机械原理与机械设计课程设计指导书

模切机运动方案拟定及传动系统设计

---机械原理与机械设计课程设计指导书

一、

机械原理与机械设计课程设计的目的和任务

机械原理课程设计与机械设计课程设计是机械类学生第一次进行的机械运动原理设计（或机械运动的方案设计）和传动系统（或传动装置）结构设计，前者是强调对已学各种机构的分析和综合，而后者则是强调传动零件的设计计算及其相应的结构设计。它们都是培养学生初步掌握机械设计方法所不可缺少的一个重要教学环节。以往这两个课程设计缺乏明确的联系，学生缺乏整机设计的概念。本课程设计试图通过对一台简单的机械设备，由方案设计到结构设计（限于时间，只能对传动系统中的一部分进行设计计算和相应的结构设计），力求让学生对整机设计有一个系统的和完整的概念。通过这一实践性的教学环节，让学生接触和了解工程技术的实际，并对学生进行较为系统的设计方法训练，以期通过这一实践环节培养学生对已学的基础知识：如制图、力学、机械制造基础、机械原理、机械设计等课程的综合运用能力，并结合具体实际对学过的内容适当予以深化和扩展，在实际运用中培养学生融汇贯通的能力。让学生初步树立正确的设计观点，掌握通用的设计方法，提高计算、制图、使用参考资料和运用计算机的能力。在设计过程中要求学生积极思考，广为涉猎，在继承前人成熟经验的基础上大胆创新。

本次课程设计的任务是：

1）画出机械的运动简图 2＃图纸一张 2）机械工作循环图 4＃图纸一张 3）主体机构运动分析、力分析 计算结果一份

4）传动系统设计装配图 0＃或1＃图纸一张 5）零件工作图（计算机绘图） 3＃图纸二张 6）设计计算说明书 一份 课程设计结束后，需进行一次答辩，以考核学生在本次课程设计中表现出的知识运用能力、制图能力、计算能力以及综合分析问题的能力。

二、 半自动平压模切机（以下简称模切机）简介

2.1课题说明

模切机是印刷、包装行业压制纸盒、纸箱等纸制品的专用设备，该机可对各种规格的纸板和厚度在6mm以下的瓦楞纸板进行压痕、切线。沿切线去掉边料后，可折成各种纸盒、纸箱或压制各种富有立体感的精美凹凸商标和印刷品。

2.2原始参数和设计要求

1）纸张尺寸为250mm×250mm，由人工放入输送线上，双班制，每小时压制纸板3000 张；

2）模压行程H=50±0.5mm。回程的平均速度是工作行程平均速度的1.2倍左右。压力

6

与模压行程的关系如图1所示。模压产生阻力F=0.8×10N，模压回程时不受力；

3）模具和滑块的质量约为120Kg；

4）在最后加压的5mm范围内施压性能良好，即增力性好，且在5mm范围内施压时间

- 1 -

机械原理课程设计指导书

适当长些；

5）工作台距离地面约1200mm；

6）要求结构简单紧凑、节省动力、便于制造，使用寿命为十年。

三、 模切机运动方案的确定

3.1工艺动作分解

纸箱或纸盒的压痕、切线、压凹凸，都要用凹模和凸模加压，为此纸板需定位、夹紧，再送到模压位置加压，之后将加压后的纸板送走。因此，模切机的工艺动作可分解为：控制夹紧装置张开、夹紧、送料和加压模切三个动作。

