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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
要摘…………………………..……………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT……..…………………………………………………………………Ⅱ
第1章緒論 1
1.1剪板機(jī)分類 1
1.2剪板機(jī)工作原理 2
第2 章選擇方案對比 4
2.1液壓傳動方案 4
2.2機(jī)械傳動方案 4
2.2.1凸輪機(jī)構(gòu)方案 5
2..2.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)方案. 5
2.3剪板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述 5
2.4本章小結(jié) 9
第3章總體傳動方案 10
3.1電動機(jī)的選擇 10
3.1.1電動機(jī)類型結(jié)構(gòu)形式的選擇 10
3.1.2 電動機(jī)功率的選擇 10
3.1.3計(jì)算傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù) 12
3.2本章小結(jié) 12
第4章帶傳動的設(shè)計(jì)及計(jì)算 14
4.1確定計(jì)算功率 14
4.1選擇帶型 14
4.3確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 14
4.3.1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 14
4.3.2計(jì)算帶的速度 14
4.3.3計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑 15
4.4確定中心距a和帶輪的基準(zhǔn)長度 15
4.5驗(yàn)算主動輪上的包角 16
4.6確定帶的根數(shù) 16
4.7確定帶的預(yù)緊力 16
4.8計(jì)算帶傳動作用在軸上的壓軸力 17
4.9帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
4.9.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.9.2大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
5.0本章小結(jié) 20
第5章軸的設(shè)計(jì) 21
5.1主動軸設(shè)計(jì) 21
5.1.1軸的材料 21
5.1.2軸頸的最小許用值 21
5.1.3確定軸上的零件的裝配方案 22
5.1.4軸上零件定位 22
5.1.5軸各段直徑和長度的確定 22
5.1.6繪制主軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖 22
5.1.7軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 22
5.2從動軸的設(shè)計(jì) 22
5.2.1材料選擇 22
5.2.2軸頸的最小許用值 22
5.2.3確定軸上零件的裝配方案 22
5.2.4繪制從動軸上零件的裝配圖的結(jié)構(gòu)圖 22
5.2.5軸的強(qiáng)度校核 22
5.3本章小結(jié) 25
第6章齒輪設(shè)計(jì) 26
6.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 26
6.1.1齒輪類型的選擇 26
6.1.2齒輪材料的選擇 26
6.1.3選取精度等級 26
6.1.4選擇齒數(shù) 26
6.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 26
6.2.1確定公式內(nèi)容計(jì)算數(shù)值 26
6.2.2計(jì)算 27
6.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 28
6.3.1確定公式內(nèi)容計(jì)算數(shù)值 29
6.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算 29
6.4幾何尺寸計(jì)算 30
6.4.1計(jì)算分度圓直徑 30
6.4.2計(jì)算中心距 30
6.4.3計(jì)算齒輪寬度 30
6.5驗(yàn)算 30
6.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 31
6.6.1對小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
6.6.2對大齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
6.7本章小結(jié) 33
第7章曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
7.1材料的選擇 34
7.2確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)桿件長度 34
7.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
7.4強(qiáng)度校核 35
7.5電動機(jī)校核 36
7.6建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型 36
7.6.1建立位移方程 37
7.6.2建立速度方程 37
7.6.3建立加速度方程 37
7.7本章小結(jié) 38
結(jié)論 39
參考文獻(xiàn) 40
致謝 41
摘 要
該設(shè)計(jì)的對稱傳動剪板機(jī)，其沖剪力為10噸，滑塊的行程為22mm，每分鐘剪切30次。由電動機(jī)提供動力，經(jīng)過一級帶傳動和一級齒輪傳動減速。設(shè)計(jì)中采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對板料的剪切。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)中，通過對平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，用Turbor C編程，輸入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)功參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的仿真。
關(guān)鍵詞：Turbor C 運(yùn)動仿真 曲柄滑塊 剪板機(jī)
ABSTRACT
The design of symmetric transmission shears, shear-to 10 tons, the itinerary for the slider 22 mm per 30 minutes shear. Powered by the motor through a belt drive and a slowdown Gear. Design of the implementation agencies right mind crank slider, This will shears transmission rotation slider into the reciprocating linear motion, the realization of the right of sheet metal shear. Crank slider is simple in structure, easy processing, easy to maintain and repair, economic and practical advantages in machinery, equipment widely used. The design, right through the plane crank slider mathematical modeling, Turbor C programming, input slider crank agencies that such remarks parameters and the parameters of the whole movement of the simulation process.
