單點(diǎn)開(kāi)式曲柄式機(jī)械剪板機(jī)設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙和三維PROE圖紙說(shuō)明書(shū)】

單點(diǎn)開(kāi)式曲柄式機(jī)械剪板機(jī)設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙和三維PROE圖紙說(shuō)明書(shū)】,全套含CAD圖紙和三維PROE圖紙說(shuō)明書(shū),單點(diǎn),曲柄,機(jī)械,板機(jī),設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙,以及,三維,proe,說(shuō)明書(shū),仿單 題 目 機(jī)械剪板機(jī)的設(shè)計(jì)及分析 學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè) 班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 老 師： 摘要 制造業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的支柱之一，同時(shí)也是評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力和國(guó)防實(shí)力是否領(lǐng)先的重要標(biāo)準(zhǔn)。在機(jī)械制造業(yè)中，金屬加工是機(jī)械制造過(guò)程中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，而冷沖壓技術(shù)是近代金屬加工領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)少切屑甚至無(wú)切屑的先進(jìn)工藝。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，剪板機(jī)是最重要的板材加工設(shè)備之一，而曲柄式剪板機(jī)是利用機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生壓力的實(shí)現(xiàn)冷沖壓技術(shù)的重要機(jī)器之一，在冷沖壓工藝中占有很大的比重。 曲柄式剪板機(jī)的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，后通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳給工作機(jī)構(gòu)，從而將工件發(fā)生確定的變形，達(dá)到剪切的目的。 本文設(shè)計(jì)了公稱壓力為60KN開(kāi)式單點(diǎn)曲柄式剪板機(jī)。首先進(jìn)行了剪板機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)；然后設(shè)計(jì)了剪板機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)；重點(diǎn)對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，并對(duì)主要承載構(gòu)件上刀片進(jìn)行了工作能力校核及ANSYS應(yīng)力分析；選擇了合適的離合器和壓料器。 關(guān)鍵詞：剪板機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；曲柄連桿；動(dòng)態(tài)仿真 ABSTRACT Manufacturing is one of the pillars of the national economy. It is also an important criterion to evaluate whether a country's scientific and technological strength and national defense strength are ahead. In the machinery manufacturing industry, metal processing is an indispensable link in the process of mechanical manufacturing, and cold stamping technology is an important part of the field of modern metal processing, and it is an advanced technology to realize small chip or even no chip. In the modern industrial production, the shearing machine is one of the most important processing equipment, and the crank shears are one of the most important machines to realize the cold stamping technology using mechanical transmission, and it occupies a large proportion in the cold stamping process. The power of the crank shears is provided by the motor, and then the motion and energy of the motor are passed to the working mechanism through the transmission system, thus the deformation of the workpiece is determined and the purpose of shearing is achieved. The open type single point crank shearing machine with a nominal pressure of 60KN is designed. First, the overall scheme of the shearing machine is designed; then the mechanical transmission system of the machine is designed; the emphasis is on the analysis and design of the crank slider mechanism, and the ANSYS stress analysis is carried out on the blade of the main bearing member; the suitable clutch and pressure feeder are selected. key word：Shearing machine; transmission system; crank connecting rod; dynamic simulation. 目錄 摘要 I ABSTRACT II 1.緒論 1 1.1 剪板機(jī)概述 1 1.2 剪板機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 3 1.3 剪板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 5 1.4 研究目的及研究?jī)?nèi)容 6 1.5 本章小結(jié) 7 2.剪板機(jī)總體方案的確定 8 2.1 剪板機(jī)的基本參數(shù)要求 8 2.2剪板機(jī)設(shè)計(jì)總體方案的確定 9 2.3 本章小結(jié) 12 3.剪板機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 13 3.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 18 3.3本章小結(jié) 27 4.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27 4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 27 4.2曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 28 4.3 連桿的設(shè)計(jì) 33 4.4 本章小結(jié) 35 5.離合器與制動(dòng)器 35 5.1 離合器的選擇 36 5.2 制動(dòng)器的選擇 37 6.上刀架的設(shè)計(jì)及上刀片的有限元分析 39 6.1上刀架的設(shè)計(jì) 39 6.2 刀片的選擇 40 6.3 上刀片的有限元分析 41 6.4 本章小結(jié) 45 7.簡(jiǎn)易機(jī)械剪板機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 46 7.1方案選擇的合理性分析 46 7.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 49 總結(jié)與體會(huì) 50 參考文獻(xiàn) 51 致謝 53 附錄一 54 附錄二 72 IV 1.