3.2运动方案的构思

3.2.1送料机构的选择

为了保证模压时的相对位置精度，纸板在输送过程中，必须定位、夹紧。比较简单而可靠的方法是利用带有夹紧片的双列链条，如图2所示。而链轮的运动可由间隙运动机构（如不完全齿轮机构等）控制。两链条之间有固定模块3（固定模块的条数和间距L可根据整机尺寸确定，与链轮中心距有关，通常L可取5条），其上装有夹紧片8，当推杆7顶住夹紧片时，夹紧片张开，此时在工作台10上，由人工放入纸板6，当推杆7下降时，夹紧片8靠弹力自动夹紧纸板，推杆的动作可用凸轮控制。这样在间隙机构控制下输送链条带着纸板移动距离L，在模切工位上停止移动，进行模切。同时在另一个工位上推杆推开夹紧片，工人再放入纸板，输送链再将切好的纸板送至指定工位，由固定挡块9迫使夹紧片张开，纸板落到收纸台上。完成一个工作循环。

3.2.2模切运动方案的构思及筛选

- 2 -

机械原理课程设计指导书

工艺动作分解后，接着应考虑采用哪几种机构的组合来实现这些动作，即要进行机械运动方案的构思。构思机械的运动方案是项艰辛的创造性劳动。设计者不但要有渴求创造的愿望，勤于思考的作风，深入钻研的精神、扎实的机械原理知识，还应掌握一些创造的技法，如列举法、黑箱法、筛选法等。下面结合本题要求介绍如何运用筛选法来构思机械运动的方案。首先应考虑模切机的加工方法，它在很大程度上将决定整机的总体布置。运用所谓关联树法，按层次列出可能的几种加压方法如图3所示。图中排出6种可能的加压方法。通过分析可知，水平加压不利于纸板输送系统的布置。而垂直加压中，当上下模具同时加压时，上下模不易对准。经过筛选后可有二种方案再作进一步的对比分析，如果采用由上向下压，即下模固定，上模运动，则必然要占用工作台上面的空间，这会干扰链条输送系统的布置。而传动系统一般又总是放在工作台下方。这样从总体布置而言，显得不很合理，故宜采用上模固定，由下向上压，这样可使加压机构与传动系统都布置在工作台下方，能有效地利用空间，且便于工人操作和输送纸板，在图2中上模4通过装配调整后固定不动，而使下模运动。

通过上述方案的筛选，采用由下往上压的方案，即执行构件作往复直线运动。一般原动机都采用水平布置的电动机，因此在传动系统运动方案构思中，必须考虑如何把水平方向的旋转运动经减速后变换为垂直方向的往复直线运动。亦就是说在考虑模切机运动方案构思时，需要有运动形式，运动方向和运动速度变换的功能，而满足这些要求的机构组合可以有许多种，例如经齿轮减速后的曲柄滑块机构，以及由曲柄滑块机构演变而成一些带滑块的六杆机构都能满足上述要求。此外还有经减速后的直动推杆盘形凸轮机构、螺母作往复转动的螺旋机构，以及齿轮作往复转动的齿轮齿条机构等等，都是可供选择的方案。然后根据功能质量及经济性列出相关的分析项目。逐项分析比较，对已经罗列出的若干方案进行筛选，确定一个或二个方案，最后通过运动分析、力分析，确定其中的一个并对其中的尺寸作适当的调整或优化，使功能质量更优。图4为诸多方案中较好的一种。模切机的功能质量主要是指增力性能、加压时间长短、传动角大小、工作平稳性、磨损与变形等。经济性主要是指效率、结构复杂性、加工装配难度等。根据上述方法，要求学生至少列出5个方案，并通过列表逐项分析其高低、好坏、难易等。选出一个较好的方案，根据要求确定主体机构的尺寸，对该主体机构进行运动分析和力分析，根据计算结果适当调整其尺寸，使其更合理。

3.3机构运动参数的确定

机械运动的原始参数是进行机构设计与传统系统设计研究必须具备的数据。

3.3.1原动件运动参数

- 3 -

机械原理课程设计指导书

这里所指的原动件是指主执行构件所在该级机构的原动件。如本题主执行构件是作往复直线运动的下压模，完成该运动的机构通常是四杆机构或六杆机构中的滑块或其它构件。如图5和图4中的AB杆即是原动件，其运动参数为转速为n。一般可根据任务书规定的产量计算出每个工件的加工时间，如本题要求曲柄转一圈，下模往复一次，压出一块纸板，其所需时间为T秒，则曲柄的转速为

n=60/T rpm

3.3.2主执行构件运动参数

主执行构件是机构实现主要工艺动作的运动输出构件，其运动参数与运动形式有关。如本题的主执行构件是作往复运动，其运动参数主要是：行程H、行程速比系数K、每分钟往复次数、施压时的位移S和速度v等。