Key words: Turbor C Motion simulation Crank and slide block Cutting machine
第1章 緒 論
1.1剪板機(jī)分類
剪板機(jī)的分類：機(jī)械剪板機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)、液壓剪板機(jī)、數(shù)控?cái)[式剪板機(jī)、數(shù)控前送料擺式剪板機(jī)、液壓擺式剪板機(jī)、超厚液壓擺式剪板機(jī)、液壓閘式剪板機(jī)、深喉口剪板機(jī)、腳踏剪板機(jī)、精密剪板機(jī)。“十五”期間，液壓剪板機(jī)在結(jié)構(gòu)與配置方面跨越了各行其道的階段，逐步向國際主流靠攏。目前多數(shù)液壓剪板機(jī)，機(jī)架采用整體焊接結(jié)構(gòu)、經(jīng)時(shí)效處理、具有良好的強(qiáng)度、剛度和精度保持性；采用集成式液壓系統(tǒng)伺服驅(qū)動，極大提高了機(jī)床運(yùn)行的可靠性；根據(jù)被剪板料的材質(zhì)、厚度和剪切長度，自動完成剪切角度、剪切行程、刀片間隙和后擋料的調(diào)整；可配備前送料系統(tǒng)或后托料裝置，集送料、卸料于一體，有效地提高了設(shè)備自動化程度。
在使用金屬板材較多的工業(yè)部門，都需要根據(jù)尺寸要求對板材進(jìn)行切斷加工，剪板機(jī)主要用于剪切金屬板材，是重要的金屬板材加工機(jī)床。其不僅用于機(jī)械制造業(yè)，還是金屬板材配送中心必不可少的裝備，應(yīng)用范圍特別廣泛。剪板機(jī)是借于運(yùn)動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。常用來剪裁直線邊緣的板料毛坯，主要應(yīng)用于金屬加工行業(yè)。剪板機(jī)按結(jié)構(gòu)分為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類；按傳動方式分，有機(jī)械傳動剪板機(jī)和液壓傳動剪板機(jī)兩類。
剪板機(jī)目前主要有以下幾種：
平刃剪板機(jī)：剪切質(zhì)量較好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機(jī)械傳動的較多，該剪板機(jī)上下兩刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初扎方坯和板坯。
斜刃剪板機(jī)：分閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)，剪切質(zhì)量較前者差，有扭曲變形，但力能消耗較前者小，適用于中大型剪板機(jī)。
多用途剪板機(jī)：板料折彎剪板機(jī)，即在同一臺機(jī)器上可完成兩種工藝，假期下部進(jìn)行板料剪切，上部進(jìn)行折彎，也有的機(jī)器前部進(jìn)行剪切，后部進(jìn)行板料折彎。
專用剪板機(jī)：氣動剪板機(jī)大多用在剪切線上速度快，剪切次數(shù)高。
數(shù)控剪板機(jī)：直接對后擋料器進(jìn)行位置編程，可進(jìn)行位置校正，具有多工步編程功能，可實(shí)現(xiàn)多步自動運(yùn)行，完成多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率。
剪板機(jī)是通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換 滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動，對板料進(jìn)行剪切加工的剪切機(jī)械，機(jī)械剪板機(jī)是金屬板料剪切的專業(yè)設(shè)備，廣泛用于汽車、造船、建材、五金機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)的薄板剪切下料使用，被剪切板料以抗拉強(qiáng)度48公斤/毫米以內(nèi)為基準(zhǔn)，如需剪切其他高強(qiáng)度板料時(shí)，應(yīng)相應(yīng)減少剪切板料厚度。為了提高本機(jī)的整體抗拉強(qiáng)度，采取鋼板焊接結(jié)構(gòu)，并具有結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)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。
1.2剪板機(jī)工作原理。
剪板機(jī)是借于運(yùn)動的刀片和固定的刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離的設(shè)備。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)，汽車、造船、電器電氣工程設(shè)備、板金加工、鋼管焊接、電子工業(yè)、航天航空工業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械制造、餐飲家具各種機(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。
上刀片固定在刀架上，下刀片固定在下床面上，床面上安裝有托球，以便于板料的送進(jìn)移動，后擋料板用于板料定位，位置由調(diào)位銷進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓壓料筒用于壓緊板料，以防止板料在剪切時(shí)翻轉(zhuǎn)。棚板是安全裝置，以防止發(fā)生工傷事故剪板機(jī)剪切后應(yīng)能保證被剪板料剪切面的直線度和平行度要求，并盡量減少板材扭曲，以獲得高質(zhì)量的工件。剪板機(jī)的上刀片固定在刀架上，下刀片固定在工作臺上。 工作臺上安裝有托料球，以便于板料的在上面滑動時(shí)不被劃傷。 后擋料用于板料定位，位置由電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 壓料缸用于壓緊板料，以防止板料在剪切時(shí)移動。 護(hù)欄是安全裝置，以防止發(fā)生工傷事故?；爻桃话憧康?dú)猓俣瓤欤瑳_擊小。
剪板機(jī)屬于鍛壓機(jī)械中的一種，主要應(yīng)用在金屬加工行業(yè)。產(chǎn)品廣泛適用于：輕工、航空、船舶、冶金、儀表、電器、不銹鋼制品、鋼結(jié)構(gòu)建筑及裝潢行業(yè)。
剪板機(jī)是帶有自動送料裝置，可完成板料高效率、精密加工的機(jī)械剪板機(jī)，具有自動、高速、精密三個(gè)基本要素隨著中國加入WTO以來，我們回過頭來瞻望中國的制造業(yè)，就拿剪板機(jī)的成長來看吧剪板機(jī)床的成長越來越成為機(jī)械制造行業(yè)的中流砥柱，通用型高性能剪板機(jī)，廣泛適用于航空、汽車、農(nóng)機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表、醫(yī)療器械、家電、五金。
對稱傳動剪板機(jī)是一種典型的對稱傳動的機(jī)械，主要用于剪裁各種尺寸金屬板材的直線邊緣。該設(shè)備應(yīng)用廣泛，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
本機(jī)器的工作原理：動力源電動機(jī)通過二級傳動（一級帶輪傳動，一級齒輪傳動）減速驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為往復(fù)的直線運(yùn)動，在此過程中，由切刀（固定在滑塊上）來進(jìn)行對板料的切削。
