曲柄滑块式剪板机的设计

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　　摘 要：曲柄滑块机构具有结构简单，加工容易，维修方便，经济实用等优点，在机械行业得到广泛应用。本设计主要涉及传动方案确定，电机选择，V带传动，直齿圆柱齿轮设计，轴的设计和校核等内容。
　　关键词：剪板机；曲柄滑块机构；V带传动；直齿圆柱齿轮
　　中图分类号：TH12 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）023(C)-0151-02
　　一、机架的设计
　　（一）机架材料的选择
　　曲柄滑块式剪板机机架应具有良好的刚性和稳定性，并考虑经济效益，查阅机械设计手册选用HT150能够符合设计要求和使用要求。
　　（二）机架的结构设计
　　根据设计要求和相关参数直接铸造，加工相应的轴孔，连接的部位进行焊接。精度保证安装要求。
　　1、两侧支撑主板架的设计。主板架主要对轴起支撑作用和整体的稳定性，它的宽度尺寸120mm通过铸铁直接铸造成型需要配合的表面进行加工，其余表面清理干净涂上防锈漆，主板架的高度参照Q11系列剪板机的尺寸。2、下刀架和前支撑架的连接。加工螺纹孔，选择相应尺寸的螺栓进行连接，需要焊接的部分直接焊接而成。3、下刀架剪缝隙的调整。在剪切不同的材质时，应选择不同的刀刃间隙，以便于剪切的顺利进行，剪缝的调整主要通过安装在下刀架上的螺栓和双头螺柱体实现，它调整简单方便。通过双头螺柱的调节实现下刀架的向外移动，实现缝隙的加宽，通过螺栓实现下刀架往里运动，实现缝隙的变窄。
　　（三）前支撑架和下刀架平台的设计
　　与两侧板架的连接，前支撑架和两侧板通过焊接连接在一起，增强机器的稳定性。
　　（四）顶部梁的设计
　　1、顶梁与两侧主架的连接。顶梁在机架上方安装，主要对曲轴起辅助支撑作用。通过螺栓和机架进行连接。2、顶梁中部和曲轴的辅助支撑。在顶梁中部焊接一定尺寸的板材和对开式四螺柱正滑动轴承座相连。
　　（五）传动轴外套的设计
　　1、轴外套的功能。起保护作用，防止尘埃的落入和油污的侵蚀。2、轴外套与两侧板架的连接。根据设计轴的直径选用相应的薄壁套筒，和两侧板架进行焊接。
　　二、压紧机构的设计
　　（一）压紧机构的组成和结构
　　压紧机构主要保证板材在剪切过程中的相对静止，保证剪切的相对尺寸和精度，它有三部分组成：压紧装置，导轨，压紧弹簧。
　　（二）压紧机构导轨的设计
　　导轨选用灰铸铁淬火处理，应具有较好的平面光滑度，从而保证压紧机构运动过程中精度，它的尺寸应保证安装要求，相关尺寸见装配图。
　　（三）压紧机构中弹簧的设计
　　1、选择材料。在压紧机构中弹簧受到的力不时很大，一般选用60si2Mn制造，选用YI型冷卷压缩弹簧。2、选择弹簧指数C，初估簧丝直径d。3、按强度确定簧丝直径d。4、按刚度条件确定弹簧工作圈数。5、计算弹簧尺寸。6、验算弹簧的稳定性。7、计算特性曲线中各载荷相应的变形量。8、绘制弹簧工作图。
　　三、上下剪刀的设计
　　（一）剪刀材料的选择
　　在剪切过程中剪板机主要用于剪切铝板和铝合金，因此剪刃应该有足够的刚度和强度，保证剪切的顺利实现，一般剪刃材料选用5CrW2Si，硬度HRC为55―60。
　　（二）上剪刀的设计和上刀架的连接
　　因设计要求中板材的最大剪切长度为2000mm，所以设计上剪刀的尺寸：长宽高2000×20×70mm，刀片与上刀架通过螺钉进行连接，剪刃与水平面成3度，形成斜刃剪切，便于剪切的顺利完成。
　　（三）下剪刀的设计和下刀架的连接
　　下剪刀通过与上剪刀的配合实现剪切，下剪刀的相关尺寸长宽高2000×20×70mm，下剪刃水平安装在下刀架平台上，通过螺钉紧固便于在刀刃使用一段时间后取下来调换和修磨。下刀架平台与机架通过螺栓连接。通过螺栓的松劲调节下刀架的相对位置。
　　四、剪切机构的设计
　　（一）剪切机构的类型与组成部分
　　根据设计要求，剪板机为上切式，依靠上刀架的运动实现剪切。
　　曲柄滑块式剪板机的剪切机构由四大部分组成：曲柄，连杆，上刀架，下刀架。
　　（二）曲柄的设计
　　设计曲柄的长度为100mm，从而保证上刀架的运动行程为200mm，曲柄的设计通过曲轴实现，曲柄的设计参数参考零件图。
　　（三）连杆的结构设计
　　连杆在机器中实现曲轴和下刀架的连接，上剪刀的运动依靠连杆的带动在曲轴的作用下实现往复直线运动，根据设计要求连杆选用45钢渗碳淬火保证其刚度，长度为400mm。
　　（四）连杆与下刀架的连接设计
　　连杆在运动过程中通过和下刀架铰接连接，连杆依靠短圆柱轴和下吊耳连接，再通过六角螺栓进行紧固连接。
　　五、机械传动部分的设计
　　剪板机剪切力的计算：在斜刃剪切中刃与金属不是全面接触，而只是一部分接触由此原因剪切时的力会大大减小，仔细分析剪切开始时是剪切作用，待剪刃一旦深入金属中心后就不是剪切作用，而是撕裂作用，切入深度对被剪切材料厚度之比值为切入比例。
　　（一）电动机的选择
　　电动机选用Y系列三相异步电动机，它结构简单，工作可靠，容易维护，价格低廉。查阅机械设计手册选取电动机的型号：选用Y180L―8型电动机，主要数据如下：
　　电动机额定功率P11kW
　　电动机满载转速nm730r/min
　　电动机轴伸出端直径48mm
　　电动机轴伸出端安装长度110mm
　　电动机外形尺寸：长宽高710×355×430mm
　　（二）传动比的分配和计算
　　1、总传动比的计算。2、传动比的分配和计算。3、各轴转速，功率和转矩的计算。
　　（三）V带的传动设计
　　1、计算设计功率Pd。2、选择带型。3、选取带轮的基准直径dd1和dd2。4、验算带速V。5、确定中心距a和带的基准长度Ld。6、小带轮的包角α1。7、确定带的根数Z。8、确定初拉力F0。9、计算压轴力FQ。
　　（四）齿轮传动部分的设计
　　1、选择齿轮的材料。选用20Cr钢渗碳淬火硬度为56~62HRC，且弯曲疲劳极限应力σFLim=450MPa，接触疲劳极限应力σHLim=1500MPa。2、按轮赤的弯曲疲劳强度计算齿轮的模数mn。3、校核齿面的接触疲劳强度。
　　六、剪板机的主轴设计
　　（一）高速轴的设计
　　1、选择轴的材料。2、初步估算轴径。3、轴的结构设计。4、考虑轴的结构工艺。考虑轴的结构工艺在轴的左端和右端均制成45度倒角，轴承的轴径为磨削到位，留有砂轮越程槽，大带轮和小齿轮键槽的布置在同一母线上，并取同一剖面尺寸。
　　（二）轴的强度的验算
　　1、求齿轮上作用力的大小和方向。2、大带轮的压轴力FQ=3020N。3、轴承的支反力。4、画弯矩图。5、判断危险截面并验算强度。
　　（三）轴承的校核
　　轴承选用圆锥滚子轴承32318，它可以承受较大的径向载荷和单项的轴向载荷，极限转速较低，内外圈可以分离，轴承游隙可在安装时调整。1、求轴承的轴向载荷。2、求轴承的当量动载荷。3、求轴承的实际寿命。
　　（四）低速度轴的设计和校核原理同上
　　低速轴选用45钢进行调质处理保证轴在转动过程中有足够的强度，轴承选用圆锥滚子轴承，型号32321，轴承盖选用凸缘透盖式，它调整轴承间隙比较方便，密封性好，用螺钉固定在箱体上。轴承应具有良好的润滑以降低摩擦减小磨损和发热提高效率。
　　七、离合器的选择和操纵机构的设计
　　（一）离合器类型的选择
　　在曲柄滑块剪板机中通过离合器的工作实现曲轴的停转，由于在曲轴上通过直齿圆柱齿轮传递扭矩因此一般选择双转键离合器，它的结构原理简单，安全可靠，通过脚踏板的操纵实现。通过轴端安装直径购买相应的型号。

