机械工程学院
机械原理课程设计
题目：剪板机设计
年级：2013级
班级：机制二班
姓名：xx
同组人员：xxx xx xx xx
指导老师：xx
一、课程设计的意义、内容及步骤
随着生产技术的不断发展，机械产品种类日益增多，对产品的机械自动化水平也越来越高，因此，机械设备设计首先需要进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。本指导书旨在根据高校工科本科《机械原理课程教学基本要求》的要
求：结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生能受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计，针对某种简单机器（即工艺动作过程较简单）进行机构运动简图设计。
设计过程指从明确设计任务到编制技术文件为止的整个设计工作的过程，该过程一般来讲包括四个阶段：1)明确设计任务和要求；2)原理方案设计；3)技术设计；4)施工设计。本次设计的主要内容主要完成前两个任务，完成的步骤如下；
二、机械原理课程设计的基本要求
1.设计结果体现创新精神。
2.方案设计阶段以小组为单位，组织学生参观讨论，分析机器的结构、传动方式、工
作原理，给出至少两种运动方案，并对其进行比较，从中选出最优方案。
3.方案确定以后，进行机构尺寸综合和机构运动分析时，每个学生的参数不同，独自
设计。若发现尚未达到工作要求，应审查方案，调整机构的尺寸，重新进行设计。
4.每个学生绘制一张图纸，应包括机械系统运动方案简图和机械运动循环图，一两个
主要机构的运动分析及设计程序。
5.写一份设计说明书，最后进行答辩。
6.成绩的评定。课程设计的成绩单独评定。应以设计说明书、图样和在答辩中回答问
题的情况为依据，参考设计过程中的表现，由指导教师按五级计分制（优、良、中、及格、不及格）进行评定。
二、机械运动简图设计内容
1.功能分解
机器的功能是多种多样的，但每一种机器都要完成某一工艺动作过程。将机械所需完成的工艺动作过程进行分解，即将总功能分解为多个功能元，在机械产品中就是将工艺动作过程分解为若干个执行动作。设计者必须把动作过程分解为几个独立运动的分功能，然后用树状功能图来描述，使机器的总的功用及各分功能一日了然。
例如，设计一部四工位专用机床，它可以分解成如下几个工艺动作：
(1)安置工件的工作台要求进行间歇转动；
(2)装置刀具的主轴箱能实行静止、快速、进给、快退的工艺动作；
(3)刀具以Ml转动来切削工件。
由此，可画出图1及图2的四工位专用机床的动作要求图和树状功能团。
2.机构选型及功能原理方案的确定
机器的树状功能图给出了执行构件的功能或运动要求，每一个独立的功能或运动可用一个执行机构来完成。即功能元求解，功能元求解就是将所需执行动作，用合适的执行机构型式来实现。将机构按运动转换的种类和实现的功用进行分类，就是起到解法目录的作用。
由于每个功能元的解有多个，因此组成机械的功能原理方案(也就是机械运动方案)可以有多个。在组合过程中应考虑以下几点要求：
1)设计的附加要求；
2)设计的全局要求；
3)功能元解的相容性。
功能原理方案的组合可采用形态学短阵进行综合，即将系统的功能元列为纵坐标．各功能元的相应解法列为横坐标，构成形态学矩阵，如表l—5所示。
表中F1、F2，F3、…F n为功能元，L11、L l2、…为第一功能元的解，L m1、L m2、…为第m组功能元的解。从每项功能元中取出一种解进行合理组合，即可得到一个机械运动方案，最多可以组合出N种机械运动方案：
N＝n1×n 2×…×n j X n m
其中，m为功能元数，n i为第i种功能元解的个数。
采用形态学矩阵综合法可以组合出许多机械运动方案。例如m＝4，各功能元解的数目为4，它的机械运动方案数目可达到44＝256种。数目众多的机械运动方案可使设计人员有广阔的选择范围，在一般情况下，可以先选取比较满意的几个方案，然后对这几个方案进行评价选优，从中得到符合设计要求的最佳机械运动方案。
3.拟订运动循环图
机器所要完成的各工艺动作之间，不是互不相关的，而是有序的、相互配合的．所以各个执行机构必须按工艺动作过程的时间顺序和相互配合关系来完成各自的运动。描述各执行初构间运动的协调配合关系的图，就是机器的运动循环图．
4.绘制机构运动方案示意图和机构运动简图
由原动机和执行构件的运动要求，通过机构选型来确定原动机和执行构件之间的传动机构和执行机构。由于完成同一种运动可选用不同的机构型式，所以就会提供多种方案。设计者从中选择一种或几种饺优的方案，画出从原动机、传动机构到执行机构的运动示意图，达就是机械运动方案示意图。通过机构型综合和机构的尺度综合，设计出完全符合运动要求的传动机构与执行机构，并按真实尺寸画出各机构的简图。这些机构的组合系统就是机械运动简图。