3.3.3原动机的运动参数

原动机的运动参数通常有转动和往复移动两种形式。一般机械中普遍使用Y系列三相异步交流感应电动机作为原动机，常用的转速有3000、1500、750、300rpm四种。转速愈低，电动机重量愈重，价格愈高。但整体的总传动比则会小一些，反之总传动比会增加。所以合理地选择原动机的转速是整机设计时不容忽视的一个环节。结合本课题的情况建议选用同步转速为1500rpm的交流电动机。

3.4机械传动系统的拟定

3.4.1主运动链和辅助运动链

机械传动系统是解决原动机与各工作机构之间的运动联系及运动速度，运动方向的变换，使其满足预期的工作要求。由原动机到主工作机构原动件之间的运动联系，称主运动链，而由主运动链中某一构件引出的运动链，通常称为辅助运动链。为了保证主运动链和辅助运动链协调配合运动，通常主工作机构的原动件和辅助运动链的原动件都集中在同一根轴。本课题中使下压模作往复直线运动的该级机构为主工作机构。为了使辅助运动链的执行构件与主运动链的执行机构有序地协调动作，它们的原动件即曲柄16、凸轮14、不完全齿轮12

- 4 -

机械原理课程设计指导书

安置在同一根轴III上，如图6所示。

3.4.2运动链中各机构的排列

通常总是把摩擦传动，带传动布置在高速级，而一些变换运动形式的机构如凸轮机构，连杆机构以及间隙运动机构安排在运动链的末端，靠近执行构件，而齿轮机构一般用来改变运动的速度，链传动因“多边形效应”易引起冲击，宜安排在低速级。

3.4.3传动比的确定

当已知主工作机构的原动件转速nc和原动件的额定转速nn后，则主运动链的传动比为i=nn/nc。若主运动链各传动机构是串联组合，则

ic= i1, i2, i3,…

各级传动比的分配，一般应考虑下述原则：

每级传动比应在该类传动机构推荐的常用范围内选取。

各级齿轮传动的传动比，一般按递增的次序排列，即从高速级到低速级，传动比遂级放大。这可使机构较为紧凑，系统的等效转动惯量减小，系统传动精度较高，具体计算方法可参考有关专业书。

对齿轮传动，根据各级传动比确定的齿数，其相啮合的两齿轮的齿数最好互成质数，总传动比的误差应不大于±5％。事实上，传动系统的拟定和传动比的分配往往是交叉进行，通过几次反复斟酌后才能确定。

四、 机构的工作循环图

各执行机构的动作有顺序要求的机械系统，在一个工作周期中，各执行构件的运动要相互协调配合，才能共同完成生产任务。表示机械在一个工作循环中，各执行构件运动相互配合关系的图形称工作循环图（或称运动循环图）。设计工作循环图时，应先选择主工作机构的执行构件作为定标件，以其起点作为基准，用它的转角(或时间)作为横坐标。各执行构件为纵坐标用于表出各执行机构运动的先后次序及相位。工作循环图通常有直线式、圆击式、直角坐标式三种。学生可参考教材选择一种。

- 5 -

机械原理课程设计指导书

在设计本课题的工作循环图时要注意以下几点： ⑴根据题设，下压模向上移动最后5㎜是下压模的施压区间，对应原动件的转角为Φ1，Φ2。（Φ2-Φ1）愈大，施压效果越好，这是模切机运动设计应追求的主要目标。而Φ2和Φ1的数值则由运动分析后确定。