在這次設(shè)計(jì)中，針對該剪板機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過數(shù)學(xué)建模，運(yùn)用Turbor C強(qiáng)大的編程運(yùn)算能力，研究了曲柄以勻角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊的位移、速度、加速度的變化規(guī)律。
第2章 選擇方案對比及剪板機(jī)構(gòu)描述
剪板機(jī)主要是通過滑塊上刀片的往復(fù)直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)切斷功能，能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的主要由液壓傳動和機(jī)械傳動兩種。
2.1液壓傳動方案
剪板機(jī)液壓傳動系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示，其原理：手動換向閥6推向左位（即左位接入系統(tǒng)），此時(shí)活塞在壓力油的作用下向下運(yùn)動，對板料進(jìn)行剪切加工，當(dāng)加工完成后，將閥6手柄推向右位（即右位接入系統(tǒng)），活塞向上運(yùn)動，即刀片上抬，到了一定位置，將閥6手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動。然后剪切第二次時(shí)，重復(fù)上述操作。手動換向閥6也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)剪切，提高效率。
圖2.1 液壓傳動系統(tǒng)原理圖
液壓剪板機(jī)采用液壓傳動，使機(jī)器工作時(shí)平穩(wěn)，噪聲小，安全可靠，可以進(jìn)行單次連續(xù)剪切，剪板厚度也較機(jī)械傳動的厚，但是液壓系統(tǒng)是利用液體作為中間介質(zhì)來傳遞動力的，剪切力大時(shí)，油壓也相應(yīng)的高，對液壓元件的精度、強(qiáng)度要求也高，制造成本也相應(yīng)的較高，而且液壓系統(tǒng)不可避免的存在，泄露問題，會造成污染，油溫的變化會引起油液粘度變化，影響液壓傳動工作的平穩(wěn)性，所以適應(yīng)環(huán)境能力小。另外，液壓剪板機(jī)的維修也不方便，需要掌握一定的專業(yè)知識，因此此次設(shè)計(jì)不選用此方案。
2.2機(jī)械傳動方案
2.2.1凸輪機(jī)構(gòu)方案
圖2.2 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖
凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2.2所示：主軸的轉(zhuǎn)動帶動凸輪傳動，凸輪升程時(shí)推動滑塊（即刀片）作剪切動作?；爻虝r(shí)，滑塊在彈簧的作用下上升到開始位置，準(zhǔn)備下一個(gè)動作循環(huán)。
凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)從動件的運(yùn)動規(guī)律來選擇機(jī)構(gòu)的尺寸和確定凸輪輪廓線。缺點(diǎn)是凸輪機(jī)構(gòu)一般用于控制機(jī)構(gòu)而不是用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因?yàn)槠涔ぷ鲏毫Σ荒芴螅駝t會嚴(yán)重磨損凸輪的輪廓及推桿，導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動作要求，不能保證機(jī)器的穩(wěn)定性，因此該方案不予采用。
2.2.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)方案
曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2.3所示：通過主軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿使滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)剪切動作。
該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較合適。
2.3剪板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)描述
剪切過程如圖所示，板料在剪板機(jī)的上.下剪切刀作用下受剪切產(chǎn)生分離變形。剪切時(shí)下剪刀固定不動，上剪刀向下運(yùn)動。開始剪切時(shí)，上剪刀刀刃壓入板料，產(chǎn)生一對剪力F及相應(yīng)的力矩Fd，迫使被剪板料轉(zhuǎn)動。但在轉(zhuǎn)動過程中受到剪刀側(cè)面的阻擋，在剪刀的另一側(cè)面也產(chǎn)生一對側(cè)推力Ft及相應(yīng)的力矩Ftc，其方向阻止板料的轉(zhuǎn)動。
開始剪切時(shí)，板料轉(zhuǎn)角隨壓入深度的增大而增大，而力矩Ftc也隨之增大，故剪刀壓入一定深度后有Fd=Ftc，這時(shí)被剪板料就不再轉(zhuǎn)動，直至在剪力作用下被剪斷為止。這種剪切板料的設(shè)備稱為剪切機(jī)。
圖2.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖
剪板機(jī)屬于直線剪切機(jī)類型，主要用于剪切各種尺的金屬板材的直線邊緣。由于剪板機(jī)上設(shè)有后擋料裝置或前擋料裝置，顧可以對板料進(jìn)行定尺寸剪切。
剪板機(jī)可以按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型分類如表2.4所示。
剪切過程示意圖2.4
剪板機(jī)的技術(shù)參數(shù)
剪板機(jī)可剪板料厚度手剪板機(jī)構(gòu)件強(qiáng)度限制，最終取決于剪切力。影響剪切力的因素很多，如刃口間隙，刃口鋒利程度。剪切面的寬度等，而最主要的還是被剪材料的強(qiáng)度。略去一些次要因素則剪切力與其主要因素的關(guān)系為
式中σ被剪材料抗拉強(qiáng)度值；
t被剪材料厚度；
剪切角；
k系數(shù)；
通常剪切強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值為500MPa，在剪切力及其他因素確定的條件下，可以得到剪板機(jī)剪板料的最大厚度。目前國內(nèi)外剪板機(jī)的最大剪切厚度為32毫米以下，厚度過大對設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)性來說是不可取的。
剪切方式
按剪切要求此類剪板機(jī)通常采用斜刃刀片，斜刃剪切是采用漸入剪切的方式如圖2.5所示，故瞬間剪切尺寸小于板料寬度。剪板機(jī)上、下刃口不平行，上、下刃口間的夾角稱為剪切角一般為0.5度到4度。
剪切角與剪切力及板料變形有關(guān)，剪切角不同，剪切行程隨之改變，有些液壓剪切機(jī)的剪切角度是可調(diào)的，以適應(yīng)不同情況。剪切角減小后，剪切行程也相應(yīng)減小，行程次數(shù)即可提高從而提高生產(chǎn)率。斜刃剪切質(zhì)量不如平刃剪切，有扭曲變形現(xiàn)象，但是剪切力和能力消化比平刃要小得多，故斜刃剪切在中、大型剪板機(jī)中采用。
圖2.4斜刃剪切
可剪板寬
可剪板寬是指剪板機(jī)剪刃方向，一次剪切完板料的最大尺寸，它參照鋼板寬度和使用廠家的要求制定（可剪切寬度小于剪刃長度），這種剪切方式稱為橫切方式?？v切方式為多次接觸剪切，只要條料寬度小于剪板機(jī)只要條料寬度小于剪板機(jī)的凹口——喉口，剪切尺寸不受限制。隨著工業(yè)的發(fā)展，要求剪板寬度不斷增大，目前剪板機(jī)寬度為0000毫米的剪板機(jī)已經(jīng)比較普遍，國外最大板寬已達(dá)10000毫米。
用剪板機(jī)剪切沖壓加工用的條料，長度為2000以下時(shí)，剪板機(jī)剪切條料寬度最小公差如表格2.6所示。
