醫(yī)用棉簽卷棉機設計機械原理課程設計

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1、 高新學院 機械原理課程設計 題 目：醫(yī)用棉簽卷棉機 專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化機單1002班 姓 名：李軍 學 號：1001140624 指導教師：程安寧 時 間：2012 年 7 月 2 日 任務書 姓名 李軍 學號 1001140624 專業(yè)班級 機單1002 題目：醫(yī)用棉簽卷棉機 完成時間：2012年7月13號 具體內容及進度要求： 醫(yī)用棉簽的日耗量很大，以往均由醫(yī)護人員在值班間歇中

2、用手工卷制，工作量很大，為提高工作效率擬用機器代替手工卷制棉簽。 棉簽卷制過程可以防照手工方式進行動作分解，亦可另行構想動作過程。按照棉簽的手工卷制方法進行分解后得到： （1）送棉：將條狀棉通過機構定時、適量送入； （2）揪棉：將條狀棉壓（卷）緊并揪棉，使之揪下定長的條棉； （3）送簽：將簽桿送至導棉槽上方與定長棉條接觸； （4）卷棉：簽桿自轉并引導棉槽移動完成卷棉動作。 其中：7月 2 日：查閱資料、熟悉題目 7月 3、4 日：方案分析、比較 7 月5、6 日：平面機構尺度綜合、運動分析 7 月

3、9、10 日：平面動態(tài)靜力分析 7 月11、12日：繪制方案圖、整理設計說明書 7 月13 日：答辯 指導教師 程安寧 2012 年 07月02日 醫(yī)用棉簽卷棉機 機械原理課程設計針對某種簡單機器進行機械運動簡圖設計，包括機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合等。通過機械原理課程設計，使學生鞏固所學機械原

4、理的知識和理論，培養(yǎng)開發(fā)創(chuàng)新機械的能力，實現(xiàn)用圖解法進行機構的分析計算的基本要求，達到借助計算機對機構進行解析法分析，完成機械運動方案和機構設計。 全自動醫(yī)用棉簽卷棉機能夠實現(xiàn)送棉、楸棉、送棉和卷棉的一體化功能。醫(yī)院通用的簽桿直徑約3mm，長約為70mm，卷棉部分長約20—25mm，每分種能生產60支。 卷棉機由送棉機構，壓棉機構，楸棉機構，送簽機構，卷棉機構以及電動機組成。 選擇送棉機構時考慮到棉花很軟，要實施持棉以直線、間隙、定長地將適量條狀送入壓（夾）棉、楸棉機構，可用帶刺構件走直線軌跡段把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出，但此時要將棉條壓住。我所設計的兩種方案中采用兩滾

5、輪壓緊棉條，同時，在繼續(xù)運動中實現(xiàn)楸棉，但需與棘輪、槽輪或不完全齒輪機構聯(lián)接，以實現(xiàn)間隙送進的功能。 一、課題設計背景及功能描述 隨著科學技術和工業(yè)生產的飛速發(fā)展，機械產品種類日益增多，自動化程度愈來愈高。這就要求設計者除綜合應用各類典型機構的作用外，還要根據(jù)使用要求和功能分析，設計出結構簡單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、適用性強的機械系統(tǒng)。 機械原理課程設計是機械原理教學中的一個重要環(huán)節(jié)，是機械類各專業(yè)學生在機械原理課程學習后進行的全面、系統(tǒng)、深入的實踐性教學，培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)運動方案設計、創(chuàng)新設計及應用計算機進行機構分析和工程設計的能力。它是針對某種簡單機器進行機械運動簡圖設計，包

6、括機器功能分析、工藝動作過程確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺度綜合等。通過機械原理課程設計，使學生鞏固所學機械原理的知識和理論，培養(yǎng)開發(fā)創(chuàng)新機械的能力，實現(xiàn)用圖解法進行機構的分析計算的基本要求，達到借助計算機對機構進行解析法分析，完成機械運動方案和機構設計。 具體來說，就是根據(jù)給定機械的工作要求，確定機械的工作原理，擬定工藝動作和執(zhí)行構件的運動形式，繪制工作循環(huán)圖；選擇原動機的類型和主要參數(shù)，并進行執(zhí)行機構的選型與組合，設計該機械系統(tǒng)的幾種運動方案，對各種運動方案進行分析、比較和選擇；對選定的運動方案中的各執(zhí)行機構進行運動分析與綜合，確定其運動參數(shù)。 二、總圖