⑵为了保证纸板处于静止状态下模切，应使输送链比Φ1角提前10°停止，并滞后Φ2

角10°开始转动。

⑶在夹紧工位上，应确保输送链轮停止转动后，推杆7（参阅图2）才升至最高位，顶动夹紧片松开，输送链轮2重新转动前，推杆7应迅速下降，使夹紧片夹紧纸板。在此期间，要保证有足够的时间将纸板送入夹紧片。

五、 主体机构运动设计、运动分析和力分析

5.1主体机构的运动设计（或尺寸综合）

机构的运动设计就是根据机械设计任务书的要求，对选定的一种总体设计方案进行运动设计，以满足根据该机械的用途、功能和工艺条件而提出的运动规律、机构的位置或某点轨迹的要求。机械运动的设计内容包括机构主要特性尺寸的确定，机构运动参数的分析，传动比确定与分配等。由于时间关系，本次课程设计仅要求对对主体机构进行设计和运动分析。

模切机的主工作机构是一个原动件转速nc已知的六杆机构（如图4所示）。它可视为两个四杆机构组成，即由曲柄摇杆机构ABCD和摇杆滑块机构DCE组成。设计时为简单对称，取CD与CE杆长相等，其长度可根据工作台平面高度适当选取。这样，摇杆最大摆角Ψ可以由滑块行程E1E2=H=50±0.5mm及CD及CE杆长由几何关系求得。至于曲柄摇杆机构的尺寸综合，则可以根据速比系数K=1～1.2、摇杆CD长及曲柄AB长应用图解法及解析法求连杆BC及机架AD的长度。图解法可参看《机械原理》教材。解析法说明如下：

综合具有急回作用的机构时，除给定行程速比系数K以外，一般还需要给定曲柄长AB=a、摇杆长CD=c及摇杆处于极限的夹角Ψ、而后求其余两杆BC=b、AD=d的长。参见图7。

其求解方法步骤如下： ⑴极位夹角

θ=180°•K1 ⑵连杆长b 因为

22C1C2AC12AC22AC1AC2cos

K1而

AC1ba,AC2ba,C1C22csin所以

2

b22c2sin2(/2)a2(1cos) 1cos⑶机架长d

因为由几何关系得

- 6 -

机械原理课程设计指导书

cos2(ba)sin2csin2

12((ba)sin)arccos()

222csin2222由△AC1D得 ADAC1C1D2AC1C1Dcos1 即 d(ba)c2(ba)ccos1 所以 d=(ba)2c22(ba)ccos1

则求b，d可编程序用计算机计算。

主体机构运动设计亦可用图解法，设计时由学生自己选择。 最后，还应根据 min222b2c2(da)2arccos()

2bcb2c2(da)2arccos()

2bc及 min取两者中的小者作为传动角，并校验是否有min50成立。

5.2主体机构运动分析

机构运动分析是目的是对于给定型式和结构尺寸参数的机构，按原动件的位置、速度和加速度，求解机构中其余构件上某些特定点的位置、速度、加速度。因为许多机械的工作质量与它的运动特性密切相关，而且运动分析又是动力分析，动载荷计算的基础，所以是机械设计中不可缺少的重要环节。对初步构思的方案进行分析，以检验其是否能实现预期的运动变换的要求，为进一步改进设计提供依据。这种综合-分析-再综合的过程为现代设计方法的基础。可见运动分析不但必要而且要有简便、高效、准确的分析方法。

机构运动分析的方法很多，主要有图解法和分析法两种。图解法直观形象，物理概念清晰但精度不高且很繁琐。解析法把机构问题从数学上进行深化分析，并结合计算机辅助计算。它具有速度快、精度高、便于理论分析的优点。随着计算机的普及，解析法应用越来越广泛。本次课程设计中对于主体机构运动分析要求用解析法并用计算机辅助计算。