表2.6剪切調(diào)料寬度最小公差
厚度t/mm
剪裁條料寬度/mm
25
25-50
50-100
100-200
寬度最小公差
0.5一下
0.3
0.3
0.4
0.5
0.-1
0.4
0.4
0.5
0.6
1-2
0.5
0.5
0.6
0.7
2-3
0.6
0.6
0.7
0.7
3-4
—
0.8
0.8
1.0
4-5
—
—
1.0
1.3
5-6
—
—
1.3
1.2
采用縱切方式對剪板機(jī)的喉口深度會有要求，如圖2.7所示。
目前剪板機(jī)趨勢是減少喉口深度，以提高機(jī)架的剛度。
行程次數(shù)
行程次數(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率，隨著生產(chǎn)發(fā)展及各種上、下料裝置的出現(xiàn)，要求剪板機(jī)應(yīng)該具有較高的行程次數(shù)對于機(jī)械傳動的小型剪板機(jī)，一般要達(dá)到50次每分鐘以上。
圖2.7
2.4本章小結(jié)
本章主要介紹剪板機(jī)的液壓傳動方案和機(jī)械傳動方案，從中了解凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和減半機(jī)構(gòu)。對剪板機(jī)的的技術(shù)參數(shù)、剪切方式、可剪板寬、剪切角度進(jìn)行了確定。
第3章 剪板機(jī)總體傳動方案
綜合考慮，本次剪板機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案為電動機(jī)經(jīng)過一級帶輪減速及一級齒輪減速驅(qū)動主軸上的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊作往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)行剪切動作，剪板機(jī)的剪切力是10噸，行程為22mm，每分鐘剪板30次。設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)圖如圖3.1所示。
圖3.1 系統(tǒng)傳動簡圖
3.1電動機(jī)的選擇
3.1.1電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇
本次設(shè)計(jì)所選用的電動機(jī)的類型和機(jī)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類、工作條件、載荷大小和性質(zhì)變化、啟動性能、制動、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來選擇。
電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源,因此,無特殊要求時(shí),均應(yīng)采用三相交流電動機(jī)。其中異步電動機(jī)是交流電動機(jī)的一種,它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動力機(jī)械,一般以三相異步交流電動機(jī)應(yīng)用最廣泛。
Y系列三相異步電動機(jī)為封閉式三相異步電動機(jī),能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電機(jī)內(nèi)部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。不僅使用于水泵、鼓風(fēng)機(jī)、金屬切削機(jī)床及運(yùn)輸機(jī)械,更使用于灰塵較多、水土飛濺的地方,如碾米機(jī),磨粉機(jī),脫殼機(jī)及其它農(nóng)業(yè)機(jī)械,礦山機(jī)械等。
根據(jù)工作環(huán)境和要求,選用Y系列三相異步電動機(jī)。
3.1.2電動機(jī)功率的選擇
電動機(jī)的容量選擇的是否合適,對電動機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量選的過小,不能保證工作機(jī)的正常的工作或使電動機(jī)因過載而過早的損壞;而容量選的過大,則電動機(jī)的價(jià)格較高,能力又不能充分利用,而且由于電動機(jī)經(jīng)常不滿載運(yùn)行,其效率和功率因數(shù)都較低,增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。
該剪板機(jī)的剪切力為10噸，根據(jù)諾沙里公式：
= （3.1）
式中 ——剪切力 =10×103×9.8=98000N
——被剪板料強(qiáng)度極限，實(shí)際中的板料=500N/mm
——被剪板料延伸率，=25%
——被剪板料厚度
——上刀刃傾斜=2°
——被剪部分彎曲力系數(shù)，=0.95
——前刃側(cè)向間隙相對值，=0.083
——壓具影響系數(shù)x=7.7
把已知數(shù)據(jù)代入式（3.1）
解得：=4.63mm
根據(jù)文獻(xiàn)資料得，Q11型剪板機(jī)技術(shù)參數(shù)，類比實(shí)習(xí)時(shí)工廠的樣機(jī)，選取電動機(jī)的功率為5.5kW。
轉(zhuǎn)速的確定：
由于傳動由皮帶和齒輪組成的。按推薦的傳動副傳動比較合理的范圍，取三角帶傳動比=2～4。二級圓柱齒輪減速器傳動比=8～40，則總傳動比合理范圍為 =16～160,則電動機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：
= · =(16～160)·=480～4800r/min
查表19.1 Y系列三相異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù),選取Y132-M2-6型電動機(jī)比較合適,其技術(shù)參數(shù)如下:功率為5.5kW，級數(shù)為6，滿載時(shí)的電流、轉(zhuǎn)速、效率分別為12.6A、960r/min、85.3%。
3.1.3計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)
總傳動比
= （3.2）
=×
式中——三角帶傳動比
——圓柱齒輪傳動比
取=4 =
計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速
= r/min
= r/min
計(jì)算各軸的功率
查得[4]各部件傳動效率為：圓柱齒輪：0.94～0.96 =0.95
三角帶傳動：0.94～0.96 =0.955
軸承(每對)：0.97～0.99 =0.98
則總傳遞效率為：
== =
== ==5.15kW
=
=
==4.79kW
各軸轉(zhuǎn)矩
=
式中——電動機(jī)轉(zhuǎn)矩；
——電動機(jī)功率；
——滿載轉(zhuǎn)速[6]；
= = N·m =N·m
=
=
= N·m
=
= N·m
= N·m
3.2本章小結(jié)
本章主要根據(jù)了對上一章幾個(gè)方案對比確定了剪板機(jī)的總體傳動方案。從中選擇了電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)，規(guī)定了電動機(jī)的功率從中進(jìn)行了計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算。
第4章 帶傳動的設(shè)計(jì)及計(jì)算
在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)簡單較緊湊，造價(jià)低廉，傳動平穩(wěn)以及緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。
4.1 確定計(jì)算功率
= (4.1)
=kW
式中 ——傳動的額定功率（）
——工作情況系數(shù)