緒論 1.1 剪板機(jī)概述 剪板機(jī)（英文名稱：plate shears；guillotine shear）是用一個(gè)運(yùn)動(dòng)的上刀片相對(duì)另一固定的下刀片作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)剪切板材的機(jī)器。是借于運(yùn)動(dòng)的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對(duì)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【1】。剪板機(jī)屬于鍛壓機(jī)械中的一種，主要作用于金屬加工行業(yè)。 剪板機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型可以分為閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)兩類(lèi)；按傳動(dòng)方式分，可以分為液壓傳動(dòng)式剪板機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)剪板機(jī)兩類(lèi)。此外，再根據(jù)剪板機(jī)的傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)形式及使用性質(zhì)的不同可以將剪板機(jī)分為曲柄剪板機(jī)、螺旋剪板機(jī)、高速剪板機(jī)、高速?zèng)_裁剪板機(jī)、多工位自動(dòng)剪板機(jī)、沖壓剪板機(jī)等；按照工藝用途和結(jié)構(gòu)類(lèi)型可以分為平刃剪板機(jī)、斜刃剪板機(jī)、多用途剪板機(jī)、專用剪板機(jī)和數(shù)控剪板機(jī)。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(dòng)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(tái)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(dòng)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(duì)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(dòng)運(yùn)行，完成多工步零件一次性加工，提高生產(chǎn)效率【2】。圖1-1為引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)制造的數(shù)控?cái)[式剪板機(jī)。 圖1-1 數(shù)控?cái)[式剪板機(jī) 剪板機(jī)的剪切原理:剪切過(guò)程是由壓入變形和剪切滑移兩個(gè)階段組成，剪切過(guò)程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形的過(guò)程。當(dāng)上剪刃下移與鋼板接觸后，剪刃便開(kāi)始?jí)喝脘摪?，由于剪切力力在開(kāi)始階段比較小，在鋼板剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小于鋼板本身的杭前能力，因此鋼板只能發(fā)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，鋼板壓入變形增大，剪切力也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定深度，即剪切力增加到一定值時(shí)，鋼板的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達(dá)到相等，剪切過(guò)程處于由壓入變形階斷過(guò)渡到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時(shí)，鋼板沿著剪切面產(chǎn)生相對(duì)滑移，開(kāi)始了真正的剪切，這一階段被稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切應(yīng)力也不斷變小，直至鋼板的整個(gè)斷面被剪斷為止，完成一個(gè)剪切過(guò)程【3】。 1.2 剪板機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 隨著社會(huì)的發(fā)展的技術(shù)的進(jìn)步，很多的工業(yè)部門(mén)、企業(yè)都在使用金屬板材，都需要對(duì)板材進(jìn)行剪斷加工，所以剪板機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中起著不可或缺的重要作用。隨著科技的發(fā)展，剪板機(jī)的功能和精度也得到了很大的提高。剪板機(jī)屬于直線剪切類(lèi)機(jī)器，能剪切各種尺寸金屬板材的直線邊緣。在軋鋼、汽車(chē)行業(yè)、電器、儀表儀器行業(yè)、船舶、橋梁、壓力容器等各個(gè)行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。 1842年，英國(guó)工程師史密斯制造第一臺(tái)蒸汽錘，開(kāi)始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代；十九世紀(jì)末，出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械剪板機(jī)及空氣錘，并獲得快速成長(zhǎng)。二十世紀(jì)初，鍛壓機(jī)械改變了向大型及重型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、多品種出產(chǎn)等方向發(fā)展。 自60年代以來(lái)，剪板機(jī)已經(jīng)有了十分迅速的發(fā)展，其每分鐘行程次數(shù)已經(jīng)從幾百次發(fā)展到現(xiàn)在的3000次左右，其噸位也已從十噸發(fā)展到上百噸?，F(xiàn)在剪板機(jī)首要用在電子、儀器儀表、輕工、汽車(chē)等職業(yè)中進(jìn)行特大批量的沖壓出產(chǎn)。近年來(lái)，隨著模具技術(shù)以及沖壓技術(shù)的發(fā)展，剪板機(jī)的使用范圍在不斷地?cái)U(kuò)展，數(shù)量在不斷地增加【4】。 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展，裝備制造業(yè)在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了舉足輕重的地位，裝備制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)相應(yīng)的原料加工機(jī)械設(shè)備，剪板機(jī)也隨著工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的深入得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。近十多年來(lái)，隨著對(duì)發(fā)展先進(jìn)技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識(shí)，沖壓成型技術(shù)無(wú)論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開(kāi)始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與文化交叉融合，推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成型技術(shù)的形成和發(fā)展。 在汽車(chē)、航空航天、電子和家用電器領(lǐng)域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車(chē)行業(yè)要求生產(chǎn)規(guī)?；④?chē)型個(gè)性化和覆蓋性大型一體化。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國(guó)的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 發(fā)展數(shù)控技術(shù)，進(jìn)而發(fā)展數(shù)控鍛壓機(jī)械是提高鍛壓生產(chǎn)技術(shù)水平的關(guān)鍵。近幾年來(lái)，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于鍛壓機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的數(shù)控剪 圖1-2 數(shù)控閘式剪板機(jī) 板機(jī)也有了一定的發(fā)展。從1986年第一臺(tái)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)由天水鍛壓機(jī)床廠研制成功以來(lái)，國(guó)內(nèi)在數(shù)控折彎、數(shù)控剪切技術(shù)發(fā)展較為有代表性的單位有濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、黃石鍛壓機(jī)床廠和上海沖剪機(jī)床廠。