書本自動打包機的設計含19張CAD圖

書本自動打包機的設計含19張CAD圖,書本,自動,打包機,設計,19,CAD 書本打包機的設計 目 錄 摘　　要 1 Abstract 2 第一章 緒論 3 1. 選題背景 3 2. 國內外發(fā)展過程 3 1.國外 3 2.國內 4 第二章 自動打包機的具體設計 6 1. 設計任務 6 1.1 畢業(yè)設計名稱 6 1.2 設計需要 6 2. 畢業(yè)設計題目分析 6 2.1 總功能 6 2.2 功能分解 7 2.3 暫定達到功能的措施.........................................7 2.4 選定的工作參數.............................................7 3. 推書機構的選擇 9 3.1 方案擬定 9 3.2 方案選擇比較 10 3.3 槽形凸輪的具體設計于計算 12 3.4 齒條齒輪的具體設計 15 3.5 齒條齒輪的重合度校核......................................16 3.6 齒輪的強度校核............................................16 4. 其他零部件的設計與計算 17 4.1 軸........................................................17 4.2 鍵........................................................19 4.3 連桿......................................................19 5. 送紙機構的設計與計算 ..........................................18 5.1 原理分析..................................................20 5.2 摩擦力檢驗............... ................................21 5.3 紙張檢測裝置..............................................21 6. 折角機構的設計與計算...........................................22 6.1 簡單包裹..................................................22 6.2 折上頁....................................................22 6.3 折下頁....................................................23 6.4 折角與折邊................................................23 第三章 結論 25 參考文獻 26 致謝 27 書本打包機設計 摘要：為了應對在日常辦公中以及社會生產中，成批成量的紙張以及書本，本文根據所學知識和在日常的觀察后，設計出更高效且更靈活的書本打包機。先對國內外關于打包機的形勢做出分析后，結合各個參數要求設計出具體的機構，并做出其圖紙。 關鍵詞：書本打包機、各機構、圖紙。 