查文獻(xiàn)資料，載荷變動較大，軟啟動每天工作時(shí)間小于10小時(shí)，取=1.2。
4.2 選擇帶型
根據(jù)=6.6kW和主動帶輪（小帶輪）轉(zhuǎn)速= r/min，由文獻(xiàn)資料中選定A型V帶。
4.3 確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑
4.3.1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
查參考文獻(xiàn)[4]取主動輪基準(zhǔn)直徑=mm。
4.3.2驗(yàn)算帶的速度
=
=
=m/s
由于過小，表示所選的過小，這將使所需要的有效拉力過大，即所需要的跟數(shù)過多，于是帶輪的寬度，軸徑及軸承的尺寸都要隨之增大。
取=mm
=
=m/s
=m/s
4.3.3計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑
===640mm
并按照V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列進(jìn)行圓整,圓整后
=640mm
4.4 確定中心距和帶輪的基準(zhǔn)長度
由于中心距未給出,可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初步中心距取
代入=mm , =mm
mm
取=mm
=mm,根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系,按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度
≈++ + (4.2)
≈mm
=mm
由參考文獻(xiàn)[7]表33.1－9取=mm，由于V帶的中心距一般是可以調(diào)整的,故采用下式進(jìn)行近似計(jì)算
≈
=mm
=mm
考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力(如帶伸長而松弛后的緊張)的需要，中心距的變化范圍為
==mm＝mm
==mm=mm。
4.5驗(yàn)算主動輪上的包角
根據(jù)對包角的要求，應(yīng)保證
≈
≈
主動輪上的包角滿足要求。
4.6確定帶的根數(shù)
(4.3)式中 ——包角系數(shù)，查得0.91
——長度系數(shù)，查得1.13
——單根V帶的基本額定功率，查得0.94kW
——單根V帶額定功率的增量,查得0.5kW[4]
代入數(shù)據(jù)得
==根
4.7 確定帶的預(yù)緊力
考慮離心力不利的影響，和包角對所需預(yù)緊力的影響，單根V帶的預(yù)緊力為
= (4.4)
式中——V帶單位長度的質(zhì)量，查得=0.10kg/m
==N
由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍。
4.8計(jì)算帶傳動作用在軸上壓軸力
為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承，必須確定帶傳動作用在軸上的力。如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按帶的預(yù)緊力的合力來計(jì)算，即
=
式中： ——帶的根數(shù)
——單根帶預(yù)緊力
——主動輪上的包角
=
= N
=1437.3N
4.9 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.9.1小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.材料：HT200
2.確定帶輪的形式
由參考文獻(xiàn)[6]得：電機(jī)軸=38mm，電機(jī)軸伸出長度為E=80mm，且已知小帶輪的基準(zhǔn)直徑=160mm，2.5=2.5×38mm=95mm
2.5＜＜300mm
所以小帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu)。帶輪的基準(zhǔn)直徑為160mm，外徑=168mm。
3.輪槽的尺寸
查文獻(xiàn)得帶輪的輪槽尺寸如下：
輪槽基準(zhǔn)寬度=11.0mm
基準(zhǔn)線上槽深=2.75mm
基準(zhǔn)線下槽深 =8.7mm
槽間距=15±0.3mm
第一槽對稱面至端面的距離=mm
最小輪緣厚=6mm
輪槽角=38°
輪槽結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。
圖4.1 輪槽結(jié)構(gòu)
4.確定小帶輪外形尺寸
帶輪寬： ==(5-1)×15+2×10mm=80mm
帶輪外徑：==160+2×4mm=168mm
輪緣外徑： =(1.8～2) =(1.8～2)×38mm=(68.4～76)mm，取=70mm
輪轂長度： 因?yàn)?80mm＞1.5=1.5×38mm=57mm
所以=(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取=60mm。
=(1/7-1/4) =(1/7-1/4)×80mm=(11.43～20)mm 取=15mm
小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.2
圖4.2 小帶輪結(jié)構(gòu)
4.9.2大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、材料：HT200
2、確定帶輪的結(jié)構(gòu)形式
初選大帶輪的軸徑=35mm，已知大帶輪的基準(zhǔn)直徑=640mm＞300mm，所以大帶輪選用輪輻式結(jié)構(gòu)。
3、輪槽尺寸同小帶輪。
4、輪緣及輪轂的尺寸：
帶輪寬： ==(5-1)×15+2×10mm=80mm
帶輪外徑：=640+2×4mm=648mm
輪轂外徑：=(1.8～2)=(1.8～2)×35mm=(63～70)mm，取=70mm
輪轂長度：因?yàn)?80mm＞1.5=1.5×35mm=52.5mm
所以=(1.5～2) =(1.5～2)×38mm=(57～76)mm，取=60mm。
= (4.5)
式中： ——傳遞的功率，為5.15kW
——帶輪的轉(zhuǎn)速，為240r/min
——輪輻數(shù)，取4
==mm=50.8mm
=0.8=0.8×50.8mm=40.6mm
=0.4=0.4×50.8mm=20.3mm
=0.8=0.8×20.3mm=16.2mm
=0.2=0.2×50.8mm=10.2mm
=0.2=0.2×40.6mm=8.1mm
大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.3
圖4.3 大齒輪機(jī)構(gòu)
5.0本章小結(jié)
本章主要確定了帶傳動設(shè)計(jì)和計(jì)算，對帶傳動的功率、選擇帶型和小帶輪的基準(zhǔn)直徑、中心距、帶著根數(shù)、帶著預(yù)緊力、主動輪上包角進(jìn)行計(jì)算確定。從而對帶輪結(jié)構(gòu)和傳動作用在軸上壓軸力進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范。
第5章 軸的設(shè)計(jì)
軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳遞，軸主要是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力。
軸按照承受載荷的不同，可分為以下三類：
（1）轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受扭矩。
（2）心軸只承受彎矩不承受扭矩。
（3）傳動軸只承受扭矩不承受彎矩。
按軸線形狀的不同，可分為兩種：