圖1-2為我國(guó)自主制造的數(shù)控閘式剪板機(jī)。 現(xiàn)在的很多行業(yè)都離不開(kāi)金屬板材，并且金屬板材都需要根據(jù)嚴(yán)格的尺寸要求進(jìn)行裁剪，所以剪板機(jī)的地位可謂重中之重。我國(guó)剪板機(jī)的發(fā)展速度很快，而且結(jié)構(gòu)也在不斷改善，品種也不斷齊全，已經(jīng)有了完整的剪板機(jī)系列。雖然近幾十年來(lái)我國(guó)剪板機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，但是相比較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的鍛壓設(shè)備還有一定的差距，如品種和規(guī)格不全，尤其是大、高、精、尖的鍛壓設(shè)備還依賴于進(jìn)口；設(shè)備的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度還有待提高，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力差；由于應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，剪板機(jī)的發(fā)展也是非常的迅速，雖然功能越來(lái)越完善，但是還是普遍存在著生產(chǎn)效率差，自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。 1.3 剪板機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展也是飛速猛進(jìn)，剪板機(jī)的性能也有很大的改善。但是工業(yè)的發(fā)展和對(duì)產(chǎn)品要求的不斷提高也對(duì)加工設(shè)備提出了更高的要求，這就促使剪板機(jī)需要不斷地創(chuàng)新，不斷地更新?lián)Q代，以滿足更高的生產(chǎn)要求和更高的經(jīng)濟(jì)效益，如果不采用高效自動(dòng)化設(shè)備，產(chǎn)品的成本與質(zhì)量在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際市場(chǎng)上將失去競(jìng)爭(zhēng)能力。因此制造和使用大噸位、高效率的自動(dòng)剪板機(jī)，已成為工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展方向之一。 近年來(lái)，剪板機(jī)械正向著高效率、高噸位、高精度的方向發(fā)展并努力降低噪音，提高安全性，擴(kuò)大自動(dòng)化程度，改善勞動(dòng)條件，特別是開(kāi)始不斷地采用自動(dòng)化控制。通過(guò)對(duì)剪板機(jī)發(fā)展進(jìn)程及現(xiàn)狀問(wèn)題的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)剪板機(jī)有以下幾種發(fā)展趨勢(shì)： ⑴用微機(jī)控制的剪板機(jī)和數(shù)控剪板機(jī)會(huì)迅速發(fā)展。 ⑵生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度會(huì)越來(lái)越高。 ⑶由于所需產(chǎn)品的多樣性要求提高剪板機(jī)的剪切能力。 ⑷附件會(huì)越來(lái)越多，功能越加完善，可操作性提高，促使工人的工作環(huán)境及安全性也大幅改善。 1.4 研究目的及研究?jī)?nèi)容 本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案既要滿足設(shè)計(jì)的剪板機(jī)的性能要求，還要能適應(yīng)工作條件，工作可靠，另外剪板機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)也要盡量簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、傳動(dòng)效率高。而且本次設(shè)計(jì)除了基本的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)外還通過(guò)對(duì)剪板機(jī)的曲軸部位進(jìn)行受力分析以及上刀片的ANSYS分析，可以清楚的看出剪板機(jī)的關(guān)鍵部位是否滿足設(shè)計(jì)要求，以對(duì)本次設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用。 本次設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)為以下幾項(xiàng)： ⑴利用圖書(shū)館或者互聯(lián)網(wǎng)收集充足的資料，充分認(rèn)識(shí)并了解剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要工作原理、傳動(dòng)類(lèi)型及結(jié)構(gòu)組成，了解剪板機(jī)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題； ⑵根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)和剪板機(jī)工作原理，擬定出一個(gè)較為合適的傳動(dòng)方案； ⑶電動(dòng)機(jī)的選型及相關(guān)計(jì)算； ⑷傳動(dòng)系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)計(jì)算，包括帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并用CAD繪制關(guān)鍵零件圖紙； ⑸曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及連桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制曲軸的CAD圖紙； ⑹剪板機(jī)上刀片的三維模型的建立與分析 將剪板機(jī)上刀片的三維模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，然后導(dǎo)入到ANSYS軟件中對(duì)其進(jìn)行剛度、強(qiáng)度分析，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求。 1.5 本章小結(jié) 本章首先介紹了現(xiàn)今剪板機(jī)的概述，包括其分類(lèi)以及工作原理；了解了剪板機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況；并分析了剪板機(jī)可能的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)如今剪板機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了一定的總結(jié)并說(shuō)明了一些存在的問(wèn)題。介紹了本次設(shè)計(jì)的主要研究目的及內(nèi)容，陳述了本次設(shè)計(jì)要做的工作，可以使自己在設(shè)計(jì)的時(shí)候更具有目的性，也促使自己對(duì)新的軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)便于安排時(shí)間。 2.剪板機(jī)總體方案的確定 2.1 剪板機(jī)的基本參數(shù)要求 剪板機(jī)的工作能力主要通過(guò)技術(shù)參數(shù)反映出來(lái)，剪切工件的尺寸范圍等指標(biāo)也通過(guò)參數(shù)反映出來(lái)，本次設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下表所示： 表2-1 剪板機(jī)基本參數(shù)表 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 可剪最大板厚（mm） 2 可剪最大板寬（mm） 400 剪切角 2 被剪材料強(qiáng)度（MPa） 200 剪板次數(shù)（次/分） 120 公稱壓力（KN） 60 曲軸半徑（mm） 37 2.2剪板機(jī)設(shè)計(jì)總體方案的確定 合理的傳動(dòng)方案既要滿足設(shè)計(jì)的剪板機(jī)的性能要求，還要能適應(yīng)工作條件，工作可靠，另外剪板機(jī)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)也要盡量簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、傳動(dòng)效率高。要同時(shí)滿足上述幾個(gè)要求是比較困難的，所以我們要做如下多種方案的分析，進(jìn)行比較最終選出符合本次設(shè)計(jì)的最終方案。 2.2.1液壓傳動(dòng)方案 液壓式剪板機(jī)根據(jù)帕斯卡原理設(shè)計(jì)，其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示，手動(dòng)換向閥6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(dòng)，對(duì)板料進(jìn)行剪切加工，當(dāng)加工完成后，將閥6右位接入系統(tǒng)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，即刀片上抬，到了一定位置，將閥6接入中位，這樣活塞就停留在此位置不動(dòng)。