改进设计一剪板机的铁板输送机构

-0-机械创新设计说明书题目：改进设计一剪板机的铁板输送机构院校：南京农业大学工学院专业：材料成型及控制工程班级：材控82班设计者：柳杰合作者：王慧莹、张琴、张鹏飞、东梅、伍刚学号：3338225指导老师：贺亮2010年12月16日-1-目录第一章创新设计概述…………….……………………………….……………………………11.1机械创新设计题目…………………………………………………………31.2设计背景……………………………………………………………………31.3设计数据和要求……………………………………………………………31.4机构工作原理及示意图……………………………………………………31.5创新设计意义………………………………………………………………4第二章动力源选择…………….……………………………….……………………….………42.1原动机的选择………………………………………………………………42.2原动机型号的选择…………………………………………………………52.2.1电动机额定电压的选择…………………………………………………52.2.2电动机额定转速的选择…………………………………………………5第三章初选方案设计…………….……………………………….…………………….……63.1轮系机构分析………………………………………………………………63.1.1轮系的运动分析…………………………………………………………63.1.2轮系的计算分析…………………………………………………………63.2附加间歇机构分析…………………………………………………………73.2.1铰链四杆间歇机构的运分析……………………………………………73.2.2四杆机构的尺寸计算分析………………………………………………8第四章改进方案设计…………….…………………………………….……………….……84.1设计分析……………………………………………………………………84.2方案一：圆柱凸轮-蜗轮蜗杆间歇机构……………………………………94.2.1凸轮—齿轮组合简介……………………………………………………94.2.2圆柱凸轮-蜗轮蜗杆间歇机构运动示意………………………………94.2.3参数计算…………………………………………………………………10-2-4.2.3.1蜗轮蜗杆的计算………………………………………………………104.2.3.2铁板输送轮系计算……………………………………………………104.2.3.3圆柱凸轮的计算………………………………………………………124.3方案二：不完全齿轮间歇机构……………………………………………124.3.1不完全齿轮的基本介绍…………………………………………………124.3.2装有瞬心线板的不完全齿轮的工作原理………………………………134.3.3参数设计…………………………………………………………………144.4方案三：槽轮间歇机构……………………………………………………154.4.1槽轮间歇机构的简介……………………………………………………154.4.2槽轮间歇机构的工作原理………………………………………………164.4.3槽轮机构的参数设计……………………………………………………17第五章方案评价及选优…………….…………………………………….……………….…19结束语…………….……………………………….…………….………………….……………….………19参考文献…………….……………………………….…………….……………….……………….………20附录…………….……………………………….…………….………………….………………….…………20-3-第一章创新设计概述1.1机械创新设计题目改进设计一剪板机的铁板输送机构1.2设计背景剪板机机床行业现已基本实现柔性、复合加工，今后主要以发展大型组合式复合加工机床为发展方向，即由两台主机组合成复合加工机床，因为需要重型机床完成的加工零件多为单件小批量,电磁振动给料机，其工艺复杂，辅助时间和加工周期长，由一台机床完成所有加工工序受到限制，而由两台组合加工中心就完全可以实现。在现在的铁板剪切机构中，也基本采用复合加工机床来实现，一般的铁板输送机床主要包括原动机、输送机构、执行机构以及剪切机构，其中的输送执行机构是关键，输送机构和执行机构的组合关键在于实现机构的间歇运动，即当铁板达到指定长度后能够停止，等待剪断，待剪断之后继续输送。1.3设计数据和要求（1）原材料为成卷的板料。每次输送铁板的长度为L=1900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水平时间的1.5倍，以保证有较高的生产率。（3）输送机构运转平稳，振动和冲击尽可能减小（即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变。）1.4机构工作原理及工作示意图工作原理：（1）夹持并输送铁板，当铁板到达指定长度后停止输送及铁板停止运动（2）实现间歇运动，并在铁板即将停歇或运动时，输送铁板的构件的加速度曲线仍然连续无突变，图1-1工作示意图-4-使整个机构的运转比较平稳，振动和冲击尽可能的减小。工作流程：铁板夹持→铁板输送→输送间歇→铁板剪切1.5创新设计意义不满足人类已有的知识经验。努力探索客观世界中尚未被认识的事物规律，从而为人们的实践活动开辟新的领域、打开新局面！注意观察与研究新事物，积极探索。敢于向疑难问题挑战，勇于突破传统观念的束缚。在思维方式、方法及结论上挑战自己的思维。敢为天下先，发挥你的想象、独具卓识、开拓进取。能够提出新的创见、作出新的发现，将新的想象力及创造力尽可能展现出来。不安现状、要求超越自己，力求精益求精、日益更新。对事情各问题、环节作深入了解，并通过与他人讨论来搜集各种观点从而总结、思考自身在该领域的经验。在当今社会，技术创新对于经济结构的调整和经济的发展具有特别重要的作用。