机械原理课程设计剪板机设计说明书
文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
机械原理课程设计说明书设计题目剪板机
成员
指导教师
2014年7月18日
前言
一．原始数据及设计要求
设计一剪板机械，主要功能是能将卷料展开并剪成一定长度的铁板，即将板料作定长度的间歇送进，在板料短暂的停歇时间内，剪刀在一定位置上将铁板剪断。设计要求：原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为2000mm；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断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一，铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的倍，；输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小。
剪板频率为30次/分钟。
二．项目组成员及分工
目录
一．选题意义 (1)
二．原理分析 (2)
三.设计方案及选择 (3)
设计方案分析 (3)
设计方案选择 (3)
(3)
(5)
四.选用机构的尺寸设计 (7)
机构自由度计算 (7)
间歇传动轮系的直径与转速的确定 (7)
(7)
(7)
剪断传动机构的尺寸确定 (9)
(9)
(10)
五．选定机构的运动分析 (14)
位移分析 (14)
速度分析 (14)
加速度分析 (16)
机构运动循环
图 (18)
六．心得体会 (19)
七．参考文献 (22)
八．附录 (23)
一．选题意义
剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并减少板材扭曲，以获得高质量的工件。板金行业的下料剪切工具，广泛适用于机械工业，治金工业，等各种机械行业，主要作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。
二．原理分析
剪板机分为送料机构，剪断机构，卸料机构三个部分，由一台电动机为机器提供动力。送料机构可以应用两个夹紧的皮带轮将卷状的板料加为直板。而剪断机构可以利用齿轮传动与杆件的联合传动带动刀具剪切钢板，并通过齿轮的变传动比使刀具达到规定的剪切频率。卸料机构则只需要皮带轮将剪切完成的铁板送之规定地点即可。
三．设计方案与选择
设计方案分析
铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择：
⑴、如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位
置。
⑵、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。
大致有如下几条途径：
(1) 利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现
停歇，即利用不完全齿轮机构。
(2) 利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连
的构件实现停歇。
(3) 利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动。
设计方案选择
间歇传动轮系的分析与选择
方案一：不完全齿轮机构
运动的实现；调整从动轮的齿轮分布，就能实现运动时间与停歇时间的要求。当主动轮作连续回转运动时从动轮作间歇会转运动。不完全齿轮机构结构简单，容易制造工作可靠，运动时间工
作时间可在较大比例范围内变化。
图3-1 不完全齿轮机构
方案二：槽轮机构
利用主动拨盘在圆弧段或直线段上运动，或者通过控制槽和销的数量，使与之相连的从动槽轮构件实现停歇。
构造简单，外形尺寸小；机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。
图3-2 槽轮机构
方案三：星轮机构
利用星轮做间歇传动，此机构制造比较困难，传动时间和间歇时间之比方便控制，利于达到要求时间比。且受力情况较好，无刚性冲击。
图3-3 星轮机构
方案确定：
工业上常用的间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构等，虽具有结构简单、制造方便。运动可靠等优点，但在动力性能、动停比(运动时间和停歇时间之比)方面，很难满足设计要求。星轮机构则制作非常复杂。而不完全齿轮机构则制作简单且传动时间
与间歇时间比例便于控制，传动时无冲击，故最终选用不完全齿轮机构。
剪断机构的分析与选择
方案一：圆柱凸轮机构
圆柱凸轮也是一个具有间歇进刀能力的机构。只要运动函数为5次函数或是正弦函数即可。设计也比较简单，但是工艺性能比较不好。该机构还有一个很大的缺点就是会出现力不足的情况，力不足会导致剪板无法剪断，而且又没有急回运动，而且也需要发动机提供较高的功率。弹簧的一直运动易出现损
坏，使整个机构瘫痪。
图3-4 圆柱凸轮机构
方案二：六杆机构
六杆机构可以传递较大负荷，几何形状简单，且便于加工制