三、课程设计说明书的内容
编写课程设计说明书，是学生对课程设计的总结，内容大致包括：
1)设计题目(包括设计条件和要求)。
2)原动机的选择。
3)传动机构的选择与比较。
4)执行机构的选择与比较。
5)机械系统运动方案的拟定与比较。
6)所选机构的运动动力分析与设计。
7)制订机械系统的运动循环固。
8)画出运动方案布置图及机械运动简图。
9)完成设计所用方法及其原理的简要说明。
10)列出必要的计算公式及所调用的于程序名o
11)写出自编的主程序，子程序及编程框图。打印出自编的全部程序，对程序中的符号，变量作出说明，并列出数学模型中的符号与程序中符号的对照表。
12)用表格列出计算结果，用计算机或人工画出主要的曲线图。
13)对结果进行分析讨论。
14)列出主要参考资科并编号。
上述内容，实际上已包括了机械运动方案的选择与设汁(机构选型及其组合)；机械的运动分析与设计；机械的动力分析与设计。各个高校可根据本校的具体情况及不同专业的需要，选择合适的课程设计题目，确定课程设计说明书的具体内容，或比较全面，或偏重于某个方面，但要保证课程设计的基本内容及其完整性与综合性。
1)一般应包括三种基本机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构的分析与综合。
2)运动循环图的分析与设计。
3)运动方案的选择与比较。
编写说明书的注意事项
1)预备好草稿本。每个学生在接到课程设计题目之后要备一草稿本，把你在课程设计过程中查阅、摘录的资料，初步的运算，编程的草稿，设计构思的草图，心得思路，书写的草稿等都记录在案。不要轻易散落、丢失。这些材料是写正式说明书的基本素材。
2)说明书应该用钢笔写在16开报告纸上，要求字迹端正、文句通顺、步骤清楚、叙述简明。
通过课程设计说明书的编写，学生应学会整理设计数据，绘制图表和简图，用工程术语表达设计成果的方法，说明书是每个学生治学态度、独立分析能力、归纳总结表达能力的综合反映，每个学生必须下苦功夫斟字酌句写出自己的水平与风格，也为书写其他课程设计、毕业设计和论文打下基础。
3)说明书中所用的公式和数据应说明来源，参考资料应编号和书写页次。
4)说明书中，每一自成单元的内容都应有大小标题，使其醒目突出。
5)说明书中必须附有相应的图纸和计算程序。图纸酌数量要达到规定的要求；图纸的质量，要求作图准确，布图匀称，图面整洁，线条、尺寸标注，符合制图标准的规定；画在方格纸上的曲线图要连接光滑。有条件的高校提倡用计算机绘图。电算程序亦要整理好与说明书订在一起。
6)说明书应加上封面与目录装订成册。
设计题目：剪板机设计
1）工作原理及工艺动作过程。
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。因此剪板机主要包括铁板输送机构和剪断机构。
2）原始数据及设计要求。
①原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为1900mm或2000mm或2200mm（设计时任选一种）。
②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。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。
③输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小（即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变）。
3）方案设计提示。
将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：
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。
大致有几条途径：
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；
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；
④其他。
工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，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。所以常用组合机构来满足设计要求。
4）设计任务。
①根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
②进行铁板输送机构和剪断机构的选型；
③机械运动方案的评定和选择；