Design of book packing machine Abstract: In order to deal with a large number of papers and books in daily office and social production, this paper designs a more efficient and flexible Book packing machine according to the knowledge learned and after daily observation. After analyzing the situation of the packer at home and abroad, the specific mechanism is designed according to the requirements of each parameter, and the drawings are made. Key words: Book packer, mechanism, drawing. 第一章 緒論 在飛速發(fā)展的今天，工作效率成為了我們在工作時常見的字眼。追求效率的過程中就不能少了一些有助于我們提升質量的工具。書本打包機是在生產中比較常見的一種機器，而且發(fā)展到現在并不是只有書本紙張類的企業(yè)需要用到此類機器。就如上面所說，我國乃至世界目前進入了飛速發(fā)展的時期，所以對書本打包類機器的要求也得更進一步。為了應對這種趨勢，先階段的書本打包機也更具智能化，更能方便人們使用，性能更是朝著優(yōu)越節(jié)能的方向持續(xù)發(fā)展。 1.選題背景： 幾年以前，一本的較好的書籍，價格一般較為昂貴。在了解了市場的運作后我發(fā)現，很多企業(yè)為了節(jié)省成本，往往會采用人工包裝的方式來批量出售書籍。這種方式雖然省錢，但大大降低了生產效率。站在工人的角度上來看也是對體力的一種考驗，而且有時會發(fā)生包裝質量層次不齊的情況。造成這種問題的原因歸根結底還是打包類設備的高額輸出，導致生產中的成本大大提升。雖然說對于工人或者是需求商來說這樣減輕了壓力，但是對企業(yè)來說，這無疑又是一筆巨大的開銷。所以，我們需要找到一個價格更為低廉且質量過關的打包機，以最大限度的減少投資而帶來更大的回報。為了適應市場的需要，設計的打包機需要滿足以下幾點：1、可以自主的調節(jié)速度，以應對各種工作上的需求。2、對于推書機構來說，最主要的急回性必須具備。3、凸輪以及齒輪的設計必須精準，各個零件之間的拜訪必須合理，便于安裝以及維修。解決以上三點問題，力求設計出一個更加完善的打包機，或對現在的打包類機器有幫助。打包機的發(fā)展對現代自動化的時代有著重要意義。對它的探索研究有助于它對快節(jié)奏生活的適應，與現代化的發(fā)展與時俱進。 2.國內外的發(fā)展過程： 1、 國外：由于在20世紀60年代前期聚丙烯材料得到了飛速的發(fā)展與應用，很多外國企業(yè)為了節(jié)省成本，提高效率，開始自主的研發(fā)打包類機器。在當時技術條件有限的環(huán)境中，美國和德國兩大國家開始他們的探索，但是這些被善于學習的日本后來居上，直至20世紀七十年代的時候，起步相對于美國和德國較晚的日本成功研制出了全自動式的打包機，這無疑是打包行業(yè)的一個里程碑。到了2001年，日本的各個會社的總產量已經達到了90多萬臺，產值約為300多億日元，約合人民幣2億元。日本憑借著這一優(yōu)勢更加迅速的發(fā)展，在當時幾乎承包了亞洲地區(qū)的全部出口。而在這些會社之中，下島株式會社更是贏家中的贏家，因為自身的條件本來就不錯，再加上日本人容易吸收他國的經驗，日本生產的打包機結構越來越簡單且功能性越來越強，質量越來越可靠，在國際舞臺上立于一個頂間位置。靠著這股勢頭，下島株式會社在全世界三十多個國家建立了代理點，所售產品多達200多個。在同一時間并不是日本一家獨大，美國這個上世紀的世界霸主，也在各個領域有了飛一般的發(fā)展。其中位于美國的公司就在打包機器上有了屬于自己的成就。自從1913年開始就致力于研究打包技術，并且世界上多達一百個國家都由提供服務，他們相比于日本有著24小時快速配件制作運送的優(yōu)勢。