1、 2011届本科生毕业论文（设计） 题目： 小型剪板机传动系统结构 设计 学院 (系 )： 机械与电子工程学院 专业年级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2015-05-08 原 创 性 声 明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明 确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明 本人
2、在指导老师指导下所完成的论文及相关的 资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权 归属武昌工 学院。本人完全了解 武昌工 学院 有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的 纸质版 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权 武昌工 学院 可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且 第一署名单位为 武昌工 学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为 武昌工 学院。 论文作者签名： 日 期
3、： 指导老师签名： 日 期： 简易剪板机传动系统结构 设计 摘要： 剪板机设计要求其剪切厚度为 3mm，剪切宽度 1000mm，滑块的行程为 80mm，每分钟剪切次数为 30 次 。 剪板机对胚料进行成型加工的锻压机械，设计中动力由电动机提供，经过一级带传动和一级齿轮传动减速来完成整个传动的，其中设计中剪板机传动系统的旋转运动是通过曲柄滑块机构转变为滑块的往复直线运动，实现对板料的剪切。 曲柄滑块机构的结构简单、容 易加工、使用及维护方便、比较实用等优点 ，广泛应用 在机械设备中 。 首先对剪板机的工作原理、背景和发展趋势等做了简要介绍； 接着分析了 简易剪板机的传动方式 ；然后根据给定参数要
4、求 对传动方式和结构进行 选型设计；接着对主要零部件进行了 相应的 校核。最后，提出了 简易剪板机 设计过程中存在的不足，以便于今后设计的改进。 关键词： 剪板机；曲柄滑块； 锻压机械 Structure Design of Simple Shearing Machine Drive System Abstract: Shearing machine design requirements the shear thickness to 3 mm, shearing width 1000 mm, slide block schedule for 80 mm per minute, and the
5、 number of shear for thirty times . Powered by the motor through a belt drive and a slowdown Gear. Shearing machine to embryo materials forming process of forging machinery, design is driven by motor provide, after level 1 belt drive and level of gear reduction to complete the entire drive, the desi
6、gn of the shearing machine drive system of the rotary motion is through the crank slider mechanism into slide block reciprocating linear motion, realize the shear sheet. Slider-crank mechanism is simple in structure, easy to machining, use and maintenance convenient, more practical advantages, widel
7、y used in the mechanical equipment. First, I do a brief introduction to the shearing machine work principle, the background and the trend of development. Then analysis the simple shearing machine transmission mode. Transmission and structure according to the given parameter requirements for selectio