用解析法作连杆机构的运动分析的任务是建立和求解机构中某构件或构件上某点的位移、速度和加速度方程。其中关键问题是求解位移方程（位移方程为非线性方程）。而速度方程和加速度方程只是把位移方程对时间求一次导数和二次导数就可以得到。由于所采用建模的数学工具不同，解析法的种类也随之不同。一般大体分为几何约束法和封闭向量多边形法，其中封闭向量多边形法一般又有复数法、矩阵法、坐标投影法和基本杆组法等几种。本次主要讲解坐标投影法。

5.2.1铰链四杆机构的运动分析

在图8所示的铰链四杆机构中，已知各杆长l1，l2，l3，l4以及原动件AB的转角φ1和

- 7 -

机械原理课程设计指导书

等角速度φ1=ω。要求确定连杆2和摇杆3的转角、角速度和角加速度。运动分析的主要任务就是确定其余构件的角位移、角速度和角加速度的计算式。

⑴位置分析

为简便起见，选取原动件固定铰链A为坐标原点，X轴与机架相连，从固定铰链点向外标出机架、连架杆和连杆的向量。各转角规定自X轴逆时针度量为正，反之为负。由此确定了各杆向量的指向后，机构就组成了一个封闭向量多边形。可写出封闭向量多边形的向量方程式。

l1l2l3l4 (1)

矢量lllel(icosjsin) 分别向X轴和Y轴投影得：

l1cos1l2cos2l3cos3l4 (2) l1sin1l2sin2l3sin3lcos2l3cos3l4l1cos12 (3)

lsinlsinlsin233112其中未知数为θ2，θ3，消去θ2求θ3，两边平方并求和有：

2l2(l4l3cos3l1cos1)2(l3sin3l1sin1)2

22 l4l3l122l3l4cos12l1l3cos1cos22l1l3sin1sin32l1l4cos1

2l1l3sin1sin32l1l3cos12l3l4cos3l22l12l32l422l1l4cos10

令：

A2l1l3sin1

B2l1l3cos12l3l42l3l1cos1l4

2Cl2l12l322l1l4cos1

得：

Asin3Bcos3C0 (4)

1x22x令xtg，则有sin3，cos3 2221x1x32x1x2ABC0 221x1xCBx22AxBC0

- 8 -

机械原理课程设计指导书

xAA2B2C2AMA2B2C2CBCB

3AMA2B2C2即tg2CB （其中M=+1或M=-1） AMA2B2C2则得：32arctgCB (5) 根据装配条件，确定M的符号“+”或“-”。

同理，消去θ3，可求解θ2，其中令：

D2l1l2sin1

E2l1l2cos12l2l42l2l1cos1l4

Fl2221l2l24l32l1l4cos1

得：

arctgDMD2E2F222FE (9) ⑵速度分析

对⑵式两边求导，其中22,33 l11sin1l22sin2l33sin3l11cos (10) 1l22cos2l33cos321l1sin13解方程组得l2sin23 (11)

1l1sin123l3sin32⑶加速度分析

对(10)式再一次求导

22l11sin1l211cos1l22sin2l22cos2l33sin3l33cos3ll2l2211cos111sin122cos2l22sin2l33cos3l33sin3解方程组得：

2221l1cos132l2cos233l32l2sin232lcos2l2lcos (13) 11122233323l3sin32

- 9 -

(12) 机械原理课程设计指导书

用C语言进行四连杆机构运动分析的示例程序如下： /*This Is a Kinematic Analysis for the six-bar Linkage*/ #include #include #define N 36