造，拥有急回运动，能提供足够的剪切力，综合力学性能好。
图3-5 六杆机构
方案确定：
圆柱凸轮机构由于凸轮不宜承受较大的载荷且无急回运动，不适宜用于需要较大承载力的机构中。而六杆机构则可以有着较好的传动力的性能，且可以产生急回运动，从而使刀具对钢板
有一定的冲击力，更便于剪断钢板。故最终选用六杆机构。
图3-6 机构装配总图
四.选定机构的尺寸设计
机构自由度计算
N=5，P
l =7,P
h
=0
F=3×5-2×7=1
间歇传动轮系的直径与转速确定
传动分析
根据设计要求，剪断工艺为铁板输送周期的十五分之一，主动轮3＇转一周360°为一个周期，故剪板工艺不少于：
360*1/15=24°。停歇时间不超过剪板工艺的倍，这里取停歇时间为30°，停歇时间为整个周期的1/12。
在主动星轮3＇等速回转一周时间内.，从动星轮4的运动规律如下：在3＇转过前330°的的时间内，4 匀速回转，此段时间内铁板正好送到要求的长度，在齿轮3＇转过的剩余30°内，从动齿轮4停歇不动，以待剪板。
数据计算
图4-1 机构装配齿轮间关系
通过两个轮子7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=nπd 。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：500mm ，又直径d=周长/π所以可算得直径为：，此时滚子转动四圈即达到要求行程。
根据30次/分钟的剪切要求，轮7的转速n
7
=120r/min，
n
6=n
7
=120r/min，
6轮与5＇轮，5轮与4＇轮，均为2:1的传动比，故
n
5=n
5＇
=60r/min,n
4
=n
4'
=30r/min,
齿轮3＇与3转速相同，主动轮3＇转过一圈，也带动从动轮4
转过一圈，n
3＇
=30r/min
对于皮带轮3、2＇、2和1，采用i
32＇=1：4，i
21
=1:6，进而确
定n
3
=30r/min
n 2'=n
2
=120r/min，n
1
=720r/min。
所以我们最后选择的是型号为Y180M2-8，功率为，转速为720r/min的电机。
最后我们取m
4＇=m
5
=m
5＇
=m
6
=2，取Z
6
=25,则Z
5＇
=50，Z
4＇
=50，
Z
5
=25，进而
d 6=50mm d
5＇
=100mm d
5
=50mm d
4＇
=100mm
对于不完全齿轮的尺寸，取主动轮3＇的齿数为24，则从动轮
齿数Z
4
=22，取m=8，
d 3＇=192mm，d
4
=176mm。
我们选取的电动机输出轮d
1
=42mm，根据传动比关系，求出，
d
2=252mm,d
2'
=50mm,d
3
=200mm。
剪断传动机构尺寸的确定
传动分析
根据连杆机构需带动切刀剪切钢板的工作需求，故需保证机构
每一瞬时都有良好的传力性能，所以连杆机构的最小传动角应不小于400。为保证顺利的剪切钢板，刀具的下落有一冲击力，即需要求连杆机构存在急回运动。
数据计算
图4-2 连杆机构示意图
经根据设计要求进行多次计算确定各杆尺寸以及机架的相对位置：
杆1:60mm；杆2:100mm；杆3：250mm；杆4:80mm；滑块5（连刀杆）:
AD间距150mm，与水平线夹角为450；CD间距125mm；支座A与点F所处竖直线的水平距离210mm。
①．传动角计算
Ⅰ位置
图4-3 Ⅰ位置连杆机构示意图
=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}
γ
1
=arccos{[1002+1252-(150-60)2]/2×100×125}
=
Ⅱ位置
图4-4 Ⅱ位置连杆机构示意图
γ
2
=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}
=arccos{[1002+1252-(150+60)2]/2×100×125} =
γ
min =min{γ
1
，1800-γ
2
}
故计算该机构的最小传动角为γ
min
=。
②．行程速度比系数计算
图4-6 连杆机构极位夹角整体示意图图4-6 连杆机构极位夹角局部放大示意图∠CAD = arccos[(AC2+AD2-CD2)/2·AC·AD]
= arccos[(402+1502-1252)/2·40·100]
=
∠C
1AD = arccos[(AC
1
2+AD2-C
1
D2)/2·AC
1
·AD]
= arccos[(1602+1502-1252)/2·160·100] =
θ = ∠C
1
AD - ∠CAD
=
K = (180O + θ)÷(1800 - θ)
= (180O + )÷(1800 - )
=
即得行程速度变化系数K= 五、选定机构的运动分析 位移分析
当杆AB 和BC 处于共线（重合）时此时为初始角度0o ，此时杆件F 处于最低位置，位移为0。根据几何关系可求出杆件AB 处于不同位置时，杆件F 相对于最低点的位移。
图5-1 杆件F 点处于不同位置时的位移 图5-2 solidworks 模拟杆件F 点的位移曲线
注：由于软件设置，致位移曲线Y 坐标错误。实际是模拟曲线初始位置应为117mm ，其余各点位移应为该点‘117mm - Y 值与初始位置Y 值的差值的绝对值’。 速度分析