眾所周知，二戰(zhàn)后的美國得到了更強大資源優(yōu)勢，借用優(yōu)勢，美國有著優(yōu)于其他國家的強大生產力，其后應團隊也是精英中的精英，在一次次的方案選擇和實驗比較后，美國所生產的機械對于同種類的更可靠，更耐用。雖然價格昂貴，但其性能依舊是各個企業(yè)所喜愛的。 在德國，這個以嚴謹著稱的國家所制作出來的產品更是讓全球的公司搶手。其生產的百分之七十的產品都用于供國外出口，而且質量真的沒話說，以至于后來許多別的產品都會冠上“百分比德國制造的”的頭銜來提高自己的銷量，到了2002年由德國生產的包裝機器其收入已經突破了34億多歐元，約合人民幣280億元?，F在，由于高新技術產業(yè)和人工智能技術的運用，打包類機器也在朝著更加智能化、簡單化方面持續(xù)發(fā)展，衍生出許多功能多樣化的打包機械。就如日本結合了智能的技術制造出了電腦包裝噴印機等。而且，現在的打包機并不是單一的功能，而是許多功能柔和為一體，像有部分機器融合了捆扎、收縮等功能，使得包裝的過程更加集中、快捷，節(jié)省了大部分人力。在包裝方面的新思路也是現階段國外所探索的目標，經過這么多年的發(fā)展，已經實現了各個功能集結為一體化，進一步的探索在能源的使用方面?？偠灾?，打包機正像計算機一樣，朝著更加多元化，方便化的方向持續(xù)發(fā)展，這也正是包裝機制造技術在未來不斷前行的一個趨勢。 2、 國內：就如歷史所說，我國因為清政府的閉關鎖國，導致我國的發(fā)展落后于西方諸國。在新中國成立后，我們認識到了落后就要挨打的道理，開始了一系列的自我探索。在過程中可謂是五味雜陳，但是天不負有心人，我們依靠著自己雄厚的實力和歷史悠久的文化與精神，完成了一項又一項的目標，打包機就是其中一個小小的目標。中國的打包機自從改革開放后逐漸成型，也就是20世紀八十年代左右。相比于優(yōu)先發(fā)展的日美等國而言，我國打包機最多詬病的還是質量差，可靠性差，并且產品的更新速度相對于其他國家來說太慢，對新材料、新技術的運用不完善，從整體來說“差”就是過去國產打包機的代言字。由于起步較晚，在前期制造的時候只能靠引進，加以研究再結合稍微一點創(chuàng)新，制作出我們自己的產品。但說實話這種做法首先受制于外國的打壓，其次我國在當時的零件生產質量也不太好。這也是造成國內打包機在以前發(fā)展緩慢的原因之一。在不斷的探索的過程中，我們終于發(fā)現了根本問題的所在。從那時開始，我國開始注重了問題的根本——人才的培養(yǎng)。 我國在進幾年的努力后，逐漸變成了世界上的生產大國，每年的生產量在世界上是數一數二的，所以對包裝工藝的需用也是非常龐大的。俗話說的好“肥水不流外人田”，面對這龐大的生產量，我們更不可能把打包用的工具轉交給別人，但這種工作量又是對包裝技術大的一個重大考驗。但是經過黨的不懈努力和人才的培養(yǎng)，“中國制造”正在向全世界展現他的魅力，就如現在肆虐全球的肺炎疫情來說，我國作為一個大國，其生產力和大國風范已經得到了世界上大部分國家的認同。從1976年以來，中國在探索的路上不斷自我創(chuàng)新，不但客服了零件精度等問題，更讓“依賴”變?yōu)榱恕疤峁保@也使得打包類機器的制作，設計等方面得到了質的提升。如今的中國在打包機領域后來居上，青出于藍而勝于藍，跟隨國際趨勢，形成了自己完善的體系。這對國內大小企業(yè)來說無疑是一個福音，不僅節(jié)省了人工的成本更是使制造成本進一步降低，滿足我國日益變快的生活節(jié)奏的需求?，F在中國已經加入了“WTO”，會有更多的國外技術和理念進入到我們的視野，這無疑會對我們自主創(chuàng)新的產品造成一次巨大的沖擊。如何度過這個難關，還需具備不斷探索的精神，無論是設計、制作、還是銷售上都做到精益求精。這樣，會讓骨子里本來就有奮斗精神的中國產品在世紀立于不敗之地。