（1）曲軸通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動，或作相反的運(yùn)動變換。
（2）直軸又可按外形分為光軸和階梯軸。
本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)采用的是直軸。
5.1主動軸設(shè)計(jì)
5.1.1軸的材料
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià)，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。在載荷一定的情況下，好的材料能提高軸的工作性能及壽命，但同時(shí)要考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性，故采用45號鋼，并做調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)[8]得 =103～126，取=116，=60MP。
軸的失效形式：主要有斷裂、磨損、超過允許范圍的變形和振動等，對于軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：
1. 足夠的強(qiáng)度。
2. 足夠的剛度。
3. 振動的穩(wěn)定性[4]。
5.1.2 軸徑的最小許用值
根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算公式[9]
≥ (5.1)
=116×=62.94mm
5.1.3確定軸上的零件的裝配方案
深溝球軸承、套筒和軸端擋圈從軸的左端依次安裝，深溝球軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈從軸的右側(cè)依次安裝。軸承選擇6014型深溝球軸承。
5.1.4 軸上的零件定位
1. 軸向定位
軸上的零件是以軸肩、套筒來保證的。
2. 周向定位
限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，本次設(shè)計(jì)采用鍵來固定。
5.1.5軸各段直徑和長度的確定
類比工廠樣機(jī)，確定主軸的各段直徑及長度
5.2軸的設(shè)計(jì)
5.2.1材料選擇
類比主軸，選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。
5.2.2軸徑的最小許用值
≥ (5.2)
=116×mm
=32.24mm
5.2.3繪制軸上零件的裝配圖及軸的結(jié)構(gòu)圖
5.2.4確定軸上零件的裝配方案
軸承、套筒、皮帶輪、軸端擋圈從左端向右依次安裝。軸承、套筒、齒輪、軸端擋圈依次從軸的右端向左安裝，軸承選擇6007型深鉤球軸承。傳動軸的零件裝配及軸的機(jī)構(gòu)如圖5.1所示。
5.2.5軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
1.輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T
=4.79 kW ， =30r/min ， =1510.19 N·m
2.求大齒輪上所受的力、
大齒輪與小齒輪相互作用，依據(jù)牛頓第三定律
=-，=
圖5.1 傳動軸的結(jié)構(gòu)及裝配圖
==2×204.81/(100×10-3)N=4096.2N(d為小齒輪的分度圓直徑)
= =4096.2×tg20°N=1490.89N
所以=+4096.2N，=-1490.89N
軸上曲柄的作用力，由于制動帶的作用，傳到曲柄上的轉(zhuǎn)矩只有主軸的1/3，作用在雙曲柄的徑向力，為
== /(3××2)=1510.19/(3×0.11×2)N=2288.17N
3. 主軸的受力分析
主軸的受力如圖5.2所示，由圖根據(jù)物體的平衡條件可知
已知：=117，=404，=144，=-1490.89N，==2288.17N，=4096.2N
解方程組得
=141.25N，=-4237.45N，=-2339.58N，=-745.87N
=4237.45×(135+1180+135)×50/(135+1180+135+50)
=204810.08N·mm
==2339.58×135N·mm
=315843.3 N·mm
=
=2339.58×(135+1180)-2288.17×1180 N·mm
=376507.1 N·mm
=
=2339.58×(135+1180+135)-2288.17×1180-2288.17×135 N·mm
=383447.45 N·mm
由圖可以看出C截面為最危險(xiǎn)截面，按第四強(qiáng)度理論校核
=
圖5.2 主軸的受力分析圖
=MPa
=40.49MPa＜[σ-1]=60MPa 安全
5.3本章小結(jié)
本章主要對剪板機(jī)的軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。從而對剪板機(jī)主動軸的材料、軸徑最小許用值、軸上的零件定位進(jìn)行了確定并且繪制軸上的零件裝備圖以及軸的結(jié)構(gòu)圖，最終對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。
第6章 齒輪設(shè)計(jì)
齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要最常用傳動之一,效率高,機(jī)構(gòu)緊湊,工作可靠,壽命長,傳動比穩(wěn)定。缺點(diǎn)是造價(jià)高，安裝精度高，易磨損。
6.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
6.1.1齒輪類型的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)的傳動方案選擇直齒圓柱齒輪傳動。
6.1.2齒輪材料的選擇
由于機(jī)器工作時(shí)屬于中等沖擊，選取大小齒輪的材料均為45Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度：小齒輪271～316HBS，大齒輪為241～286HBS，取中間值，則大齒輪為263.5HBS，小齒輪為293.5HBS。
6.1.3選取精度等級
因其表面經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，故選用8級精度。
6.1.4選擇齒數(shù)
選小齒輪齒數(shù)為Z1=20，大齒輪齒數(shù)Z2=uZ1=8×20=160
6.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行試算，既：
≥2.23 (6.1)
6.2.1確定公式內(nèi)的各個(gè)計(jì)算數(shù)值
試選載荷系數(shù)
=1.3
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
==95.5×105×N·mm=2.049×105 N·mm
選取齒寬系數(shù)
=0.6
材料的彈性影響系數(shù)
=189.8MPa
接觸疲勞強(qiáng)度
按齒面硬度查得大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限=610MPa，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=650MPa
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60×240×1×（30×300×8）=1.0368×109
===0.1296×109
接觸疲勞強(qiáng)度
查得[4]=1.0, =1.1
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效效率為1%，安全系數(shù)=1，有
==1.0×650=650MPa
==1.1×610=671MPa
6.2.2計(jì)算