④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；
⑤对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；
⑥画出机械运动方案简图。
目录
一、设计题目
二、工作原理及工艺动作分析
三、方案分析评价
四、方案汇总
五、最终方案的确定
六、最终方案的机构分析
七、最终方案的机构连接
八、课程总结
九、参考文献
一、设计题目：剪板机设计
二、工作原理及工艺动作分析过程
1.功能分解
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板料剪断，因此剪板机主要包括铁板输送机构和剪断机构。
（1）、输送卷料的间歇机构要进行间歇运动；
（2）、剪断机构要求进行间歇运动；
（3）、其功能分解树状图为
输送
铁板输送机构
剪间歇
板
机剪断
剪断机构
间歇
2、工艺动作顺序
①铁板输送：利用输送机构将卷料展开并进行定长度的间歇送进；
②铁板剪切：利用剪切机构将送进的铁板进行定长度剪切；
三．方案分析评价
1输送机构的分析
槽轮机构
间歇原理：利用主动轮拨盘在圆弧段或直线段上
运动，或者控制槽和销的数量，是与之相连的槽
轮构件实现停歇。
优缺点分析：构造简单，外形尺寸小，机械效率
高，并能平稳的、间隙的进行转位：但因传动时
存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。由
于剪板机的输送机构对速度要求不高，所以可以
采用。
②星轮机构
间歇原理：设主动针轮连续转动，当其上的针齿
未进入星轮的齿槽时，其上的外凸锁止弧与星轮的内
凹锁止弧相互锁死，星轮静止不动：当主动针轮的针
齿进入星轮的齿槽时，两锁止弧恰好松开，星轮开始
转动。
优缺点分析：作为间歇运动机构，星轮机构适应
性较广，同时具有槽轮机构的启动性能，且传送时间
与间歇时间方便控制，利于达到要求时间比，
2、剪断机构的分析①
②
3.崔宁方案一
a．自由度计算
构件数N：7 低副：9 高副：1 F=3*7-(2*9+1)=2 优缺点分析：机构可以传递较大负荷，且几何形状简单，且便于加工制造，拥有急回运动，能踢狗足够的剪切力，综合性能好。
优缺点分析：圆柱凸轮是一个具有间歇进刀能力的机构，只要运动函数时五次函数或正弦函数即可。设计也比较简单，但是工艺性能不好。该机构有一个很大的缺点就是会出现力不足的情况，力不足会导致铁板无法剪断，而且无急回运动。
b.机构的拆分
由上图可知，此机构为Ⅲ级机构（四杆，六个低副）。 C ．根据设计要求可进行多次计算确定各杆尺寸。 a+d<=b+c
d ．传动角的计算
e:位置速度分析
CB B C v v v +=
根据图解法可求出Vc ，根据Vd=0，且Vc=Lcd*w3可求出ω3，又因为Ve=Lde*ω，即得Ve 。
齿轮的传动分析
根据设计要求，剪断工艺为铁板输送周期的十五分之一，主动轮转一个周期为360°，间歇时间不超过剪板的1.5倍，取停歇时间为30s ，停歇时间为整个
大小：
方向：
周期的1/12，所以星轮机构从动轮的第一个槽
与最后一个槽之间的夹角为322.5°。
g．机构效率的计算
剪板机由剪断机构与输送机构并联而成，其效率如下：η=P1*η1+P2*η2/（P1+P2）
η1*P1=F*Ve
P1+P2=P
η2*P2=2000/（322.5*N圈数）
h、运动循环图
②：崔宁方案2.
a：机构运动示意图；
b.机构自由度的计算；
构件数9；局部自由度：1；低副：10；高副：2
F-（9-1）*3-（2*10+2）=2
c：杆组的拆分；
d：槽轮机构的运动参数及运动特性
当主动拨盘1回转一周时，槽轮2的运动时间td与主动拨盘转一周的总时间t之比，称为槽轮的运动系数，k=td/t；
k=n(1/2-1/z)
又因k值应小于或等于1，即
n(1/2-1/z)≤1
由此得
n≤2z/(z-2)
取n4,槽数为4，圆销数为1，k<=1.
设圆槽至槽轮回转轴心的距离为rx，
λ=R／L=sin(π／z），
可得:
e：运动循环图：
机构角度
传动机构0°-330°330°=360°
传动间歇
剪断机构0°0°-182.23°182.23°182.23°-360°最高位置推程最低点位置回程
四：方案汇总
霍灿鹏方案1 优缺点分析：拥有较好的传动性能且通过产生急回运动从而使刀具对钢板有一定的冲击力从而导致剪断钢板。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。
霍灿鹏方案2 优缺点分析：1）输送装置作为间隙运动机构，星轮适应性较广，同时具有槽轮机构的起动性能但制造工艺有点困难。
2）剪断机构的运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易。