#define PI 3.14159265 main() { int i,m;

double a,b,c,d,e,f,g;

double n,speed1,zita0,acce1,zita; double zita1[N],zita2[N],zita3[N];

double speed2[N],speed3[N],acce2[N],acce3[N]; double l1,l2,l3,l4;

double zita4[N],zita5[N],s4[N],acce4[N],v4[N],o4[N]; l1=76;l2=211;l3=525;l4=526.204;n=3000/60;zita0=0;g=0;

speed1=PI*n/30;zita0=zita0*PI/180;m=1;zita=2*PI-atan2(l3,l2-l1); for (i=0 ; i{ zita1[i]=zita0+2*i*PI/N;

a=2*l1*l3*sin(zita1[i])-2*l3*l4*sin(zita); b=2*l1*l3*cos(zita1[i])-2*l3*l4*cos(zita);

c=l2*l2-l1*l1-l3*l3-l4*l4+2*l1*l4*cos(zita1[i]-zita); zita3[i]=2*atan2(-a+m*sqrt(a*a+b*b-c*c),c-b);

f=l1*l1+l2*l2+l4*l4-l3*l3-2*l1*l4*cos(zita1[i]-zita); d=2*l1*l2*sin(zita1[i])-2*l2*l4*sin(zita); e=2*l1*l2*cos(zita1[i])-2*l2*l4*cos(zita); zita2[i]=2*atan2(-d+m*sqrt(d*d+e*e-f*f),f-e);

speed2[i]=-(speed1*l1*sin(zita1[i]-zita3[i]))/(l2*sin(zita2[i]-zita3[i])); speed3[i]=(speed1*l1*sin(zita1[i]-zita2[i]))/(l3*sin(zita3[i]-zita2[i])); acce2[i]=(-speed1*speed1*l1*cos(zita1[i]-zita3[i])-speed2[i]*speed2[i]*l2*cos(zita2[i]-zita3[i])+speed3[i]*speed3[i]*l3)/(l2*sin(zita2[i]-zita3[i]));

acce3[i]=(speed1*speed1*l1*cos(zita1[i]-zita2[i])-speed3[i]*speed3[i]*l3*cos(zita3[i]-zita2[i])+speed2[i]*speed2[i]*l2)/(l3*sin(zita3[i]-zita2[i])); zita4[i]=zita3[i]-PI/2;

s4[i]=l3*cos(zita4[i])+m*sqrt(l3*l3-(l3*sin(zita4[i])-g)*(l3*sin(zita4[i])-g)); zita5[i]=atan2(g-l3*sin(zita4[i]),s4[i]-l3*cos(zita4[i])); o4[i]=-(l3*speed3[i]*cos(zita4[i]))/(l3*cos(zita5[i]));

v4[i]=(l3*speed3[i]*sin(zita5[i]-zita4[i]))/(cos(zita5[i]));

acce4[i]=(l3*(acce3[i]*sin(zita5[i]-zita4[i])-speed3[i]*speed3[i]*cos(zita5[i]-zita4[i]))-l3*o4[i]*o4[i])/(cos(zita5[i])); if(fabs(s4[i]-1045)<1)

printf(\"zita=%f\\n\ }

printf(\" No. zita s v acce \\n\"); for (i=0 ; i{ zita1[i]=zita1[i]*180/PI;

printf(\"%3d %10.2f %10.2f %10.2f %10.2f \\n\ } }

- 10 -

机械原理课程设计指导书

5.2.2曲柄滑块机构

封闭矢量多边形

l1l2s3e

向X，Y轴投影

l1cos1l2cos2s3 lsinlsine1222解方程组，消去φ2分别求得φ2，s3：

slcosMl2lsine2121131 (14) el1sin1tg2s3l1cos1对（14）式求导一次得：

l1sin1l22sin2v3 (15) l11cos1l22cos20解得：

l11sin21v3cos2 (16) l11cos12l2cos2对（15）式再求导一次

2l11sin1l112cos1l22sin2l22cos2a3 (17) 22lcoslsinlcoslsin01111222222112l11sin2112cos21l22a3cos2 (18) 22lcossinlsin111222112l2cos2