然后剪切第二次時(shí)，重復(fù)上述操作。手動(dòng)換向閥6也可改為電氣控制的換向閥，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)剪切，提高效率。 圖2-1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 液壓剪板機(jī)采用液壓傳動(dòng)，可以令機(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(dòng)的厚，但是液壓系統(tǒng)是利用液體作為中間介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的，剪切力大時(shí)，油壓也相應(yīng)的高，對(duì)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(wèn)題，會(huì)造成污染，油溫的變化會(huì)引起油液粘度變化，影響液壓傳動(dòng)工作的平穩(wěn)性，所以適應(yīng)環(huán)境能力小【5】。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(shí)，因此此次設(shè)計(jì)不選用此方案。 2.2.2 機(jī)械傳動(dòng)方案 選擇機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)，要充分考慮各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)，合理分配傳動(dòng)順序： ⑴帶傳動(dòng)承載能力小，較其他傳動(dòng)形式，在傳遞相同扭矩的時(shí)候，所需結(jié)構(gòu)尺寸要大得多，但是帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，宜布置在高速級(jí)。 ⑵鏈傳動(dòng)的要求較高，只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的同向傳動(dòng)，易磨損，且磨損后傳動(dòng)不均勻有沖擊，不適合布置在高速級(jí)，應(yīng)布置在低速級(jí)。 ⑶直齒圓柱齒輪傳動(dòng)適合用在速度高或者傳動(dòng)平穩(wěn)的場(chǎng)合，對(duì)潤(rùn)滑要求較高，適合布置在低速級(jí)。 ⑷圓錐齒輪傳動(dòng)的嚙合性較其他齒輪傳動(dòng)要好，承載能力高，而且壽命長(zhǎng)，但是加工困難，所以要限制齒數(shù)、模數(shù)和傳動(dòng)比，多布置在高速級(jí)。 ⑸凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)是由主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)的，當(dāng)凸輪在升程時(shí)推動(dòng)刀片進(jìn)行剪切，回程時(shí)，刀片慢慢回到初始位置，準(zhǔn)備下一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線和機(jī)構(gòu)尺寸，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。可靠性高；缺點(diǎn)是承載力小，易磨損，穩(wěn)定性不高。如下圖所示： 圖2-1 凸輪機(jī)構(gòu)原理圖 ⑹曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成刀片的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)剪切。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、經(jīng)濟(jì)適用、承載能力較大【6】。如下圖所示： 圖2-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖 根據(jù)性能、工作條件、成本及難易程度各方面的因素，本次剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇帶傳動(dòng)作為減速機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)較為合適。總體方案為由電動(dòng)機(jī)提供剪板機(jī)運(yùn)行所需要的動(dòng)力，經(jīng)由一級(jí)帶傳動(dòng)減速，帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀具的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使刀具完成剪切。傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下所示： 圖2-3 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 由于生產(chǎn)工藝的需要，系統(tǒng)中裝有離合器與制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)間斷運(yùn)動(dòng)。剪板機(jī)在整個(gè)工作周期內(nèi)進(jìn)行有效工藝操作的時(shí)間很短，大部分為無(wú)負(fù)荷的空程時(shí)間。為了使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷均勻，有效地利用能量，有些結(jié)構(gòu)中裝有飛輪，有時(shí)，大皮帶輪即起到飛輪作用。 2.3 本章小結(jié) 在本章中初步給出了剪板機(jī)的具體性能參數(shù)，為后面的計(jì)算做準(zhǔn)備；并具體介紹了剪板機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，了解了凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作原理及各種傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定出了本次設(shè)計(jì)的主要傳動(dòng)方案為機(jī)械傳動(dòng)方案，具體要求是電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)一級(jí)帶傳動(dòng)后驅(qū)使曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到剪切目的。 3.剪板機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選型 3.1.1 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和機(jī)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類(lèi)、工作條件、載荷大小和性質(zhì)變化、啟動(dòng)性能、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的頻率程度等條件來(lái)選擇。 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)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(wú)特殊要求時(shí),均應(yīng)采用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中異步電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)的一種,它是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械,一般以三相異步交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣泛。 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)為封閉式三相異步電動(dòng)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(dòng)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)工廠工作環(huán)境要求,選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 在選擇電機(jī)時(shí)，要考慮電機(jī)容量的合理性，因?yàn)槿萘繉?duì)電機(jī)的正常工作影響很大，合理的容量可以減小經(jīng)濟(jì)投入。如果電機(jī)容量過(guò)大，電機(jī)效率不高，會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；如果電機(jī)容量過(guò)小，會(huì)使電機(jī)超負(fù)荷工作，會(huì)降低電機(jī)壽命，造成損失【7】。 ⑴確定剪切力，剪切力公式由諾沙里公式求出，即 （3-1） 式中：——剪切力的大小，； ——被剪板料強(qiáng)度極限，本設(shè)計(jì)中取=200MPa； ——被剪板料延伸率，=25%； ——被剪板料厚度； ——上刀刃傾斜角，本設(shè)計(jì)中取=2°； ——前刃側(cè)向間隙相對(duì)值，=0.005； ——壓料腳距離的相對(duì)值，x=10； ——被剪部分彎曲力系數(shù)。 式3-1中的被剪部分彎曲力系數(shù)由下式?jīng)Q定： （3-2） 當(dāng)時(shí)，； 當(dāng)時(shí)，。 式中：——被剪掉板料的長(zhǎng)度。 前刃側(cè)向間隙相對(duì)值由式（3-3） （3-3） 式中：——刀片間隙的相對(duì)值； ——刀片間隙,其大小約為板料厚度的0.05倍。 壓料腳到下刀刃的距離由式（3-4） （3-4） 式中 ——壓料腳軸線到下刀刃的距離，查資料得當(dāng)板料厚度為2-6.3時(shí)，mm 綜上求得 。 ⑵確定剪切功，剪切功由公式（3-5） （3-5） 式中：——工作行程時(shí)剪板機(jī)所消耗的能量； ——剪切深度； ——板料寬度； ——材料產(chǎn)生裂紋時(shí)，剪切刃進(jìn)入材料的深度（mm）； 注：剪切刃進(jìn)入材料的深度與材料厚度之比約為33%，即： 綜上求得。 ⑶確定主軸上的扭矩，由式（3-6） （3-6） 式中：——主軸上的最大扭矩； ——上刀架傳遞的剪切力，即； ——主軸曲柄的半徑，大小為37mm； ——主軸曲柄半徑和連桿長(zhǎng)度之比，根據(jù)通用壓力機(jī)一般取植范圍在0.1～0.3之間.由總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步選取=0.27； ——摩擦系數(shù)，取； ——曲柄旋轉(zhuǎn)的角度； ——曲柄頸直徑，大小為55mm； ——連桿銷(xiāo)直徑，由公式?jīng)Q定，； ——主軸兩端支撐處軸徑，。 綜上求得主軸上最大扭矩： ⑷確定電動(dòng)機(jī)的功率 （3-7） 式中：——電動(dòng)機(jī)軸的扭矩； ——主軸上的最大扭矩； ——工作行程中所消耗的能量； ——主軸的工作角度，大小為160°； ——剪板機(jī)刀架每分鐘行程次數(shù)； ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速； ——傳遞效率，取。 求得 電動(dòng)機(jī)的功率按照下式確定： （3-8） （3-9） （3-10） 式中：——工作行程的相對(duì)持續(xù)時(shí)間； ——剪板機(jī)行程次數(shù)的利用系數(shù)，對(duì)于手工送料剪板機(jī)取30%； ——總傳動(dòng)比，??； ——空行程的相對(duì)轉(zhuǎn)矩。 最后求得電動(dòng)機(jī)功率 綜上所述，并查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)，本次選取Y160M1-8型電動(dòng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下：功率為4kw，轉(zhuǎn)速為750r/min，滿載轉(zhuǎn)速720r/min【8】。 3.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 帶傳動(dòng)作為撓性傳動(dòng)的一種，其基本組成零件是帶輪和傳送帶。工作時(shí)是通過(guò)皮帶與帶輪之間的摩擦來(lái)完成動(dòng)力傳遞，在傳動(dòng)中由于不同的截面形狀所以傳遞的力也有所不同，因此可分為平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)等。 帶傳動(dòng)中有中間撓性件，具有沖擊載荷小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、安裝方便、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 由于V帶套在帶輪上以后，帶與帶輪輪槽的工作面緊密貼合，在張緊力相同和成本相等的條件下，V帶傳動(dòng)的工作能力比其他帶傳動(dòng)要好。此外還具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在近現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用廣泛，所以本次設(shè)計(jì)中采用V帶傳動(dòng)。 3.3.1確定計(jì)算功率 由于帶輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有較大的載荷變動(dòng)，還要滿足每日工作時(shí)間要求，查,《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-8，取KA=1.1。 功率計(jì)算公式： Pca=KA×P （3-11） 式中： P——帶傳動(dòng)的額定功率； KA——工作情況系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)KA=1.1，P=4KW， 得出Pca=4.4KW 3.3.2 選擇V帶的類(lèi)型 根據(jù)功率Pca=4.4KW和主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速n=720r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版圖8-11選擇A型V帶。 3.3.3 確定小帶輪直徑并驗(yàn)算帶速 ⑴初選小帶輪直徑 在一定功率下，選擇帶輪秩序井要合適，太小會(huì)增加V 帶根數(shù)和彎曲應(yīng)力。一般情況下，為避免應(yīng)力過(guò)大，應(yīng)保證dd>（dd）min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-9選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑. ⑵驗(yàn)算帶速 帶速的計(jì)算公式： v=πdd1n60×1000 （3-12） 將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入得v=3.768m/s，在合理范圍內(nèi)，所以帶速合適。 ⑶計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 （3-13） 帶入數(shù)據(jù)求得，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-9選取合適的大帶輪直徑=630mm。 3.3.4 確定中心距并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ⑴中心距大，可以增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命，但是中心距過(guò)大，則會(huì)加劇帶的波動(dòng)，降低傳動(dòng)平穩(wěn)性；中心距小，則有相反的弊端。所以，一般初選帶傳動(dòng)的中心距可以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中公式： （3-14） 式中：——初選的帶傳動(dòng)中心距。 本次初選帶傳動(dòng)中心距=730mm ⑵計(jì)算相應(yīng)的帶長(zhǎng)，由式（3-15） （3-15） 代入數(shù)據(jù)求得mm 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度根據(jù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2選出。 ⑶中心距及其變動(dòng)范圍。 傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為 （3-16） 求得。 考慮到帶輪的制造誤差、帶長(zhǎng)誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊的需要，常常給出中心距的變動(dòng)范圍如下： （3-17） （3-18） 求得中心距的變化范圍為 3.3.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角 通常小帶輪上的包角小于大帶輪上的包角，小帶輪上的臨界摩擦力小于大帶輪上的臨界摩擦力。因此，打滑通常發(fā)生在小帶輪上。為了提高工作能力，應(yīng)使得： （3-19） 3.3.6 計(jì)算單根V 帶的額定功率 ⑴為了傳動(dòng)的平穩(wěn)，V 帶的受力要合適，同時(shí)要求根數(shù)也不宜過(guò)多，一般應(yīng)少于10根。 