小齒輪分度圓直徑
將以上所有數(shù)據(jù)代入公式(7-1)有
d1t≥2.23
=2.32×
=81.016mm
計(jì)算圓周速度
=
=m/s
=1.018m/s
計(jì)算齒寬
=
=0.6×81.016
=48.610mm
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù) ===4.051mm
齒高 =2.25=2.25×4.051mm=8.041mm
=48.610/9.115=5.333
計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)=1.081mm/s，8級精度，查得動載系數(shù)=1.1;直齒輪假設(shè)≥100N/mm;由表查得==1.2；=1.5；查得齒向載荷分配系數(shù)用內(nèi)差法得 =1.23，并且=4.44，8級精度，并調(diào)質(zhì)處理，查得彎曲強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)=1.16；故載荷系數(shù)
==1.5×1.1×1.2×1.23=2.4354
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
==81.016×mm=99.87mm
計(jì)算模數(shù)
==mm=4.99mm
6.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由齒根彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：
≥ (6.2)
6.3.1確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
彎曲疲勞強(qiáng)度
查得[8]小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=426MPa。大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=430MPa。
彎曲疲勞壽命系數(shù)
查得=0.88，=0.9。
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù) =1.4 由得
==267.77MPa
==276.4MPa
載荷系數(shù)K
=
載荷系數(shù) ==1.5×1.1×1.2×1.116=2.297。
計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
==0.01621
==0.01422
小齒輪的數(shù)值大
6.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算
≥
=
=3.99mm
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)3.99并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)植m=4mm。按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=99.87mm，算出小齒輪齒數(shù)
===25
大齒輪齒數(shù) ==8×25=200 取Z2=200
6.4 幾何尺寸計(jì)算
6.4.1計(jì)算分度圓直徑
==25×4=100mm
==200×4=800mm
6.4.2計(jì)算中心距
===450mm
6.4.3計(jì)算齒輪寬度
==0.6×100=60mm
為防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大大齒輪的工作載荷，常將小齒輪的齒寬在圓整數(shù)值的基礎(chǔ)上人為地加寬5~10mm
故取小齒輪的齒寬=65mm
大齒輪的齒寬=60mm。
6.5 驗(yàn)算
==N=4098N
= N/mm =102.45N/mm＞100 N/mm
合適。
6.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖
6.6.1對小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算小齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)
齒頂高 ==4×1 mm =4mm
齒根高 ==4×（1+0.25） mm =5mm
齒全高 ==12+15mm=27mm
齒頂圓直徑 ==100+2×4mm =108mm
齒根圓直徑 ==100-2×5mm =90mm
由于小齒輪直徑不大，且中間有軸傳動，故選用實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。
壓力角 =20°
齒距 ==3.14×4mm =12.56mm
基圓直徑 ==100×cos20°mm =93.97mm
基圓齒距 ==12.56×cos20°mm =11.80mm
齒厚 ==12.56/2mm =6.28mm
齒槽寬 ==12.56/2mm =6.28mm
頂隙 ==4×0.25mm=1.0mm
因?yàn)樾↓X輪的齒頂圓直徑 =108mm＜160mm，所以小齒輪可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪[4]。小齒輪的結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。
6.6.2對大齒輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算大齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)
齒頂圓直徑 ==800+2×4mm=800mm
齒根圓直徑 ==800-2×5mm =790mm
由于大齒輪的齒頂圓直徑=790mm在400～1000mm之間，，所以選用輪輻式結(jié)構(gòu)的齒輪[4]。
圖6.1 小齒輪結(jié)構(gòu)圖
輪輻的設(shè)計(jì)
輪輻數(shù)取
== 65mm
因?yàn)榇簖X輪的材料為鑄鋼，所以
==1.6×65mm=104mm
=(12～16)mm 取=15mm
=(15～18)mm 取=16mm
=0.8×104mm=52mm 取=52mm
=0.8×52mm=41.6mm 取=41.6mm
=52/5mm=10.4mm 取=10.4mm
=52/6mm=8.7mm 取=8.7mm
=0.5×52=26mm 取=26mm
=97.5﹥≥=60mm 取=60mm
大齒輪如圖6.2所示：
圖 6.2 大齒輪結(jié)構(gòu)圖
6.7本章小結(jié)
本章主要對剪板機(jī)的齒輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而選定了齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。對齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度、幾何尺寸進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)算并且對剪板機(jī)齒輪設(shè)計(jì)的這些參數(shù)繪制了零件圖。
第7章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
曲柄連桿機(jī)構(gòu)是曲柄剪板機(jī)的典型機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檫B桿的往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)剪切工藝。同時(shí)，機(jī)構(gòu)還具有力的放大作用（即工作載荷大于傳動系統(tǒng)輸入的作用力），滿足剪板機(jī)瞬時(shí)峰值力的要求。