Ⅰ位置速度分析 V c = V b + V cb 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 大小 L AB ω1
根据图解法可求出V c ，根据V d =0，且V c =l CD ω3可求出ω3，又V e =l DE ω
3
即得V e
V f = V e + V fe
方向 竖直 ⊥DE ⊥EF 大小 l DE ω3 根据图解法可进一步求出V f
Ⅱ位置速度分析 V c = V b + V cb
方向 ⊥CD ⊥AB ⊥BC 大小 L AB ω1
根据图解法可求出V c ，根据V d =0，且V c =l CD ω3可求出ω3，又V e =l DE ω
3
即得V e
V f = V e + V fe
方向 竖直 ⊥DE ⊥EF 大小 l DE ω3 根据图解法可进一步求出V f
图5-3 Ⅰ位置F 点速度图解 图5-4 Ⅱ位置F 点速度
图解
图5-5 solidworks 模拟杆件F 点的速度曲线
加速度分析
Ⅰ位置加速度分析
αc = αn c + ατc = αn b + ατb + αn cb + ατcb
方向 C →D ⊥CD B →A ⊥AB C →B ⊥BC 大小 l CD ω2
3 l AB ω2
1 0 l BC ω2
2 根据图解法可求出ατ
c ，又ατ
c =ε3l CD 。可求出ε3，根据ατ
e =ε3l DE ,可求出ατe
其中ω2=V cb /l BC ,可求出ω2，ω4=V fe / l EF
αf = αn e + ατe + αn fe + ατfe 方向 竖直 E →D ⊥DE F →E ⊥FE 大小 l DE ω23 ε3l DE l AB ω24 根据图解法可进一步求出αf
Ⅱ位置加速度分析
αc = αn c + ατc = αn b + ατb + αn cb + ατcb 方向 C →D ⊥CD B →A ⊥AB C →B ⊥BC 大小 l CD ω23 l AB ω21 0 l BC ω22 根据图解法可求出ατc ，又ατc =ε3l CD 。可求出ε3，根据ατe =ε3l DE ,可求出ατe
其中ω2=V cb /l BC ,可求出ω2，ω4=V fe / l EF
αf = αn e + ατe + αn fe + ατfe 方向 竖直 E →D ⊥DE F →E ⊥FE 大小 l DE ω23 ε3l DE l AB ω24
根据图解法可进一步求出α
f
图5-6 Ⅰ位置F点加速度图解图5-7 Ⅱ位置F点加速度图解
图5-8 solidworks模拟杆件F点的加速度曲线
机构运动循环图
六、课设感想
1.
本次的课程设计对我来说是一次很好的成长机会。我们花了五天的时间完成了这次课程设计。为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。我们一边忙着复习备考，一边还要做课程设计，时间对我们来说一下子变得很宝贵，真是恨不得睡觉的时间也拿来用了。当自己越过一个又一个难题时，笑容在脸上绽放。当我看到设计终于完成的时候，我乐了。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。从这次的课程设计中，我不仅巩固了课本的知识，还学到了许许多多其他的知识。我知道了每一个课程
之间是融会贯通的，我们在机械设计中运用了大量的力学知识。
其次了解到团队合作很重要，每个人都有分工，但是又不能完全分开来，还要合作，所以设计的成败因素中还有团队的合作好坏。
这次设计让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
当然我的设计肯定有不足之处，希望老师批评指正，下次一定会做得更好。
2.
通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识;通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力;通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械设计基本技能的训练。
在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我
更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但是最后还是解决了。才发现当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.。
现在把这个课程做完了才发现自己对以前学的知识点有了更好的理解，知识只有放在实践运用上才能体现他的价值才能更好地被大家接受，所以这门实践课是很有必要开设的，也是大家很有必要去认真做的。
3.
经过五天的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.
尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了六连杆执行机构和带传动以及齿轮传动机构的设计