確實，現在中國的產品和外國還有不小的差距，但這未免不是一個機遇，“生于憂患，死于安樂”只有迎著壓力不斷上前，我國打包機行業(yè)的發(fā)展才能朝著更遼闊的未來不斷發(fā)展。 第二章 自動打包機的具體設計 1. 設計任務 1.1畢業(yè)設計名稱 畢業(yè)設計名稱：書本打包機 在書本生產或者紙張打印制造等方面，當大量的成品制作出來后，將其按照規(guī)定的數量為一組，用包裝紙包裝，目的是在運輸或者銷售上更方便一些。該產品在社會生活制造中比較常見，只要是需要將物品分批包裝的功能時，都可用其調整后用于正常的生產。 1.2設計需要 1） 該設備經查資料得知，市面上大多數的產品的構造一般由推書機構、送紙機構、折疊機構三大機構所組成。 2） 根據需要，繪畫出該機器運動時的運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。在制作運動循環(huán)圖的過程中，各個構件動作始停位置可以視設計中的現狀重疊安排，但是必須達到構件動作時工藝上的相互配合，原則上要求時間和空間兩方面不可有干涉的情況發(fā)生。 3） 通過計算，設計出需要的凸輪機構和齒輪機構。并檢驗凸輪、齒輪的曲率半徑和壓力角，并畫出兩者輪廓。 4） 分析所需要的連桿機構，作出運動線路圖。 5）使用相關軟件制作出凸輪的數控加工程序。 2. 畢業(yè)設計題目分析 2.1總功能 用包裝紙將一定數量的物件包成一包。 2.2功能分解 包裝順序圖 2.3暫定達到功能的措施 根據功能的分解得出以下解決其功能的方式 1） 推書機構：間歇運動，其中又有橫向和縱向的運輸機構。如若完成，暫定用兩個槽輪帶動著連桿讓其運動來實現。 可以用摩擦較大但不損壞產品的東西，利用摩擦力傳動來實現。 2） 送紙機構：可以用摩擦較大但不損壞產品的東西，利用摩擦力傳動來實現。和推書機構一樣，為間歇進給運動。解決方式暫定為用一齒輪和一凸輪兩者軸連接，用齒輪帶動著凸輪做間歇運動，同時在給凸輪配一連桿機構，連桿上安裝裁剪刀，這樣實現間歇性的牛皮紙的裁剪。 3） 折邊機構：暫定為靠凸輪和連桿讓折邊的兩個板同時運動 4） 折角機構：因為后角和前角折向不一樣，后角可以用凸輪機構實現，前角視情況而定。 2.4選定的工作參數 打包機各部分的相對位置及有關尺寸和范圍 上圖所示為由總體設計規(guī)定的各部分的相對位置和有關尺寸。其中O為機器主軸的位置，A為機器中機構的最大允許長度，B為最大允許高度，為工作臺面距主軸的高度，（x，y）為主軸的位置坐標，（）為紙卷的位置坐標。 1）尺寸：A=2000mm，B=1600mm。 工作臺面位置=400mm 主軸位置x =1000～1100mm，y =300～400mm； 紙卷位置=300mm，=300mm。 2） 數據：書摞尺寸： 寬度a=130~140mm； 長度b=180~220mm； 高度c=180~220mm。 推書起始位置=200mm。 推書行程H=400mm。 推書次數（主軸轉速）n=(10±0.1)r/min。 主軸轉速不均勻系數δ≤1/4。 紙卷直徑d=400mm。 3） 關于推書的要求： 推書運動循環(huán)：整個機器的運動以主軸回轉一周為一個循環(huán)周期。因此可以用主軸的轉角表示推書機構從動件（推頭或滑塊）的運動時間。 推書動作占時1/3周期，相當于主軸轉120°； 快速退回動作占時小于1/3周期，相當于主軸轉角100°； 停止不動占時大于1/3周期，相當于主軸轉角140°。 每個運動時期縱向推書機構從動件的工藝動作與主軸轉角的關系見下表： 主軸轉角 推書機構執(zhí)行滑塊的工作 主軸轉角 推書機構執(zhí)行滑塊的動作 0°~ 80° 80°~ 120° 推單摞書前進 推七摞書前進，同時折后角 120°~ 220° 220°~ 360° 滑塊退回 滑塊停止不動 推書機構的運動循環(huán)圖 推書前進和退回時，要求采用等加速、等減速運動規(guī)律。 