　　（二）操纵机构的设计
　　因为离合器的离合由机械实现，一般的操纵机构不需要太大的力，容易实现。通过脚踏板实现电磁铁的吸合带动连杆的运动，实现相对位置的变化。
　　八、刹车机构的设计
　　（一）刹车机构的组成部分
　　依据设计要求剪板机在离合器工作以后刹车机构制动实现机械制动。刹车机构主要由以下五部分组成：凸轮机构，刹车皮带装置，带轮，连杆，弹簧。
　　（二）刹车机构的设计
　　1、凸轮的设计。安装在凸轮内部的连杆由于凸轮的结构发生产生转矩迫使曲轴停止。2、刹车皮带和带轮的设计。3、刹车机构的驱动设计和弹簧的选择。
　　九、防护装置的设计
　　（一）V带传动中的防护装置
　　机器在使用过程中既要符合人机工程学的基本要求，更重要的是保证操作人员的人身安全，做好安全防护措施尤为重要。V带在使用过程中防止对操作人员的伤害和尘土的落入影响皮带的使用寿命因而加防护装置。防护罩采用薄壁铁皮焊接而成通过螺钉与机架相连，与V带之间留有一定的间隙，便于拆装。
　　（二）齿轮传动装置中的防护装置
　　防护罩采用薄壁铁皮焊接而成通过螺钉与机架相连防止油污的滴漏，和齿面破坏对人员造成伤害，具有安全保护的作用。
　　十、其他需要说明的问题
　　剪板机在使用过程中应尽量做到以下几点：
　　（一）剪板机在每一次使用完成后要及时地清理，保证下剪刀平台的干净。
　　（二）剪板机在使用的过程中需要按时地润滑，防止零件的磨损和破坏，在主要的零件结构中需要设计油槽，齿轮采用人工定期润滑以减少摩擦和磨损提高传动效率降低噪声。选用普通开式齿轮油（SY1232－85）进行润滑。
　　（三）刀板间的间隙应根据板料的厚度来调正刀板应紧固牢靠，上、下刀板面保持平行。刀板刃口应保持锋利，如刃口变钝或有崩裂现象，应及时更换。
　　（四）剪切时，压料装置应牢牢地压紧板料，不准在压不紧的状态下进行剪切。
　　（五）工作后应将上刀板落在最下位。
　　
　　 作者单位：广东韶关新宇建设机械有限公司
　　参考文献：
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　　[4]周立新主编“机械设计”.重庆大学出版社,1996.
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　　[7]王大康,卢颂峰主编.机械设计课程设计.北京:北京工业大学出版社,1999.
　　

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