8、n and design. Then designed machine on the main components are corresponding checked. The the simple shearing machine drive structure design represents of the general process of design, selection of design work on the future of some reference value. Key words: cutting machine; crank and slide block;
9、 metal forming machinery 目录 第 1 章 绪论 .错误 !未定义书签。 1.1 剪板机简介 . 5 1.2 剪板机的背景及趋势 . 5 1.3 剪板机工作原理 . 6 第 2 章 总体方案的确定 .错误 !未定义书签。 2.1 凸轮机构方案 . 8 2.2 曲柄滑块机构方案 . 8 2.3 本次设计采用的方案 . 9 第 3 章 电动机、离合器和制动器的选择 .错误 !未定义书签。 3.1 电动机的选择 . 11 3.1.1 电动机类型和结构形式的选择 . 11 3.1.2 电动机功率的选择 . 11 3.1.3 计算传动装置的参数 . 12 3.2 离合器的选用与计
10、算 . 14 3.2.1 离合器的结构 . 14 3.2.2 离合器操纵机构 . 14 3.3 制动器的选择 . 14 第 4 章 计算 . 15 4.1 带传动的设计及其计算 . 15 4.1.1 确定计算功率 . 16 4.1.2 选择 V 带的带型 . 16 4.1.3 确定小带轮的基准直径并验算带速 . 16 4.1.4 确定 V 带的中心 距和带轮的基准长度 .错误 !未定义书签。 4.1.5 验算小带轮上的包角 .错误 !未定义书签。 4.1.6 确定带的根数 .错误 !未定义书签。 4.1.7 计算单根 V 带的初拉力值的最小值 . 17 4.1.8 计算压轴力 . 17 4.1
11、.9 带轮的结构设计 . 18 4.2 齿轮设计 . 20 4.2.1 齿轮类型、材料、精度等级及齿数的选择 . 20 4.2.2 齿面接触强度计算 . 20 4.2.3 按齿根弯曲强度设计 . 22 4.2.4 尺寸计算 . 23 4.2.5 齿轮结构设计 . 24 4.3 轴承设计 . 24 4.3.1 材料选择 . 24 4.3.2 轴径选择 . 25 4.3.3 轴的强度校核 .错误 !未定义书签。 第 5 章 曲柄连杆机构设计 . 28 5.1 材料的选择 . 28 5.2 曲柄连杆结构 运动规律 . 28 5.3 连杆的设计 . 30 第 6 章 机身设计和紧固件选择 . 30 6
12、.1 机身结构 . 30 6.2 机床的强度 . 31 6.3 紧固件的选用 . 31 6.3.1 紧固件的选用原则 . 31 6.3.2 螺栓的选用 . 32 第 7 章 结论 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 33 致 谢 . 34 附录 图纸列表 . 34 第 1 章 绪论 1.1 剪板 机简介 随着社会的发展和技术的进步， 很多的工业部门、企业都在使用金属板材，都需要对板材进行切断加工，所以剪板机在现代工业发展中起到了很大的作用。为了更好的完成剪板功能，探索一种既节能又经济的剪板机，我选择了简易剪板机传动结构的设计。 随着科技的发展，剪板机的功能和精度也得到了很大的提高，国外已经向
13、着自动化、多功能化、智能化、节能化等方面发展。 剪板机属于直线剪切类型机器，能剪裁各种尺寸金属板材的直线边缘。在轧钢、汽车行业、电器、仪表仪器行业、船舶、桥梁、锅炉、压力容器等各个行业中都有广泛应用。 根据 结构 类型 可以 分 ，剪板机可分 为闸式剪板机和摆式剪板机两类；按传动方式 分 ， 可分为 液压传动剪板机 和 机械传动剪板机两类 。此外再 根据剪板机的传动方式、结构形式及使用性质的不同 等来分 ， 又可以分为 曲柄剪板机、螺旋剪板机、高速剪板机、高速冲裁剪板机、多工位自动剪板机、冲压液压机、冲模回转头剪板机和电磁剪板机 。 按其工艺用途和结构类型可分为：平刃剪板机、斜刃剪板机、多用途
14、剪板机、专用剪板机和数控剪板机 1。 1.2 剪板机的背景及趋势 1842 年，英国工程师史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代 2。 1795年，英 国的布拉默发明水压机，但直到 19 世纪中叶，因为大锻件的需要才应用于锻造随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械剪板机以及空气锤，并获得快速成长 。二十世纪初，锻压机械改变了从 19 世纪开始的向重型以及大型方向成长的趋向，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种出产等方向成长 3,4， 于是出现了每分种行程 2000 次的剪板机 ， 为普通剪板机的 5 10 倍的剪板机 ， 所谓剪板机 剪切次数 一般是指每分钟的行