3.推書機構的選擇 3.1方案擬定： 由上兩圖可知推書機構在執(zhí)行工作時，必須時等速直線運動且具備急回的特性。所以我暫擬定圖3.1的運動方案。首先先對縱向推書機構進行討論，就如文中2.3中推書機構的描述所示，這個機構首先腰實現間歇運動，其次還要保證書堆（紙堆）不倒，還要完成上述等速運動，快速復位。所以，我暫定用齒輪與齒條配合再利用凸輪連桿機構的傳動。 其具體運動過程：主軸帶動著凸輪一起做等角速度的運動，這時連桿由于凸輪的特性，可以間歇性的做來回擺動，再連桿的末尾連接齒條齒輪機構，就可實現間歇性的來回運動。 圖3.1所示參數，、、 圖3.1推書機構運動簡圖 3.2方案選擇比較 由上述可知我們只需要能找到直線往復運動的最合理機構即可，在此做出三種暫定方案： 1） 間歇運動機構： 間歇運動機構中又有槽輪機構、不完全齒輪以及凸輪機構供我們選擇。 2） 傳動運動機構： 傳動運動機構中有圓柱齒輪、圓錐齒輪以及蝸輪蝸桿可選擇。 3） 直線運動機構： 直線運動機構中有曲柄滑塊、凸輪機構選擇。 由下表比較： 間歇運動 傳動運動 直線運動 槽輪機構 不完全齒輪 凸輪機構 圓柱齒輪 圓錘齒輪 渦輪蝸桿 曲柄滑塊 凸輪機構 底成本、容易制造 精準度高 精準度高、幾乎沒有沖擊 易達到同向變速的要求 能完成不同向的傳動與變速 可以達到垂直方向的傳動需求 低成本、容易制造 精準度高、幾乎沒有沖擊 欠缺精準度 沖擊較大、制作復制且高成本 高成本且工作時易損壞 只能同向的傳動，局限性較大 制作困難 高成本，不能靈活的改變角度 太占空間，并且對桿的長度有一定要求 高成本且工作時易損壞 通過對上表中的優(yōu)缺點進行比較，我選擇間歇運動機構的槽輪機構。 3.3槽形凸輪的具體設計與計算 如下圖所示建立坐標系： 以三角形為準得到矢量方程： 復數形式為： 歐拉展開后可得： 作削處理后可得：。由此可見，現在凸輪在理論上的輪廓方程式為： 注：是凸輪的向徑 是搖桿的擺角也為中間變量 還是由上圖所示，的求解方式具體如下： 復數形式為： 注：是由機構的具體安裝尺寸所確定 歐拉展開后可得： 作削處理后可得： 注：，， 是對應的桿的長度，是實際的安裝尺寸來確定，聯立以上方程就可得到凸輪輪廓的曲線方程，再設極位夾角為，以及推書齒輪的工作行程是/，凸輪的等分數為,則有以下表達式： 做出凸輪輪廓線圖3.2： 1——理想的凸輪輪廓線 2——實際的凸輪輪廓線 圖3.2 3.4齒條齒輪的具體設計 隨著現代傳動設備的越來越成熟，齒輪傳動成為我們日常中隨處可見的傳動設備，大到汽車，小到手表，到處都是它的身影。而齒條和齒輪的配合可以實現旋轉運動到直線運動的轉變，并且相對于其他的傳動設備，他的功率更大，效果更好，可選速度多，以及壽命長工作可靠性高等有點。選它的最主要原因還是它能保證工作時有恒定的傳動比，因為由文中3.2中經比較后得，此次設計中齒輪選定得是圓柱直齒輪，具體參數如下： 符號 齒數 齒條 模數 齒數 壓力角 齒頂高系數 頂隙系數 具體計算如下： 3.5齒條齒輪的重合度校核 雖然齒輪齒條在工作時有較高的傳動效率，但在設計的時候需要對其重合度有明確的校核，以選擇出較為合理的且平穩(wěn)性較好的數值，來到達機構所需要的工作要求。 在相關資料的描述中，重合度在時證明該結構較為合理。再由上述計算得到幾何尺寸 最后的結果為，在給出的范圍內。所以，該齒輪齒條機構設計合理，滿足工作所需要的要求。 3.6齒輪的強度校核 齒輪齒條傳動相對于齒輪傳動來說考慮的問題相對于少，但是我們仍需要對其的齒輪進行強度校核，必須滿足工作所需要的齒輪彎曲強度。 由本文3.4所述，我選取的齒輪材料為： 圓柱直齒輪：調質處理， 硬度為。 經查資料得到許用彎曲應力公式： 經查表得： 設,單向傳動數值設 ，即 經查資料得到彎曲應力公式為： 即該齒輪滿足所需得彎曲應力的要求。 