剪板机曲柄滑块机构方案

    曲柄滑块机构的工作原理如图2-3所示：通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。

图2-3 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[3]。

2.2 设计方案经济技术指标的对比分析

机械传动方案，机械传动是一种利用电动机为主要动力装置，在用机械传动的方法来达到传动的目的。

首先，从机械设计的本身设计来进行评价，机械设计方案比较复杂，由于有很多的传动系，在传动过程中会有很大的误差存在，同时加工的费用也很高。机械剪板机的机架采用Q235进行焊接而成，着是最为经济的一种方法。从经验上来计算Q235钢材的价格是5000元一吨，在算上它的加工费用，在计算加工费用时的经验是，如果焊接比较多那么加工费就是材料费用的1~2倍，若是螺栓连接多就是材料费的2~3倍，如果是要用特种加工方法来加工那就是3~4倍。

由以上的经验公式就可以算出机械式剪板机机架的费用为10000元，机械剪板机的上刀架、下刀架、挡板装置、和驱动系统的费用按经验来计算时机架加工费用的5倍左右，所以机械设计方案的加工成本费用为6万左右。

机械式剪板机的安装比较复杂，有一个很大功率的电动机必须要很大强度的机架来安装，这样的话会导致安装的不稳定，在机器运行中不会很平稳、可靠，在维修的时候也不太方便，在连接的地方要留出安装空间，机械剪板机会占用一个比较大的空间。

机械式剪板机在运动过程中的摩擦会比液压式的大，这就会导致它的使用寿命变短，经济性降低，综合分析就是机械式剪板机的使用寿命低、加工费用高昂、安装空间大、同时噪音也会很大。设计方案不是很适合。

液压传动方案，液压系统是一种可以在市场上直接买到得产品，不需要我们自己设计，这就个我们带来了很大的方便。在设计任务相同的情况液压式剪板机要比机械式剪板机简单很多。

从传动方面来看，液压传动就只需要一个液压缸和液压马达就能完成传动需求，传动的跨度不会很大，而且它的传动系很简单就是一个皮带轮传动就能满足要求，这是液压设计方案的一大优点。

液压设计方案的加工成本计算，外围机架加工费用同机械式相差不大，但是液压设计方案的其他部件要比机械式剪板机便宜得多，按经验公式计算，闸式剪板机的部件大多是由焊接完成，所以加工费用是材料费用的2~3倍，经计算后有闸式剪板机的总费用为4万元左右，相比之下较机械式剪板机得加工成本低2万元。

2.4 本课题拟采用的设计方案    

综合考虑，本次剪板机设计的总体方案为电动机经过一级带轮传动完成挡板装置的往复运动，上刀架由液压缸来带动完成上下往复运动同时完成剪板功能要求，剪板机的剪切力是18吨，行程为50mm，每分钟剪板10次。通过以上的经济技术指标分析后，确定了毕业设计的方案就为闸式液压剪板机的设计，液压设计系统图如图2-3所示。

图2-3系统传动简图

第三章参数计

3.1 本课题主要设计参数

     由第二章中选择了液压传动方案，对于液压闸式剪板机中主要的参数就是机架外形尺寸、上刀架、下刀架、刀片间隙调整装置尺寸、油缸缸径尺寸等。从设计任务书中得到基本要求尺寸有：1、可剪板厚：6mm      2、可剪板宽：2000mm

3、剪切角度：1°       4、行程次数：10次/min

3.2 主要尺寸参数的确定

由审计任务书中所给4项数据要求，对剪板机的外形尺寸进行设计和确定，首先计算出剪板机所需的剪切力。如下：一、剪切力的计算：

假设剪切面上剪切应力分布是均匀分布的。则剪切力的公式为：

                    在使用计算中由于剪切应力分布是均匀的所以有剪切应力公式为：

                    A表示剪切面的面积。Fs为剪切面上的剪切力，τ与剪切面相切，故为切应力。

由设计任务书上有剪切板得厚度为6mm,宽度为2000mm，剪切面积为：

                A=h×L=6×2000=12000mm 

由经验可以取[τ]=15MP

   由公式（1）有：F=τ×A=15MP×12000=1.8×10N

失效、安全因数和强度计算。 

   由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小的时候就会突然断裂。塑性材料制成的构件，在拉断之前先已出现塑性变形，由于不能保持原有的形状和尺寸，它已不能正常工作，可以把断裂和塑性变形统称为失效。