5.2.3导杆机构

闭矢量多边形： l4l1s3 对X，Y轴投影

l1cos1s3cos3 (19) llsinssin13341解方程组得：

- 11 -

机械原理课程设计指导书

sl2l22llsin141413l4l1sin1 (20) 3arctglcos11对(19)式分别求导一次和两次可求得速度和加速度

v31l1sin311l1cos31 (21) 3s32a3s331l1sin3112l1cos3121l1cos311lsin312v33 (22) 3s3

5.3主体机构的动力分析及飞轮设计

对一般机械而言，在机械的运动设计（综合）和运动分析基础上要进行机械的动力分析

和设计。其内容包括动力分析、功能关系、真实运动求解、速度调节和机械平衡等。由于时间关系，本次课程设计仅讨论电动机功率计算、速度波动调节和飞轮转动惯量计算问题。

5.3.1飞轮转动惯量计算

由前可知，平压模切机设计时必须考虑速度波动调节问题。因为，平压模切机负荷的特点是短期的高峰载荷和较长期的空载互相交替。如果按照工作行程所需的功率来选用电动机，要求的功率会很大。而用大功率的电动机，又只是在很短工作行程时间内满负荷，大部分时间负荷很小，这样就会造成浪费，且速度波动很大，造成不良的效果。为解决此矛盾，须考虑安装飞轮，使主轴的角速度较为均匀，同时使冲压模在不受负载时通过传动机构吸收多余的能量，而冲压模在工作行程时，释放能量，从而大大减少电动机所需的功率。

飞轮的转动惯量可利用以下近似公式计算

JF式中Wmax---最大盈亏功

Wmax2m900Wmax 22nm---安装飞轮之轴的平均角速度（一般装在主轴上）

n---安装飞轮之轴的转速

---机械运动转时许用不均匀系数（按冲压机械查表）

最大盈亏功的值一般可用图解法近似求解：已知模切机冲压模载荷图。若以曲轴为等效构件，不考虑摩擦耗损，一个周期内的等效阻力矩则为已知

WerMerdFs

21其中Mer---为等效阻力矩，1,2---与冲压模

- 12 -

机械原理课程设计指导书

的始末位置对应的主轴转角，F---加压力的值，s---加压行程。又因运转速度作周期性波动的机器，稳定运动时一个周期内等效驱动力矩所做的功等于等效阻抗力矩所作的功，对电动机

作原动机的机械，其驱动力矩可视为常数， 即

WedMed2Wer

因此可得等效驱动力矩。则进而可绘图求得最大盈亏功

WmaxWOBEHWCFGD

WOBEH及WCFGD为图上面积所代表的功的大小。

5.3.2电动机的选择

电动机是机械常用动力源之一，其运动参数和动力参数是选用电动机的主要依据。结合机械原理课程设计的特点，只要求正确地选用电动机功率和合理的额定转速。

电动机的型式繁多，但应用最多的还是Y系列的三相交流异步电动机。此系列电动机产品在“机械设计课程设计指导书”附录中已有提供。在选择电机时应注意：

如上所述，模切机属工作行程很短，工作阻力大，而空行程长的机械。电动机的功率可以按此类机械常用的公式来计算。 即 NKNmKWr (KW)

1000T其中K----安全系数，一般取1.15-1.6（我们取1.2）。

Wr---工作机械在一个周期内消耗的总能量（它等于总阻抗功）。

六、 绘制模切机的运动简图

根据上述分析，可画出模切机的运动简图。在图中必须标出主要运动参数，如齿轮、链

轮的齿数、主体机构各构件的主要尺寸、凸轮推杆至下压模中心的距离。

七、 传动系统结构设计

传动系统结构设计是指电动机轴与工作机构的原动件之间的减速系统，即主运动链，方案可参考图12、图13。

- 13 -

机械原理课程设计指导书

限于时间，主运动链中的分配轴，即主工作机构中原动件所在轴中略去凸轮和 不完全齿轮。在设计时应留出相应的安装空间。

减速系统的一般设计步骤如下：

1） 根据传动比的分配及电动机功率计算各轴的运动参数和动力参数。 2） 带传动设计计算。

3） 齿轮强度计算及结构设计。

4） 选择滚动轴承，画出轴线展开草图。

5） 中间轴疲劳强度计算。高速及低速轴根据dmin用类比法确定各段直径及长度。 6） 传动装置附件设计。

7） 画装配图及主要零件的零件图。 以上步骤在具体设计时，可能要穿插进行，结构设计的全过程实际上是边计算，边设计，边修改，逐步完善的过程。具体过程可参考机械设计课程设计指导书。