7.1材料的選擇
由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)需要承受10噸的沖壓力，應(yīng)選擇剛度較大的鋼，選擇45號鋼，應(yīng)力=238MPa, =238MPa, =142MPa。
7.2確定曲柄連桿桿件長度
已知搖桿的行程為22mm，本次設(shè)計(jì)采用對心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，如圖7.1所示。所以曲柄長=/2=22/2mm=11mm。機(jī)構(gòu)在圖7.1所示位置時(shí)的傳動角=90°-，為了保證曲柄連桿的性能， ≥40°。
圖7.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖
由圖8-1可知：==
因?yàn)椤?0°，所以≤
/ ≤
≥/
的最大值為1
≥/ ≥11/mm=14.36mm
類比工廠樣機(jī)，選=400mm。
7.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
參考工廠樣機(jī)，確定曲柄連桿的機(jī)構(gòu)，如圖7.2所示
圖7.2 曲柄連桿的機(jī)構(gòu)
7.4強(qiáng)度校核
該剪板機(jī)的剪切力為10噸，因此
=10×103×9.8N=9.8×104N
由于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的最大力發(fā)生在曲柄與導(dǎo)軌垂直的位置[14]，作用在曲柄上的力
=/ (-安全適用系數(shù)取1.2)
=1.2×9.8×104/N=11.76×104N
=11.76N
因?yàn)椴捎秒p曲柄傳動，所以
=/2=11.76×104/2N=5.88×104N
=/=5.8×104/238mm2=247mm2
從圖8-2可以看出φ30處是該機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，其面積=（70-30）×35mm2=1400mm2＞247mm2，因此滿足強(qiáng)度要求。
曲柄連桿上連接部分剪切強(qiáng)度校核
=/=9.8×104/142mm2=690mm2
= =×(30/2)2=706.5＞ 安全。
所以曲柄連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
7.5電動機(jī)的校核
由以上的計(jì)算可知作用在曲柄上的最大力為11.76×104N，曲柄對主軸的轉(zhuǎn)矩==11.76×104×11×10-3N·m=1293.6N·m。
電動機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩經(jīng)皮帶和齒輪傳遞到主軸的轉(zhuǎn)矩=1510.19N·m，＜
所以電動機(jī)的選擇符合設(shè)計(jì)要求。
7.6建立曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型
曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型如圖7.3所示，已知常量：曲柄的長度 ==11mm，連桿長度=400mm，曲柄旋轉(zhuǎn)角度= =30，連桿與x軸所夾的角度=90°
圖 7.3 曲柄連桿的數(shù)學(xué)模型
7.6.1建立位移方程
建立位移方程[15]：
將矢量方程轉(zhuǎn)化為解析形式，有
（7.1）
已知，，，，解方程組（7.1）得
當(dāng)>0時(shí)
=
當(dāng)<0時(shí)
=+
當(dāng)=0時(shí)
=，
7.6.2建立速度方程
對方程組（7.1）兩邊對時(shí)間求導(dǎo)，整理得
（7.2）
已知
解方程組（7.1）得
7.6.3建立加速度方程
對方程組（7.2）兩邊對時(shí)間求導(dǎo)整理得
（7.3）
已知，，，，，，，，解方程組（7.3）得
表7.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性
曲柄的角位移T（°）
連桿的位移A3（mm）
連桿的速度V3（mm/s）
連桿的加速度Y3（mm/s2）
0
399.848724
57.595863
8.296367
45
407.702545
41.518524
-213.244614
90
411.000000
0.0000000
-309.864441
135
407.702545
-41.518520
-213.244629
180
399.848724
-57.595863
8.296367
225
392.146179
-39.934326
213.241531
270
389.000000
-0.0000002
293.278015
315
392.146210
39.934341
213.241455
360
399.848724
57.595863
8.296314
7.7本章小結(jié)
本章了解了剪板機(jī)的曲柄滑塊，對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從中對材料的選擇、曲柄滑塊桿件長度確定和電動機(jī)校核，并且對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行相對數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)計(jì)算。
結(jié) 論
經(jīng)過為期十周的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對四年來所學(xué)的機(jī)械理論知識有了進(jìn)一步的理解。剛開始學(xué)這些理論知識時(shí)，總感覺很乏味，不知道它的價(jià)值在哪，導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情不高，只是為了完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)效率也很低。在這次設(shè)計(jì)中，我又回顧了四年來我們學(xué)過的所有知識，并把它們綜合起來，應(yīng)用在設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，我感覺這些知識活了起來，它們不再是枯燥無味的了，在設(shè)計(jì)中遇到每個(gè)難題，我在它們中間都能找到答案，我越來越喜歡這門科學(xué)了。
近幾年來，機(jī)械工業(yè)迅速發(fā)展，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)后，這個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平也越來越高，機(jī)器的自動化、智能化程度也越來越高。在這次設(shè)計(jì)中，我嘗試著運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，探索了曲柄滑塊輸入量和輸出量之間的關(guān)系，當(dāng)由于經(jīng)驗(yàn)不足，能力有限，分析的過程和結(jié)果有許多不盡人意的地方，但我已盡了最大的努力，而且在這個(gè)過程中，我也收獲了很多。
我相信，只要我繼續(xù)保持在這次設(shè)計(jì)中的刻苦創(chuàng)新精神，努力學(xué)習(xí)，不斷的要求自我，改造自我，進(jìn)入社會后，遇到再大的困難，我也能冷靜的面對，找到解決問題的方法，不斷鍛煉自己，成為一個(gè)有所作為的機(jī)械人，為社會和國家服務(wù)！
參考文獻(xiàn)
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