受压短杆的被压溃、压扁同样也是失效。上述这些失效现象都是强度不足造成的，可是构件失效并不都是强度问题。例如，若机床主轴变形过大，即使未出现塑性变形，但是还是不能保证加工精度，这也是失效，是刚度不足造成的。受压细长杆的被压弯，则是稳定性不足引起的失效。此外，不同的加载方式，如冲击、交变应力等，以及不同的环境条件，如高温、腐蚀介质等，都可以导致失效。着主要讨论强度问题。

脆性材料断裂时的应力是强度极限σ,塑性材料到达屈服时的应力是屈服极限σ，这两者都是构件失效时的极限应力。为了保证构件有足够的强度，在载荷作用下构件的实际应力σ（称为工作应力），显然要低于极限应力。强度计算中，以大于1的因数除极限应力，并将所得结果称为许用应力，用[σ]来表示。

 对塑性材料，

                 [σ]= 

对脆性材料，

                 [σ]=  

式中，大于1的因数或称为安全因数。把许用应力[σ]作为构件工作应力的最高限度，即要求工作应力σ不超过许用应力[σ]。于是得构件轴向拉伸或压缩时强度条件为

                          σ =  [σ]

根据以上强度条件，便可以进行强度校核、截面设计和确定许可载荷等强度计算

三、扭转力矩的计算

在研究扭转的应力和变形之前，先讨论作用于轴上的外力偶矩及很截面上的内力。

    作用于轴上的外力偶矩往往是不会直接给出，经常是给出轴的传送功率和轴的转速。

        2π××=P×1000

          =   9549  

在作用于轴上的所有外力偶矩都求出后，即可用截面法研究横截面上的内力。现以下图所示圆轴为例，假想地将圆轴沿n—n截面分为两部分，并取部分I作为研究对象。由于整个轴是平衡的，所以I部分也处于平衡状态，这就要求截面n—n上的内力系必须归结为一个内力偶矩T，且由部分I的平衡方程∑=0，求出

                             T –= 0

                              T =

T称为n—n截面上的扭矩，它是I,II两部分在截面上相互作用力的分布内力系的合力偶矩。

如果取部分II作为研究对象，仍然可以求得T=Me的结果，其方向则与用部分I求得的扭矩相反。为了使无论用部分I或是部分II求得的同一截面上的扭矩非但数值相等，而且符号也相同，把扭矩T的符号规定如下：若按右手螺旋法则把T表示为矢量，当矢量方向与截面的外法线的方向一致是，T为正；反正为负。根据这一法则，在图中的扭矩不论是I部分还是II部分都是正的。

若作用于轴的外力偶多于两个，也与拉伸（压缩）问题中画轴力图一样，可以用图线来表示各截面上的扭矩沿轴线变化的情况，图中以横轴表横截面的位置。纵轴表示相应的截面上的扭矩。这种图就称为扭矩图。

通过以上的，计算和校核之后，可以基本确定出剪板机的外形尺寸，机架长为2000mm,板厚为50mm,机架高为1700mm，液压缸直径暂时设计为100mm.。

3.3主要运动参数的确定

  本机器用于剪切厚度为1～6mm,宽度为2500mm的钢板。

   被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。

 液压闸式剪板机的主要运动装置是液压油缸，这项内容就是液压缸的选择。

液压缸的工作原理

缸筒固定：一腔连续地输入压力油。当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速度连续向另一腔运动，活塞杆对外界做功。反之亦然，活塞杆固定：一腔连续地输入压力油时，则缸筒向另一方向运动。反之亦然，液压缸的组成液压缸组成：活塞、缸体、活塞杆、端盖、密封。

液压缸的分类

按结构形式分：

活塞缸：又分单杆活塞缸，双杆活塞缸
柱塞缸：又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