4.其他零部件的設計與計算 4.1軸 在本次設計中，各種軸的連接我只選用平鍵連接。由題目設定參數可知： 電機的工作轉速： 齒輪： 齒輪功率： 凸輪軸： 凸輪軸功率： 經查得書本，軸的扭轉強度需滿足： 代入后可到軸的直徑： 根據題目選取軸的材料為45號鋼（調質處理）。再查表得到。 取整后得到齒輪軸的最小直徑為，長度約為，最大直徑，長度約為 對上述軸進行強度校核： 畫出扭矩圖，進行觀察，如下： 即截面是危險截面： 經查表可知45號鋼（調質處理）的許用應力為 4.2鍵 無特殊情況，我選用A型平鍵（GB/T1096-1979) 查表得 其轉矩為： 經校核，該軸強度達標。 4.3連桿 如上圖所示，為連桿的兩極限位置，為通常位置。 設 則 5.送紙機構的設計與計算 5.1原理分析： 送書示意簡圖 送書機構的主要功能就是從紙盒中取出包裝紙，紙張由1輪間歇性帶出，如果取出的是一張紙，則如前圖所示，3輪與2輪轉向相反；若取出多張紙，則3輪與2輪轉向相同，把多余的紙張運回紙箱。具體受力分析如下： 一張紙時紙張動力方程： 其表面接觸方程： 由剛剛分析可知，方向相反，且。 現使，則，，由表面接觸方程可得 2輪和3輪的轉動慣量相同，達到了需要的效果。 當所送紙為兩張時有公式: 和 經計算其達到平穩(wěn)傳動的效果。 5.2摩擦力檢驗 根據示意圖大致做出1輪的摩擦傳動圖： 計算其摩擦力： ， 5.3紙張檢測裝置： 為了檢測紙張是否是單張出入，在送紙機構中加入電容檢測裝置。 電容檢測示意圖 和為常值時，紙張厚度與一起表現出電容數值。當為常值時由上式可以計算出紙張的厚度，以此來控制3輪的轉向。 6. 折角機構的設計與計算 6.1.簡單包裹， 紙張從送書機構中取出后經過導紙板向下輸送，到達下方后檢測到紙張后夾緊。書本由推書機構往前推進，通過該裝置后，書本已經三面簡單包裹完畢。 6.2.折上頁 折上頁我決定用凸輪來實現，當簡單包裹完三頁后，由上面靠凸輪帶動的折板，使準備折第四頁的紙張向下翻折。 凸輪用平底凸輪，這樣可以讓壓力角減小至，增加其工作的效率，也可以使我們最不愿意看到的自鎖現象不會發(fā)生。 凸輪再依靠舵機驅動，這樣控制的折板速度均勻適中，下圖為示意簡圖： 凸輪范圍：，并且其左右對稱。 基圓半徑： 轉動點與最高點距離： 得圖中 這樣即可實現第四個面得折疊。 6.3.折下頁 下頁和后角得折疊方式如圖所示，下頁用的與上頁大致相同，靠舵機驅動凸輪帶動折板翻折，當舵機逆時針轉完后，即折下頁完成后，會把上頁擋住一些。后舵機繼續(xù)轉動，最終使上下兩頁都到達翻折要求。 6.4.折角與折邊 由推板帶動產品繼續(xù)往前，經過上述折頁后，經過此步驟時可以靠機構的阻礙，使產品的前角折疊完畢。因為此步驟多靠擋板完成，在繼續(xù)前進的過程中，擋板又有一導向的功能。 固定擋板上有槽的原因，上下兩邊的紙會隨槽口的方向折疊，當推板推至末尾后，整個包裝完畢。 第三章 結論 本文主要研究全自動打包機的推書機構，并額外討論其他機構的方案選擇，其重要性不言而喻，能極大的提高我國在包裝行業(yè)上效率，省去一些人力，減少工作的強度。 雖然我的這次設計對于市場來說是九牛一毛，而且很多知識的儲備量不是很高，但在尋找資料的過程中使我成長很多。以下是對這次設計的總結： 1） 對打包機的背景，以及國內外的發(fā)展趨勢做一個概況。 2） 對這次設計主要的幾個機構進行設計分析。 3） 對推書機構中的凸輪以及齒輪進行計算并校核。 4） 對其機構中其他的零部件進行簡單分析選擇與計算。 5） 選擇討論并設計除推書機構外其他幾個機構。 參考文獻 [1] 隋明陽 .《機械設計基礎》.機械工業(yè)出版社， 2005. 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