單根V帶的額定功率計(jì)算公式如下： P單=（P0+△P0）KaKL （3-20） 其中P0可以根據(jù)dd1和n的大小查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-4得出，P0=1.16KW， △P0可以根據(jù)n、i帶和V型帶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-5得出，△P0=0.11KW，Ka為包角修正系數(shù)，參見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-6，取Ka=0.9，KL為長(zhǎng)度修正系數(shù)，參見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表8-2，取KL=1.03。 計(jì)算求得 P單=1.185KW ⑵計(jì)算V帶根數(shù) （3-21） 代入數(shù)據(jù)，并取整，所以取4根V帶。 3.3.7 計(jì)算單根V帶壓力最小值及壓軸力 ⑴單根V 帶壓力最小值計(jì)算公式： （F0）min=500（2.5-Ka）PcaKazv+qv2 （3-22） 其中q為V帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，查表得A型V帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.1kg/m，代入數(shù)據(jù)求出 由于新帶容易松弛，所以在安裝新帶后，為保證正常工作，預(yù)緊力要設(shè)置為上述預(yù)緊力的1.5倍，對(duì)于V帶而言一般是1.3倍。 ⑵為了設(shè)計(jì)帶輪軸的軸承，需要計(jì)算帶傳動(dòng)時(shí)軸上要承受的力。 （3-23） 式中：——小帶輪包角； ——帶的根數(shù)； F0——單根V帶預(yù)緊力。 求得。 3.3.8 小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) V帶輪中的典型帶輪根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)來(lái)分可分為實(shí)心式帶輪、腹板式帶輪、孔板式帶輪和輪輻式帶輪。V帶輪的基準(zhǔn)直徑不同，考慮傳動(dòng)效率和成本等條件，應(yīng)選擇不同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的那根軸的直徑），可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)，同時(shí)時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)時(shí)，可采用輪輻式【9】。 ⑴帶輪形狀一般都比較復(fù)雜。且造價(jià)成本高，因此選用灰鑄鐵，因?yàn)榛诣T鐵鑄造方便、成本低；灰鑄鐵碳含量高，相應(yīng)的潤(rùn)滑性能好，不容易與其他零件粘接；并且具有良好的摩擦性能，能減少打滑，所以確定材料為Q235。 ⑵查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知Y160M1-8型電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸D=42mm，電機(jī)軸伸出長(zhǎng)度為E=110mm，且已知小帶輪的基準(zhǔn)直徑=100mm，2.5=2.5×42mm=105mm ＜2.5 所以小帶輪采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。帶輪的基準(zhǔn)直徑為100mm，外徑=105.5mm。 ⑶輪槽的尺寸如表3-1所示： 槽輪結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖3-1 槽輪結(jié)構(gòu)圖 項(xiàng)目 符號(hào) 結(jié)果 槽型 無(wú) A型 基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）（mm） 11.0 基準(zhǔn)線上槽深（mm） 2.75 基準(zhǔn)線下槽深（mm） 8.7 槽間距（mm） 第一槽對(duì)稱面至端面的距離（mm） 9 最小輪緣厚（mm） 6 槽輪角（°） 34° 表3-1 V帶輪輪槽截面尺寸表 ⑷確定小帶輪外形尺寸 帶輪寬： ==(4-1)×15+2×9mm=63mm 帶輪外徑：==100+2×2.75mm=105.5mm 輪緣外徑： =(1.8～2) =(1.8～2)×42mm=(75.6～84)mm，取=80mm 所以=(1.5～2) =(1.5～2)×42mm=(63～84)mm，取=70mm =(1/7-1/4) =(1/7-1/4)×63mm=(9～15.75)mm，取=12mm。 3.3.9 大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴材料：HT200 ⑵確定帶輪的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)以下公式確定軸的直徑 （3-24） 式中：——帶輪軸直徑； ——軸的材料相關(guān)系數(shù)，材料為45鋼時(shí)，=126-103,這里取=110； ——傳遞的功率； ——軸的轉(zhuǎn)速； 求得mm。 所以初選大帶輪的軸徑405mm，已知大帶輪的基準(zhǔn)直徑=630mm＞300mm，所以大帶輪選用輪輻式結(jié)構(gòu)。 ⑶輪槽尺寸同小帶輪。 ⑷輪緣及輪轂的尺寸： 帶輪寬： ==(4-1)×15+2×9mm=63mm 帶輪外徑：=630+2×2.75mm=635.5mm 輪轂外徑：=(1.8～2)=(1.8～2)×35mm=(63～70)mm，取=65mm 輪轂長(zhǎng)度：因?yàn)?63mm＞1.5=1.5×35mm=52.5mm 所以=(1.5～2) =(1.5～2)×35mm=(52.5～70)mm，取=55mm。 （3-25） 式中： ——傳遞的功率，為3.76kW； ——帶輪的轉(zhuǎn)速，為120r/min； ——輪輻數(shù)，取4。 ==mm=57.4mm =0.8=0.8×56.2mm=46mm =0.4=0.4×56.2mm=23mm =0.8=0.8×22.5mm=18mm =0.2=0.2×56.2mm=11.2mm =0.2=0.2×44.9mm=8.9mm 主要設(shè)計(jì)結(jié)論如下：本次帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)選用A型普通V帶4根，帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2500mm。小帶輪基準(zhǔn)直徑為100mm，大帶輪基準(zhǔn)直徑為630mm，中心距控制在786~899mm，單根帶初拉力為262N。其三維示意圖如圖3-2所示： 3.3本章小結(jié) 本章主要給出了剪板機(jī)的技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)技術(shù)參數(shù)選擇了電機(jī)的型號(hào)，并對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做了具體的計(jì)算，包括帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及大小帶輪的計(jì)算和齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及大小齒輪的設(shè)計(jì)。并繪制了這些零件的二維零件圖。 圖3-2 帶傳動(dòng)三維示意圖 4.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 曲柄連桿機(jī)構(gòu)由主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)操作。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、經(jīng)濟(jì)適用、承載能力較大。我國(guó)機(jī)械行業(yè)中采用的通用機(jī)械壓力機(jī)，普遍采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)將剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切工藝。 目前應(yīng)用較為廣泛的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式分以下幾種： ⑴曲軸驅(qū)動(dòng)式，該類(lèi)型的曲軸軸徑較大，適用于公稱行程較大的壓力機(jī)。 ⑵偏心軸驅(qū)動(dòng)式，該類(lèi)型的曲柄頸短而粗，支座間距小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好；缺點(diǎn)是偏心直徑大，摩擦損耗多，制造困難，適用于行程小的壓力機(jī)。 ⑶曲拐驅(qū)動(dòng)式，曲拐頸在軸的一端，形成懸臂，剛性較差，適用于開(kāi)式單柱壓力機(jī)。 ⑷偏心齒輪驅(qū)動(dòng)式，應(yīng)用于中大型壓力機(jī)，芯軸僅受彎矩，偏心齒輪受扭矩作用，負(fù)荷分配合理，制造方便；但維修較復(fù)雜，而且偏心軸直徑大，磨損較為嚴(yán)重。 4.2曲軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 軸類(lèi)零件是組成機(jī)械的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞，軸類(lèi)零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 軸按照承受載荷的不同，可分為以下三類(lèi)： ⑴轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受扭矩。 ⑵心軸只承受彎矩不承受扭矩。 ⑶傳動(dòng)軸只承受扭矩不承受彎矩。 按軸線形狀的不同，可分為兩種： ⑴曲軸通過(guò)連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，或作相反的運(yùn)動(dòng)變換。 ⑵直軸又可按外形分為光軸和階梯軸。 結(jié)合各種曲柄連桿機(jī)構(gòu)各種驅(qū)動(dòng)形式的優(yōu)缺點(diǎn)及成本，本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)采用的是曲軸驅(qū)動(dòng)式。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如4-1所示： 圖4-1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.2.1 曲軸的尺寸確定 在曲柄壓力機(jī)中，常見(jiàn)的曲軸有三種形式，即曲軸、曲拐軸和偏心軸。在本設(shè)計(jì)采用曲軸形勢(shì)，曲軸為壓力機(jī)械的重要零件，受力復(fù)雜，故制造條件要求較高。材料選用45#調(diào)質(zhì)鋼。曲軸支撐頸需加以精車(chē)或磨光（Ra0.8）。為了延長(zhǎng)曲軸壽命，在各軸頸特別是圓角處，最好用滾子輾壓強(qiáng)化。 本設(shè)計(jì)的剪板機(jī)采用對(duì)心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖4-2曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 曲柄AB作為原動(dòng)件，通過(guò)連桿帶動(dòng)剪板機(jī)刀片C的上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲柄與連桿到達(dá)下死點(diǎn)位置時(shí)，剪板機(jī)刀片C到達(dá)最低點(diǎn)完成剪切。由于本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)采用對(duì)心曲柄連桿機(jī)構(gòu)，故剪板機(jī)的剪切行程即曲軸半徑的兩倍，曲軸半徑是曲軸結(jié)構(gòu)最重要的尺寸，曲軸的其他相關(guān)尺寸尺寸通常由經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定，曲軸的尺寸簡(jiǎn)圖如下： 圖4-3 曲軸尺寸簡(jiǎn)圖 曲軸的有關(guān)尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式?。? ,取， 式中——壓力機(jī)公稱壓力（KN） 其他各部分尺寸見(jiàn)下表4.1 表4.1 曲柄尺寸經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 曲軸各部分尺寸名稱 代號(hào) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)際尺寸（mm） 曲柄頸直徑 55 支撐頸長(zhǎng)度 91 曲柄兩臂外側(cè)面向長(zhǎng)度 133 曲柄頸長(zhǎng)度 82 圓角半徑 r 3 曲柄臂寬度 a 67 曲柄臂高度 h 93 4.2.2 曲軸的強(qiáng)度計(jì)算 由材料力學(xué)知識(shí)可知，曲柄受力后發(fā)生彎曲變形，曲柄頸中部的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩邊的變形，因此，連桿給予曲柄頸的作用力是一組非均布載荷，兩端大，中間小，所以將其簡(jiǎn)化為兩個(gè)集中力作用在曲柄頸兩端，即載荷分為兩個(gè)集中力，作用在距離曲柄臂2r出，所以將曲軸簡(jiǎn)化后的受力簡(jiǎn)圖如4-4所示。 認(rèn)為A-A、B-B危險(xiǎn)截面，后對(duì)載荷作如下簡(jiǎn)化 1 齒輪對(duì)曲軸的作用力比連桿對(duì)它的作用力小得多，可忽略不計(jì)。 ⑵連桿對(duì)曲軸的作用力近似看成公稱壓力Pg,并分 別以Pg/2作用于連桿兩側(cè)。 因?yàn)榍B桿系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到很多處阻力，如滑塊與導(dǎo)軌面之見(jiàn)的阻力、連桿銷(xiāo)處與連桿小頭的阻力、曲柄頸與耐磨軸套的阻力等，所以實(shí)際情況下，作用于曲軸上的總扭矩應(yīng)該為工件變形抗力所引起的扭矩和摩擦所引起的扭矩之和。 所以曲軸上動(dòng)力輸入端即B-B界面上所受的扭矩之和為： Mq= （4-1） （4-2） 式中：R——曲軸半徑，R=37mm； ——曲軸旋轉(zhuǎn)角度，； 為連桿銷(xiāo)直徑，由公式?jīng)Q定，； 根據(jù)通用壓力機(jī)一般取植范圍在0.1～0.3之間.由總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選取=0.27，取。 最大剪應(yīng)力為： （4-3） 式中：——抗扭截面模量。 最后求得 對(duì)于危險(xiǎn)截面A-A彎矩 （4-4） A- A截面的最大應(yīng)力 （4-5） 在曲軸頸上，除了受彎矩外，還受到扭矩作用，應(yīng)按彎扭組合作用計(jì)算。但是由于彎矩比扭矩大的多，所以可以忽略扭矩。所以 強(qiáng)度符合要求【11】。 圖4-4 曲軸受力簡(jiǎn)圖 4.3 連桿的設(shè)計(jì) 4.3.1 連桿工作情況及材料確定 ⑴工作情況 連桿小頭與上刀架相連接，與刀具一起做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷(xiāo)相連并和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以，連桿除做上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)，做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。 ⑵材料選擇 連桿主要承受壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，所以，應(yīng)首先保證連桿具有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)鋼度。為保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，初定材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）。 4.3.2 連桿長(zhǎng)度的確定 ⑴連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸主要由曲柄頸直徑、曲柄頸長(zhǎng)度、連桿軸瓦厚度決定，其中與在曲軸的設(shè)計(jì)中確定，，，為了減少磨損，通常在連桿大頭孔中以一定過(guò)盈量壓入耐磨襯套，軸套厚度按照經(jīng)驗(yàn)公式確定，取。取壁厚，所以，連桿大頭的寬度，連桿大頭孔直徑。上下連桿間的分開(kāi)面采用平切口。連桿螺栓直徑。連桿大頭的主要結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖4-5 連桿大頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ⑵連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿小頭與上刀架相連接，連桿小頭軸套內(nèi)徑和連桿小頭寬度根據(jù)上刀架的結(jié)構(gòu)初步選定，取連桿小頭的孔徑為，連桿小頭寬度。 ⑶連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)連桿時(shí)首先需要確定連桿大小頭孔之間的距離，即連桿長(zhǎng)度，連桿長(zhǎng)度可以根據(jù)以下公式確定： 式中——曲柄半徑 ——連桿長(zhǎng)度 ——連桿比，通常取。 此處取連桿長(zhǎng)度為176mm。 為了確保傳動(dòng)的穩(wěn)定性，連桿的過(guò)渡處要選用較大半徑的圓弧過(guò)度【12】。 4.4 本章小結(jié) 本章從原理和分類(lèi)方面了解了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從中對(duì)材料的選擇、曲柄滑塊桿件長(zhǎng)度確定和曲柄的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定出了曲柄的尺寸，并對(duì)曲柄的受力情況做了分析。 5.離合器與制動(dòng)器 在剪板機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，一般都裝有離合器和制動(dòng)器，用來(lái)控制工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和停止。