].北京：机械工业出版社，2004[10]赵学田.自动机械自学入门.北京：冶金工业出版社,1982[11]徐学林.互换性与测量技术基础[M]湖南大学出版社,2008[12]孙立明.平压模切机输纸系统的运动设计及动力学分析[J].2000[13]郭冠敏.卧式平压模切机输纸及定位系统的分析与研究[J].2006[14]陈培里.工程材料及热加工[M].北京:高等教育出版社,200758 新型平压模切机的设计致谢在本次设计中，首先衷心感谢我的指导老师何哲明教授的悉心指导和耐心帮助，他严谨的工作作风和渊博知识给了对我这个课题给了我很大的帮助。何老师以他丰富的实际工作经验和教学经验，对我进行指导，为我解答了遇到的各种理论与实际性的问题，给予我很多有实际意义的建议。再次表示衷心的感谢。在确定设计的任务方向和进行设计的过程中，同时感谢领导和资料室、复印室各位老师的支持和帮助，也对其他方面给予我帮助的老师和同学表示感谢。通过本次完成设计任务，巩固了专业知识，同时在学习过程中，提高了自身的科研能力，增长了生产实践的经验，对机械有了更深入的了解，这对我今后学习进步是很有意义的。最后，在此对所有的论文评审老师和答辩委员会的全体老师表示由衷地感谢！58