15、程次数。 自 60年代以来，剪板机已经有较大的成长，其每分钟行程次数已经从几百次成长到 3千次左右，其吨位已经从 十吨成长到上百吨 ，现在 剪板机主要用在电子、仪器仪表、轻工、汽车等行业中进行特大批量的冲压出产 。 近年来，生产的剪板机的效率在提高，剪切板料厚度也在增加，剪切精度也有很大的提高，发展并努力降低噪音，创新改善设备，在安全性、自动化程度、劳动条件方面有很大改善，特别是开始不断地采用自动化控制。 国内外的情况进行分析，可知剪扳机的发展会有以下几种趋势： 1剪板机的可剪宽度在逐年增加，但机架凹口 (喉口 )深度在逐渐的减小； 2必须提高剪切质量和加工精度，以满足市场需求； 3必须提高和
16、完善安全设施，还需提高生产率和自 动化程度，增加经济效益，减轻工人的劳动强度； 4液压传动的剪板机及液压 与 机械混合式传动的剪板机在逐渐增多； 5用微机控制和数控型的的剪切机及其流水生产线得到迅速发展。 1.3 剪板机工作原理 剪切机主要根据工艺需要对板材进行剪切下料，板料主要有黑色和有色金属的板料、棒料等。对板料进行剪切时，要符合剪切工艺 (保证被剪切的板料表面的直线性和平行度 )的要求，并尽量减少板材扭曲变形对产品的影响。合理选择压料力、 刀刃口的间隙、 剪切角和刀片间隙等参数以及提高精度的方法，这样就可提高的质量。 剪板机的剪切是借助 于运 动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙
17、，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离 的机械设备 5。 剪板机是属于直线剪切机类型，主要用于直线剪切各种厚度尺寸的金属板材，其 剪切 要 能 满足 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 ，主要广泛用于轧钢、治金工业 、飞机、桥梁、压力容器、 农业机械制造、汽车 行业 、造船、电器电气工程设备 、餐饮家具 、医疗机械、仪表仪器等各个机械工业部门。 剪板机的剪切过程 由两个阶段组成：压入变形和剪切滑移 。 剪板机的刀架上装有上刀片 ，而 下刀 片则是固定在机床的床面上 。进行剪切过程中， 上刀架通过曲柄滑块结构下移，刀片会对钢板一个压力
18、而变形，力随之增大。当刀刃切入一定深度，力增加到一定值时，即钢板抗剪能力与剪切力相等时，就进入剪切滑移阶段。当剪切力大于抗剪能力时，板料就会被剪切，这就是剪切滑移阶段。在剪切滑移阶段，剪切应力增大，使板料被剪切，当板料被剪切完后，就完成了剪切。机床的 床面上安装有托球 ， 以便于板料的移动 ，还有便于送进板料。后挡料架 主要是对板料进行定位 ， 再由调位销进行对其位置进行调节 ，其类型主要有 有手动和机动两种类型。手动挡料架被装在剪扳机 的后面，由手轮带动齿轮转动，再由齿条做直线运动来带动挡料板进行前后移动，为了使剪板机的板料能够自由下落，当滑块向下剪料时，压块与杠杆共同作用使后挡料板摆动一个
19、角度，使被剪板料脱离，完成一次剪切。 锻压剪板机是带有自动送料装置，可完成板料高效率、精密加工的机械剪板机，具有自动、高速、精密三个基本要素 6-8。 随着中国加入 WTO 以来 ，我们回过头来瞻望中国的制造业，就拿剪板机的 来说，从 剪板机床的 发展及它对 机械制造行业 的作用来看，会 越来越成为的中流砥柱，通用型高性能剪板机，广泛适用于航空 领域 、汽车 行业 、农 业 机 械 、 电机、电器、仪器仪表、医疗器械、 装潢行业 、五金 行业 等行业。 为 了满足大量生产的需要，冲压设备已有单工位低速剪板机发展到多工位高速剪板机。一般中小型冷冲件，既可在多工位剪板机上生产，也可以再高速剪板机上
20、采用多工位级进模加工，使冷冲压生产达到高度自动化 9,10。 为了跟上快速发展的机械工业，必然少不了加工工具，剪板机作为加工工具，会顺应工业社会潮流的发展，所以机械装置应向 自动化、多功能化、智能化、节能化等方面发展。本次设计的目的是，在前人设计的经验的基础上，集合自己的想法，把剪板机做得更好。 我设计的简易剪板 机是机械传动的剪板机一种，能够对各种尺寸金属板材进行剪裁各种尺寸。该设备应用广泛，具有结构简单，维修方便，经济实用的优点。 在这次毕业设计中我们学到了很多东西 ， 让我受益匪浅，为我以后的工作打下了很好的基础。 能培养我们独立解决工程实际问题的能力， 通过这次设计是对所学基本理论和专
