机械原理课程设计

一、设计题目........................................................ 2 二、设计参数及要求.................................................. 2 三、设计任务........................................................ 2 四、设计思路........................................................ 3

（一）铁板输送机构 .............................................. 3 （二）剪断机构 .................................................. 3 （三）整体工作流程 .............................................. 3 五、各机构的选择.................................................... 4

（一）电动机的选择 .............................................. 4 （二）铁板输送机构的选择 ........................................ 4 六、各机构的参数确定................................................ 9

（一）送料机构 .................................................. 9 （二）剪断机构 .................................................. 9 （三）间歇机构 ................................................. 11 （四）齿轮传动机构 ............................................. 12 七、运动循环总图 ............................................... 14 八、总体传动图..................................................... 15 九、机构运动简图................................................... 16 十、利用计算机对连杆机构进行分析................................... 17

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一、设计题目

（计剪板机的铁板输送机构和剪短机构）

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短。

二、设计参数及要求

（一）原材料为成卷的板料，每次输送铁板长度L=1900或2000或2200mm（设

计时人选一种）。

（二）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短。剪断

工艺所学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。

（三）输送机构运转应平稳，震动和冲击应尽量（即要求输送机构的加速度曲线连续无突变）。

三、设计任务

（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。

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四、设计思路

我们组本次设计的课题主要从两方面去考虑——铁板输送机构和剪断机构。

（一）铁板输送机构

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。

（二）剪断机构

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。

（三）整体工作流程

送 剪 送 料断出 图4-1 整体工作流程

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五、各机构的选择

（一）电动机的选择

表5-1 电动机型号

电机型号 Y160M2-8 额定电压 380V 额定电流 6.0A 额定功率 5.5KW 额定转速 750r/min 额定转矩 2.0 （二）铁板输送机构的选择

该机构主要实现铁板的输送、停歇、定位等目的。所以可采用齿轮传动、带轮传动、链齿轮传动等和不完全齿轮、棘轮机构、槽轮机构等的组合来实现。 1、输送机构

（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 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。 2、停歇、定位机构 （1）棘轮机构

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图5-1 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。 （2）槽轮机构

图5-2 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歇运动，并

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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）不完全齿轮机构

图5-3 不完全齿轮机构

不完全齿轮机构结构简单，容易制造，工作可靠，实际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。 （4）星轮机构

5-4星轮机构

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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。

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加速级的传动，利用星轮作间歇传动。

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易于控制，利于达到要求时间比。且受力情况较好，无刚性冲击。 3、剪断机构

此机构在星轮间歇的时候，剪断板材，实现工作目的。 （1）连杆机构

图5-5 曲柄滑块机构

运动副一般为低副，低副为面接触，压强较小、承载大、润滑好、磨损小、运动副元素的几何形状较简单，故教工制造方便，成本低。构建多呈现杆的形状。建工制造简单，可实现扩大行程和远距离传动等目的，实现多种运动变换和运动规律。

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（2）凸轮机构

图5-6 凸轮机构

凸轮廓线可实现各种运动规律、结构简单、紧凑，但易磨损，传力不大，故不适合高速运动。

综上所述，根据我们设计需求，应该采用连杆机构作为剪断机构。

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六、各机构的参数确定

（一）送料机构

图6-1 送料机构

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

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好脱离星轮，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1/15，所以由此可得：

间歇时针轮转动角为：3601/15=24 (度)

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图6-2 剪断机构计算示意图

设曲柄长度为50mm

图6-3 设计示意图

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假定CD杆运动到竖直位置时，AB杆与BC杆恰好共线，且假定此时B1C1与水平方向的夹角为25o。

B1C1与B2C2分别是BC杆运动的两个极限位置。进而得出杆CD（假设杆长为100mm）的摆动角为66o，C2C1=46mm。

图6-4 运动简图

由图解法分析得：

LAD380mm、LCD100mm、LBC339.2mm、LAB50mm 因此，满足杆长条件。

（三）间歇机构

此处间歇机构采用星轮机构，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。

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图6-5 星轮机构

（四）齿轮传动机构

图6-6 传动机构

星轮转动180度传动滚子转动五圈，同时，还要满足送料机构每分钟输送板10m。由此可得，齿轮总传动比为1：10，均匀分布载荷，可初步确定个齿轮齿

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数；令两个大的主动齿轮5’、6’的齿数分别为100 ，60；从动小齿轮6、7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:

圆柱齿轮标准模数系列（GB/T 1357—1987）

优先选用的模数有：

0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 （单位：mm）

分度圆直径 d=mz 所以，初步选择模数为2mm 可得，各齿轮分度圆直径为：

齿轮5’：d=200mm 齿轮6 ：d=60mm 齿轮6’：d=120mm 齿轮7 ：d=40mm 模数的确定也可根据实际工作的需要另行选定。

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七、运动循环总图

根据上述对各机构运动的详细分析，各机构的运动情况，所以能够绘制出机械运动的总循环图。

切刀 送料器 剪板停止 送料 剪板 停止 0o 336o 360o

图7-1

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八、总体传动图

图8-1

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九、机构运动简图

图9-1

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十、利用计算机对连杆机构进行分析

10-1 运动分析图

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10-2 运动分析图

10-3 运动分析图

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10-4运动线图

10-5运动仿真图

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参考资料

[1].冯文杰.机械工程基础实验教程.重庆：重庆大学出版社.

[2].孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理(第7版).北京：高等教育出版社,2006.5.

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