具体设计要求：

1） 按机械零件设计规程进行各零件的设计计算。 2） 绘制减速器装配图：以必要的投影表明减速器的结构型式及各零件的装配关系。注明必要的外形尺寸及装配尺寸和配合尺寸。图中应附有零件的明细表（包括件号、数量、材料、备注等）及标题栏。备注项内说明标准的来源。装配图绘在1号图纸上（576*814mm）。

3） 绘制部分主要零件工作图：以必要的视图及剖视图表明零件的结构型式，注明尺寸、公差、表面光洁度，列出材料、热处理方法、硬度及其他技术条件。另外工作图也应附有标题栏。每人必须完成齿轮工作图一张、高速轴工作图一张。有条件的再画箱体工作图上下各一张。

八、 编写设计计算说明书

设计计算说明书是方案设计和图纸设计的理论依据，是设计过程的整理和小结，同时也是审核设计是否合理的重要技术文件。设计计算说明书应包括下列内容：

1） 目录

2） 设计任务书

3） 工艺动作分解说明 4） 方案分析比较

5） 设备运动简图和工作循环简图说明 6） 主体工作机构的运动分析

7） 主体工作机构的力分析及电机型号的确定 8） 传动系统中各轴的运动及动力参数 9） 传动零件的设计计算 10) 轴的设计计算

11) 滚动轴承的选择及校核计算 12) 附件及润滑、密封

13) 小结（如本设计的优缺点、心得体会等） 14) 参考资料目录

编写说明书时要求做到观点明确，论述清楚，文字简练，计算正确，书写工整，说明书中应附有必要的插图。说明书必须用报告纸一定的格式书写。计算部分只要列出公式，代入

- 14 -

机械原理课程设计指导书

数据，写出答案即可。最后给出结论性用语，如“合格”，“安全”或“强度足够”等。对计算的数据，需圆整的应予以圆整，属于精确计算的不得随意圆整。并在报告纸右面一栏列出最后取用的数值，注明页数，编成目录。

九、 答辩

答辩是课程设计的重要组成部分，它不仅是为了考核和评估设计者的设计能力、设计质量与设计水平，而且是使设计者通过答辩，回顾设计的全过程，使已学过的知识更具有系统性，使没学过而在实际的设计中已用到的知识得以巩固，并达到“知其所以然”。所以答辩是一次知识与能力进一步提高的过程。学生应给予足够的重视。

十、 时间安排

整个设计共四周计20天，作如下安排： （原理部分）

（1） 讲课 0.5天 （2） 阅读任务书，查找资料 0.5天 （3） 阅读资料，拟定方案，分析比较，确定方案，定出主体机构的初步尺寸1.5天 （4） 计算总传动比，分析各级传动比，画出运动简图及工作循环图 1.5天 （5） 运动分析，力分析，调整初步尺寸及编写说明书 2.0天 （零件部分）

（6） 讲课 0.5天 （7） 减速箱装拆实验 0.5天 （8） 传动装置总体设计（包括传动比的确定、电动机的选择、各轴运动及动力参数

计算） 1.0天

（9） 传动零件计算（包括齿轮强度计算、主要参数计算及带轮或链轮的设计计算）

1.5天

（10） 画轴系展开图（草图）确定轴上零件力的作用点、传动零件在轴上的位置、轴

承支点距离、中间轴的疲劳强度计算、轴的机构设计及轴承的寿命校核）

- 15 -