一、 設計目的
通過本課程設計將學過的基礎理論知識進行綜合應用，著手設計「半自動平壓模切機」。通過對機構的選型、設計；對機械傳動方案、機械運動方案的選擇和評價而培養結構設計，計算能力。熟悉一般的機械裝置設計過程。
二、 工作原理及工藝動作過程
半自動平壓模切機是印刷，包裝行業壓制紙盒、紙箱製品的專用裝置。它可以對各種規格的紙板、厚度在4mm一下的瓦楞紙板，以及各種高階精細的印刷品進行壓痕、切線、壓凹凸。經過壓痕、切線的紙板，用手工或機械沿切線除去掉邊料後，沿壓出的壓痕可折疊成各種紙盒、紙箱，或製成凹凸的商標。
它的工藝動作主要有兩個：一是將紙板走紙到位，二是進行沖壓模切。其具體工作動作順序如下：
半自動平壓模切機工藝動作順序
三、 運動迴圈圖
（一） 機構運動要求
從機器的工藝動作可以看出，可以把整個機構運動的運動分成兩個部分，一是輔助運動，它可以用於完成紙板的夾緊，走紙，鬆開等動作。對實現該運動的傳動機構要求做間歇運動；二是主運動，完成對紙板的壓切動作，要求裝有模板的滑塊做直線往復運動。其特點是行程短，受載大。
本機構要求行程是50公釐，最大載荷是，工作速度是每小時壓制3000張。另外，主運動和輔運動要相互協調。
（二） 運動示意圖
由上述機構運動要求，繪製如下運動示意草圖：
（三） 各部件運動分析
1、 主軸的選擇和轉角運算
為了計算和設計方便，選擇變速箱的輸出軸為運動分析主軸，如上圖所示。由原始資料和設計要求知，平面六桿機構的行程速比係數k=1.3，則極位夾角°並知該運動週期分為兩部分，以156.
5°（156.5°=180°-23.5°）為界分為0°---156.
5°和156.5°--360°兩個過程。
2、模切機構的分析
當主軸轉角為0°---156.5°，下模從行程最低點開始，在平面六桿機構的帶動下向上移動至預定模切位置，進行沖壓模切；當主軸轉角為156.5°--360°，下模完成模切動作，快速急回運動至行程最低點即下一週期起點。
3、走紙機構的分析
當主軸轉角為0°---156.5°，特殊齒輪組（用於完成間歇運動）沒有嚙合運動，鏈輪鏈條處於靜止狀態；當主軸轉角為156.5°--360°，特殊齒輪組輪齒參與嚙合，帶動鏈輪鏈條運動，進行走紙運動。
4、夾緊裝置的分析
當主軸轉角為0°---156.5°，帶動夾子的凸輪走過推程，遠休止和回程使剛性彈簧夾完成夾紙動作；當主軸轉角為156.5°--360°，凸輪處於近休止狀態使剛性彈簧夾處於夾緊狀態。
（四） 綜上所述運動迴圈圖如下：
四、 送料、模切機構的選型
（一） 送料機構的選型
1、可選機構
2、選型原因：
(1)對於紙板的輸送構件，選用雙列鏈輪傳動：
a、相對皮帶傳動而言，雙列鏈輪傳動精度較高，有利於紙板的精確走紙定位；
b、適合於本機構的遠距離傳遞；
c、本機構在長時間傳輸、模切時摩擦大，易發熱，而雙列鏈輪傳動機構適合於長時間在此惡劣環境下工作。
另外，使用皮帶輪傳動其易打滑，易變形，傳輸精度低，傳遞效率低。
(2)對於紙板的停歇，選用特殊齒輪組：
a、相對凸輪機構相比而言，特殊齒輪組製造容易，工作可靠。
b、特殊齒輪組在設計時，易實現從動件的運動時間和靜止時間的比例在較大範圍內調節，適用範圍廣。
c、特殊齒輪組在工作時由於面接觸且是間歇運轉，因此不易磨損，使用壽命長。
另外凸輪機構製造加工困難，易磨損。
(3)對於紙板的固定，選用剛性彈簧夾：
a、在走紙時，相對普通夾子而言，由於剛性彈簧力的作用，可以自動的將紙板夾緊，並準確平穩的走紙；
b、在夾緊和鬆開紙板時，運用凸輪機構和剛性彈簧的配合使用，能準確、方便、自動的實現紙板的夾緊和鬆開動作。
另外，使用普通夾子較難實現紙板的自動夾緊和鬆開的工藝動作以及平穩走紙的目的。
3、最終選型：紙板的輸送選用雙列鏈輪傳動；紙板的停歇殊齒輪組選用特；紙板的固選用剛性彈簧夾。
（二） 模切沖壓機構的選型
1、可選機構
2、選型原因：
a、相對凸輪機構而言，連桿機構的運動副一般均為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，潤滑好，磨損小，則承載能力較大，有利於實現增力效果。
b、連桿機構的設計、加工製造容易，經濟性好，且低副一般為幾何封閉，工作的可靠性好。
c、在滿足運動要求的條件下，連桿機構可以靈活改變各桿件的相對長度來調節運動規律，適用性強。
另外，凸輪機構增力效果差，設計加工製造困難，適用性差。
3、 最終選型：平面六桿曲柄滑塊機構。
五、 機械運動方案的評定和選擇