虽然不同学科对于技术创新有着不同的解释，但有一点认识是共同的，技术创新是创新主体意识、有预期地引发和实践技术与经济结合的过程。创新不仅可以促进一个国家的的经济发展，同时通过技术引进、模仿创新和产业改造，逐步推动其社会结构转型的顺利完成，使其社会能够更有效地利用它们的人力和物质资源。第二章动力源选择2.1原动机的选择机械系统通常由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其它辅助零部件组成。工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分。铁板输送机构中，每次输送的铁板长度有限（L=1900或2200mm），而且铁板的厚度是很薄的，否则若铁板的厚度大，则每次输送的铁板的重量就会很大，导辊与铁板之间的摩擦力就会小于铁板与地面之间的摩擦力，这样一来，铁板就不能运动了，即不能实现输送了。所以经过此分析就能发现，每次输送的铁板的-5-质量不是很大，由此可以推出，电动机的传输功率也不需要很大，同时这种铁板输送机构的使用寿命要比较长，尤其是对于长期作业的企业而言，每天所需的铁板的量比较大。通过上面的表格对比发现，Y系类三相异步电动机运行可靠寿命比较长，转动惯量比较小，节省材料，是一种节能型电动机，而且其经常用于不含易燃，易爆腐蚀性气体的场所和无特殊要求的机械上。通过上述总结，该铁板机的输送机构中利用Y系类三相异步电动机比较合适。2.2电动机型号的选择2.2.1电动机额定电压的选择电动机的电压等级、相数、频率都要与供电电源一致。因此，电动机的额定电压应根据其运行场所的供电电网的电压等级来确定。我国的交流供电电源，低压通常为380V，高压通常为3kV，6kV或10kV。中等功率（约200kW）以下的交流电动机，额定电压一般为380V；大功率的交流电动机，额定电压一般为3kV或6kV；额定功率为1000kW以上的电动机，额定电压可以是10kV。需要说明的是，笼式异步电动机在采用Y-D降压启动时，应该选用额定电压为380V、D接法的电动机。直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V，最常用的电压等级为220V。直流电动机一般由单独的电源供电，选择额定电压时通常只要考虑与供电电源配合即可。2.2.2电动机额定转速的选择对电动机本身来说，额定功率相同的电动机，额定转速越高，体积就越小，造价就越低，效率也越高，转速较高的异步电动机的功率因数也较高，所以选用额定转速较高的电动机，从电动机角度看是合理的。但是，如果生产机械要求的转速较低，那么选用较高转速的电动机时，就需要增加一套传动比较高、体积较大的减速传动装置。因此，在选择电动机的额定转速时，应综合考虑电动机和生产机械两方面的因素来确定。根据原动机所选的选用Y型三相异步电机以及上述电动机的选择原则等，所确定的电动机的型号为：Y(Xn、P、D、H)160L1–2WF1转速1500r/min功率15kw-6-图3-1铁板输送机构第三章初选方案设计3.1轮系机构分析3.1.1轮系的运动分析该铁板输送机构以轮系机构为基础机构，实现铁板的连续向前输送，是主要的使用性能。在此基础上由于铁板要由剪板机剪断，所以要求该轮系有个短暂的停歇时间，以便于剪断机的剪断。要实现间歇运动就在此轮系机构的基础附加了一个铰链四杆机构（曲柄摇杆机构）。基础机构组成：齿轮2、3、4及细杆H组成一个自由度为2的差动轮系，1为主动轮。1轮在做连续的匀速转动，带动2轮同时做匀速转动，使得行星轮3做自转，最后带动轮4及轮4外的辊4‘配合轮5带动铁板向前运输。然而要使轮4有个停歇的过程，必须要使CD杆带动轮3的公转速度与轮2带动轮3的自转速度相互抵消，实现轮4的停歇。3.1.2轮系的计算分析关于差动轮系的定量计算，转化为定轴轮系的传动比计算：先计算轮2与轮4之间的传动关系，由i24H=ω2−ωHω4−ωH=−z4z2（3-1）可以得到ω4=(1+z2z4)ωH−z2z4ω2（3-2）轮1与轮2之间的传动比关系由定轴轮系之间的传动比计算式：i12=ω1ω2=−z2z1ω2=−z1z2ω1（3-3）将（3）式带入（2）式可得轮4与轮1及行星架H之间的角速度关系：ω4=(1+z2z4)ωH+z1z4ω1（3-4）由（4）式可得出位移关系：∆φ4=(1+z2z4)∆φH+z2z4∆φ1（3-5）欲使主动齿轮1从某瞬时开始转过∆φ1=30°时构件4能产生停歇，则应令∆φ4=0°，即满足：-7-(1+z2z4)∆φH=−z1z4∆φ1得出行星架H必须与主动轮1满足∆φH=−z1z2+z4∆φ1的关系。确定齿数z1和z4设主动轮1转一周的时间为T，将（4）式两边积分后得：∆φ4=∫ω4TOdt=Z1Z4∫ω1dt=Z1Z4∙2πT0今要求当齿轮1转一周时，齿轮4转∆φ4=240°，因此：z1z4=240360=23根据机器结构和强度要求初选Z1=68，Z4=102；确定齿数z2和z3假定齿轮2固定不动，差动轮系就变成了以系杆H为输入构件，中心轮4为输出构件的行星轮系了。则：i42H=ω42−ωH2ω22−ωH2=−z2z4得：iH42=ωH2ω42=z4z4+z21由曲柄摇杆机构的尺寸现选取iH42=0.6可得Z2=68若选用标准齿轮，则根据同轴条件z4=2z3+z2可选齿数z3=17检验安装条件：q=z2+z4k=Z2+Z41=170满足整数条件即可选检验邻接条件：(z2+z3)sinπkz3+2ha∗3.2附加间歇机构分析3.2.1铰链四杆间歇机构的运动分析从轮系机构的分析中可以看出，轮系只是整个机构的传动部分，并不能实现间歇运动，所以这个输送机构是利用铰链四杆机构来实现间歇运动的，以下对这个铰链四杆机构的具体运动进行分析。-8-从整个机构的运动上可以看出，连架杆AB与主动轮1固定在一起，随着主动轮做整周旋转，而连架杆CD的运动使得齿轮3进行周转，而齿轮2使得齿轮3进行自转，当齿轮3的周转速度和自转速度