21、业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算 、设计能力、 绘图能力 和科研能力 (包括实际动手能力、查阅文献能力、撰写论文能力 )都得到了全面的训练。 第 2 章 总体方案的确定 合理的传动方案既要满足设计的剪板机的性能要求好，还要能够 适应所需的工作条件，工作一定要可靠，另外剪板机的传动装置的结构也要尽量简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、经济实用、传动效率高和使用维修方便，要同时满足上述的几个要求是比较困难的，所以我们要通过下面的多种传递方案的分析，进行比较，最终选择出符合本次设计要求的最佳传动方案。 当采用由几种传动形式组成的多级传动时，要充分考虑各种传动形式的特点 ,合理的分配其传动顺
22、序。在选择时，应注意以下几种传动件的特性： 1带传动的承载能力小，在传递相同转矩时 ,较其它传动形而言，其所需结构尺寸要大的多，但具有结构简单，传动平稳 ，价格低廉 ,能吸振缓冲，传动效率高的特点，宜布置在高速级。 2 链传动只能实现平行轴间链轮的同向传动，磨损后易发生跳齿，不均匀有冲击，不适用于高速级，应布置于低速级。 3 开式直齿圆柱齿轮传动由于润滑后润滑液不易保存，也暴露在外面，这样的话，它的工作环境与圆锥齿轮传动等其他传动相比则要差，由于润滑不好回造成磨损严重，寿命也较其 他传动短，应布置在低速级 。 4斜齿圆柱齿轮传动适合用在速度高或传动平稳的场合，因为其传动平稳性和接触疲劳强度比较
23、的高。 5圆锥齿轮传动的啮合性较其他齿轮传动要好，能承受高负载，而且寿命长，但由于它的加工比较困难，所以要限制齿数、模数和传动比，故在高速级的传动中运用较多。 根据性能、工作条件、成本的各方面的因素，选择带传动和直齿圆柱齿轮进行若干个减速级的传动。 优点：采用 V 带传动，传动效率较高；成本低廉，经济实用；结构简单，尺寸紧凑传动平稳，可承受较大的预紧力，具有过载保护；缓冲吸振等，还可减少带传 动的尺寸。 2.1 凸轮机构方案 为 凸轮机构 是第一种方案， 如图 2-1 所示 ： 凸轮 的 传动 是由 主轴的转动 来 带动 的 ， 当 凸轮 在 升程时 就 推动滑块 (即刀片 )进行 剪切 板料
24、；在 回程时，滑块 则 在弹簧 力 的作用下上 慢慢升到 初始 (开始 )位置，准备下一个动作循环。 凸轮机构的优点是 可以根据推杆的运动规律来凸轮的轮廓曲线和机构的尺寸，机构简单，可靠性高 。缺点是凸轮 轮廓与推杆之间为点、线接触，易磨损， 因为其工作压力不能太大， 本次设计的剪板机工作压力较大， 会严重磨损凸轮的轮廓及推杆， 严重影响 机器的稳定性 ，所以 该方案不予采用 。 凸轮机构工作 原理图见图 2-1。 图 2-1 凸轮机构工作原理图 2.2 曲柄滑块机构方案 曲柄滑块机构是第二种方案。通过图 2-2 可以看出其工作原理：由主轴转动带动曲柄转动，通过连杆将旋转运动变成使滑块直线运动
25、 (上下往复运动 )，从而来实现剪切。 图 2-2 曲柄滑块机构原理图 该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较 合适 11。 2.3 本次设计采用的方案 综合考虑，本次设计的简易剪板机设计的总体方案为电动机经过一级带轮减速及一级齿轮减速驱动主轴上的曲柄滑块机构，使刀架上下运动，刀架上的刀片对板料进行剪切。此次设计的传动系统图如图 2-3 所示。 剪板机的技术参数 剪板机的工作能力主要通过其技术参数反映出来，剪切工件的尺寸范 围、有关生产率等指标 也能通过参数反映出来。此次设计的的技术参数如下： 板料厚度 3mm 可剪板宽 1000mm
26、 滑块行程 80mm 剪板次数 30 次 /min 剪板机可剪板料的厚度在一定程度 上受到剪板机构件强度的限制，最终主要由剪切力来决定。刀刃口的间隙 、 刃口的锋利程度、被剪材料的强度以及剪切断面的宽度等 等因素都能影响到剪板机的剪切力 ， 其中最主要的还是被剪切板料的强度。 忽略一些次要因素，剪切力可通过公式 (2-1)获得 ： 2 / tanbF K t (2-1) 式中 ： b 被剪板料强度极限 t 被剪板 料厚度 剪切角 K 系数 剪切强度一般取 500MPa， 如果已知剪切力和其他因素确定，就可以通过关系式计算出剪板机剪板料的最大厚度。我查资料查得现在国内外剪板机一般的最大剪切厚度都
27、在 32mm以下 ， 厚度过大会损坏剪板机的设备。 可剪板宽： 剪板机 完成 一次剪切过程，剪切板料的最大尺寸称为可剪板宽。可剪板宽可根据板料的宽度和对生产的要求来确定，即剪刃长度大于可剪板宽的剪切方式称为横切方式。对于 条料宽度小于 剪板机的凹口的剪切方式称为纵切方式，它能进行多次的剪切，且剪切的尺寸不受限制。随着工业的不断发展，剪板机的可见切宽度在不断地上升，目前国外最大剪切板宽在10000mm 已经比较普遍了。 当板料剪切 长度为 2000mm 以下时，剪板机剪切条料宽度最小公差如表 2-1 所示。 表 2-1 剪切调料宽度最小公差 厚度 t/mm 剪切板料宽度 25 25-50 50-100 100-200 宽度最小公差 0.5 0.3 0.3 0.4 0.5 0.5-1 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