由上述運動迴圈圖及題設要求可知，「半自動平壓模切機」主要分為三大部分：動力傳動機構；走紙機構；沖壓模切機構。其中動力傳動機構又分為動力傳遞機構和變速轉向機構。
走紙機構分為：紙板的輸送機構，紙板的停歇機構和紙板的固定機構。沖壓模切機構為急回機構。
備選機構列表：
由上述備選機構可得32種備選機械運動方案，從中選出3種典型可行方案如下：
方案a：雙列鏈輪傳動----特殊齒輪組----剛性彈簧夾----平面六桿曲柄滑塊機構----v形帶----圓柱齒輪傳動機構
方案b：雙列鏈輪傳動----凸輪機構----剛性彈簧夾----直動推桿凸輪機構----聯軸器----錐--圓柱齒輪傳動機構
方案c： 皮帶輪傳動----凸輪機構----普通夾子----直動杆凸輪機構----聯軸器----單級蝸桿傳動機構
典型可行方案評定
方案a：
1、示意圖
2、分析與評定
(1)機械功能的實現質量
由於v形帶和齒輪的組合傳動，功率損失小，機械效率高，可靠性高；平面六桿曲柄滑塊機構能夠承受很大的生產阻力，增力效果好，可以平穩的完成模切任務；使用剛性彈簧夾自動的實現紙板的夾緊與鬆開動作，並運用特殊齒輪組完成走紙的間歇運動和準確的定位，以實現與沖壓模切的協調配合。
(2)機械的運動分析
在同一傳動機構的帶動下，特殊齒輪和雙列鏈輪機構共同完成走紙的準確定位，運動精度高，並且能和沖壓模切運動很好的配合完成要求動作工藝。
(3)機械動力分析
平面六桿曲柄滑塊機構有良好的力學效能，在飛輪的調節下，能大大的降低因短時間承受很大生產阻力而帶來的衝擊震動；整個機構（特別是六桿機構和特殊齒輪組）具有很好的耐磨效能，可以長時間安全、穩定的工作。
(4)機械結構合理性
該機構各構件結構簡單緊湊，尺寸設計簡單，機構重量適中。
(5)機械經濟性
平面六桿曲柄滑塊機構設計，加工製造簡單，使用壽命長，維修容易，經濟成本低，雖然特殊齒輪組設計加工難度較大，成本偏高，但與其他等效備選機構相比，其能更好的實現工作要求，以帶來更大的經濟效益。
方案b：
1、 示意圖
2、分析與評定
(1)機械功能的實現質量
相較於方案a的v形帶，聯軸器的傳遞效率雖然高，但是減速效果差；採用直動推桿凸輪機構難承受很大的生產阻力，不能很好的完成沖壓模切功能；運用凸輪機構帶動走紙機構間歇運動，由於長時間工作而磨損變形，會造成走紙機構無法準確定位。雖然能實現總體功能要求，但實現的質量較差。
(2)機械運動分析
凸輪的長期間歇運動導致微小誤差積累，從而引起走紙定位的準確性下降，最終引起各執行機構間的配合運動失調。
(3)機械動力分析
直動推桿凸輪機構難以承受很大的生產阻力，不便長期在過載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學要求；該方案中的凸輪機構（包括機構中的兩個凸輪機構）耐磨性差。
(4)機械結構合理性
該機構結構簡單緊湊，但由於凸輪機構的使用，造成整體機構的尺寸很重量都較大。
(5)機械經濟性
由於凸輪機構和錐圓柱齒輪的設計、加工製造較難，用料較大，維修不易，故而生產和維修經濟成本均較高。
方案c：
1、示意圖
2、分析與評定
(1) 機械功能的實現質量
相對於方案b，皮帶傳送很難實現走紙的準確定位；普通夾子不便於紙板的自動化夾緊和鬆開，需要相應輔助手段較多；採用蝸桿減速器，結構緊湊，環境適應好，但傳動效率低，不適宜於連續長期工作。總體上機械功能的實現質量很差。
(2) 機械運動分析
皮帶傳送易磨損、打滑，走紙運動的精度低，又因很難實現準確定位與沖壓模切的協調性差。
(3) 機械動力分析
直動推桿凸輪機構難以承受很大的生產阻力，不便長期在過載條件下工作，不能很好的滿足沖壓模切的力學要求；該方案中的凸輪機構（包括機構中的兩個凸輪機構）和平帶耐磨性差。
(4) 機械機構合理性
該機構結構簡單緊湊，但由於凸輪機構的使用，造成整體機構的尺寸很重量都較大。
(5) 機械機構經濟性
由於普通夾子的使用，降低了生產成本，但由於其易磨損，維修成本大，又由於凸輪機構和蝸桿機構的存在，經濟成本還是很大。
綜上所述，從機械功能的實現質量、機械運動分析、機械動力分析、機械結構合理性、機械經濟性等各方面綜合考慮，方案a各方面效能均優，故選擇其為最優方案。
六、 電動機的選型
1、型別和結構形式：三相非同步籠型交流電動機，封閉式，380v，y型；
2、功率：
=5.897 kw
（---功率、---生產阻力、s---有效模切行程、t』---週期、k---行程速比係數）
（分別為皮帶，軸承和齒輪的效率）
故 kw
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