剪板機(jī)常用的離合器可分為剛性離合器和摩擦離合器兩類(lèi)；常用的制動(dòng)器有圓盤(pán)式制動(dòng)器、帶式制動(dòng)器和閘瓦式制動(dòng)器。 5.1 離合器的選擇 離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或者接合。對(duì)離合器的基本要求有：結(jié)合平穩(wěn)、分離迅速而徹底；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸小、質(zhì)量小；操縱方便省力。壓力機(jī)的離合器都是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、聯(lián)接零件以及操縱機(jī)構(gòu)組成。剛性離合器，一般是靠結(jié)合零件把主動(dòng)部分和從動(dòng)零件連接起來(lái)。這類(lèi)離合器根據(jù)結(jié)合零件的類(lèi)型，可分為轉(zhuǎn)鍵式、滑銷(xiāo)式、滾柱式和牙嵌式等幾種。本機(jī)選用半圓形雙轉(zhuǎn)鍵式離合器。其工作原理如下： 半圓形雙轉(zhuǎn)鍵離合器的組成包括主動(dòng)部分、接合部分和從動(dòng)部分。離合器中套的內(nèi)壁有四個(gè)缺月形槽，軸的外壁有兩個(gè)豐月形槽，外套和內(nèi)套各有兩個(gè)缺月形的槽。曲軸及中、內(nèi)、外套的槽直徑相同。轉(zhuǎn)鍵的中部為豐月形實(shí)體，兩端為圓柱形軸頸，軸頸支承在由曲軸上的槽與內(nèi)、外套的槽共同形成的圓形軸孔中;轉(zhuǎn)鍵中部的豐月形實(shí)體與曲軸的豐月形槽配合，并在操縱機(jī)構(gòu)控制下可繞轉(zhuǎn)鍵自身的軸線在曲軸槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣可能出現(xiàn)兩種情況，當(dāng)轉(zhuǎn)鍵的豐月形實(shí)體與曲軸的豐月形槽完全重合時(shí)，轉(zhuǎn)鍵與曲軸共同組成一個(gè)實(shí)整圓(見(jiàn)圖5-1中D-D的左剖視圖)，該整圓可相對(duì)中套滑動(dòng)，曲軸不隨大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器處于分離狀態(tài);當(dāng)大齒輪中套缺月形槽與曲軸豐月形槽對(duì)正成完整圓槽時(shí)，如恰好轉(zhuǎn)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，卡在該圓槽中(見(jiàn)圖5-1中D-D的右剖視圖)，則大齒輪帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，離合器處于結(jié)合狀態(tài)。 本次設(shè)計(jì)選用的離合器采用手動(dòng)控制，按下手柄，擋塊向下運(yùn)動(dòng)，曲軸就同中套一起轉(zhuǎn)動(dòng)。手柄上有拉伸彈簧，可以使手柄復(fù)位，這樣曲軸就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一個(gè)工作循環(huán)。 圖5-1 離合器原理簡(jiǎn)圖 5.2 制動(dòng)器的選擇 壓力機(jī)械上常用的制動(dòng)器有三種，圓盤(pán)式制動(dòng)器、帶式制動(dòng)器和閘瓦式制動(dòng)器。本機(jī)采用帶式制動(dòng)器。常用的帶式制動(dòng)器有3種：偏心帶式制動(dòng)器、凸輪帶式制動(dòng)器和氣動(dòng)帶式制動(dòng)器。 圖5-2是凸輪帶式制動(dòng)器。制動(dòng)帶6的張緊是靠制動(dòng)彈簧5，而松開(kāi)是靠凸輪l、滾輪和杠桿4，因此，剪板機(jī)在非制動(dòng)行程時(shí)可以完全松開(kāi)制動(dòng)帶，能量損耗較小。有調(diào)查顯示，J 23—10壓力機(jī)，制動(dòng)器改為凸輪帶式制動(dòng)器以后，能量損耗與壓力機(jī)電動(dòng)機(jī)功率之比變?yōu)?．67％，下降約50％。順便應(yīng)說(shuō)明—點(diǎn)，由于小型機(jī)一般沒(méi)有滑塊平衡裝置，因此，在壓力機(jī)空程向下時(shí)，為了防止連桿等零件的“超前”現(xiàn)象，應(yīng)提供一定的制動(dòng)力矩。故非制動(dòng)行程一般指回程。圖中3為滾輪，2為制動(dòng)輪。 圖5-2 凸輪帶式制動(dòng)器 5.3本章小結(jié) 本章主要了解了剪板機(jī)離合器和制動(dòng)器的作用，并選取了離合器和制動(dòng)器的類(lèi)型，以及他們各自的工作原理。 6.上刀架的設(shè)計(jì)及上刀片的有限元分析 6.1上刀架的設(shè)計(jì) 現(xiàn)在很多行業(yè)都離不開(kāi)金屬板材，并且金屬板材需要剪板機(jī)進(jìn)行切割，所以剪板機(jī)是這些部分必不可少的加工設(shè)備，其中刀架更是剪板機(jī)不可或缺的部件，被加工板料的精度以及質(zhì)量在很大程度上由刀架決定，所以刀架的設(shè)計(jì)要注意強(qiáng)度和剛度。刀架的上部與連桿小頭相連固定，在上刀架背面裝有刀架滑柄，與機(jī)身上的導(dǎo)軌相連。 目前常見(jiàn)的刀架結(jié)構(gòu)有三種：整體焊接的直線運(yùn)動(dòng)刀架、組合焊接的直線運(yùn)動(dòng)刀架以及整體焊接的擺動(dòng)刀架。該剪板機(jī)采用整體焊接的直線運(yùn)動(dòng)刀架，由于上刀架上裝有上刀片，是剪切功能的主要承接裝置，所以上刀架的強(qiáng)度要有保證，結(jié)合曲軸的材料選擇，本設(shè)計(jì)的上刀架采用45#調(diào)質(zhì)鋼，刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6-1所示： 圖6-1 上刀架結(jié)構(gòu)圖 上刀架主要由刀架底部的刀片、刀架前方的壓料器以及刀架后方的導(dǎo)軌組成，刀片部分完成切割功能，導(dǎo)軌部分限制上刀架的位移，頂部鎖環(huán)與連桿的小頭相連，跟隨連桿，使刀架一直做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成剪切。 6.2壓料器的選型 剪板機(jī)的壓料裝置是確保剪切時(shí)壓緊板料，以防發(fā)生板料位移而影響剪切質(zhì)量的裝置。實(shí)踐論證，剪板機(jī)的合理壓料力應(yīng)為剪切力的1/3～1/6。所以，設(shè)計(jì)一種既可以實(shí)現(xiàn)合理壓料力又不影響整機(jī)結(jié)構(gòu)和性能的理想壓料裝置，便成為剪板機(jī)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。 目前國(guó)內(nèi)中小型剪板機(jī)普遍使用的機(jī)械壓料裝置主要有兩種： ⑴螺旋彈簧變壓壓料裝置。該裝置的壓料力隨著上刀架的下行而逐漸增大，初始剪切時(shí)最小，剪切終了時(shí)最大。由于該裝置對(duì)于上刀架也起到了平衡作用，所以壓料力的提高也受到限制，最大只能達(dá)到剪切力的1/2，繼續(xù)增大既會(huì)消耗剪切能量，又會(huì)引起上刀架的回程沖擊。 ⑵螺旋彈簧恒壓壓料裝置。該裝置雖然提高了剪切初始時(shí)的壓料力并保持恒壓壓料，但它的壓料力也只能達(dá)到剪切力的1/10，繼續(xù)增大就必須使用大規(guī)格的螺旋彈簧或增加螺旋彈簧的數(shù)量，從而使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生困難。 考慮到結(jié)構(gòu)和操作的簡(jiǎn)易型，本次設(shè)計(jì)的剪板機(jī)壓料器選用螺旋彈簧變壓壓料器，實(shí)現(xiàn)變壓力壓料。 6.2 刀片的選擇 ⑴刀片材料 剪板機(jī)刀片是整個(gè)設(shè)備最核心的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行剪切動(dòng)作的時(shí)候，刀片受到擠壓、彎曲和摩擦的作用，刀片的材料和性能對(duì)整個(gè)剪切質(zhì)量有很大的影響。因此要求刀片材料要有高的硬度和耐磨性，并且要有足夠的剛度和韌性，同時(shí)要求具有良好的耐熱性和導(dǎo)熱性。 因此我們此次選擇合金鋼為刀片材料，合金鋼具有高強(qiáng)度、高剛度、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的導(dǎo)熱性，符合刀片材料的選擇原則。 ⑵刀片尺寸 刀片尺寸的確定根據(jù)《剪板機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》刀片尺寸表確定，刀片尺寸表如下： 被剪板厚h（mm） 刀片尺寸T·H（mm2） 1～2.5 20·60 4～16 25·80 20～25 32·120 32～40 45·150 根據(jù)減半機(jī)刀架的尺寸參數(shù)，確定上刀片的尺寸為20·60·400mm。 6.3 上刀片的有限元分析 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。其中前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便的構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、流