7、 三、擬定方案 1、送料機構 方案a:槽輪機構 圖3—1 1——主動銷輪 2——從動槽輪 3，4——滾輪 5——棉條 方案a所采用的送棉機構是如圖3—1所示的槽輪機構。其主要由槽輪1—2和滾輪3—4的串聯(lián)而成，當主動銷輪1由傳動機構相連而作等速連續(xù)轉動時，當圓柱銷未進入徑向槽時，槽輪因鎖住而靜止；當圓銷進入徑向槽時，槽輪2在圓銷的驅動下順時針轉動。當主動輪連續(xù)轉動時，從動槽輪和滾輪4夾住棉條5向前送進，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 方案b：不完全齒輪機構 1——不完全齒輪 2—

8、—棉條 3——滾輪 方案b所采用送棉機構是如圖3—2所示的不完全齒輪機構。其主要由不完全齒輪和一個滾輪串聯(lián)而成。 當不完全齒輪由傳動機構而作等速順時針連續(xù)轉動時，當?shù)谝幻洱X還未到達棉條時，棉條因無摩擦力而不能向前送進；而當?shù)谝幻洱X接觸到棉條，同時與滾輪嚙合時，產生摩擦夾帶棉條向前送進，直到最后一枚齒脫離滾輪，而停止送棉。當主動不完全齒輪作連續(xù)轉動時，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 其中不完全齒輪的外圈部分是由橡膠模具制成。 分析其原因如下： ① 考慮到棉花很軟，如使用鋼制不完全齒輪，在抓棉時很容易將棉條抓斷；使用外圈為橡膠齒的不完全齒輪，質地相對柔軟，又有彈

9、性。 ② 如果橡膠齒磨損，可以及時更換。 ③ 橡膠齒輪與鋼制齒輪的造價相比較，前者較為經濟。 2、楸棉機構 方案a: 凸輪機構 1——凸輪 2——彈簧 3——沖壓板 4——底座 5——刀具 方案a所采用的楸棉機構如圖3—3所示。其主要由主動凸輪、彈簧、沖壓板、刀具和底座組成。當主動凸輪隨傳動機構作等速順時針連續(xù)轉動時，推動構件3，使之往下運動進而壓住棉條，由于構件3剛好與刀具5相切，從而完成壓棉、楸棉的動作。當主動凸輪轉到回程時，構件3沒有推力，受到彈簧2的彈力回到原處。與此同時送棉機構將棉條送到構件3下，以此來完成下一次的壓楸棉的

10、動作。 安裝刀具5和緩沖機構的好處： ① 比較鋒利的刀具在構件3和下面的緩沖機構保證了棉條順利的切割。 ② 切割下來的棉條完整。 方案b :爪輪機構 1、4——爪輪 2——棉條 3——橡膠塊 方案b所采用的楸棉機構如圖3—4所示。其主要由兩個爪輪串聯(lián)而成。當主動爪輪1由傳動機構作順時針等速轉動時，嵌入爪輪1的橡膠塊轉到另一個爪輪的橡膠塊相遇時，夾送到的條棉2價在其中，靠彈性壓緊，繼續(xù)轉動時，將條棉楸斷。在實現(xiàn)壓棉和楸棉時，還需要在方案b中的送棉機構（圖3—1所示）的配合，因為沒有它的壓緊力，本機構就不能完成該功能。 3、卷棉機構 方案a: 1——漏斗狀簽箱

11、 2、4——輸送機構 3——簽桿 5、8——條棉 6——導棉槽 7——靜止摩擦片 方案a所采用的卷棉機構如圖3—5所示。起主要由主動輸送機構、漏斗狀簽箱和導棉槽組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內，漏斗口限制簽桿3只能一根一根地通過，由漏斗口下的輸送構件2和4同步將簽桿送入到導棉槽，進至與在導棉槽7內的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿3自轉，此時簽桿的外露在輸送機構4外的頭部（約長25mm）與導棉槽8中的條棉相遇，使條棉卷在簽桿上。 方案b 1——漏斗狀簽箱 2——簽桿 3——條棉 4——輸送機構 5——齒行帶 6——拖板 7—

12、—靜止摩擦片 8——彈簧 9——壓板 10——卷輪 方案b 所采用的卷棉機構如圖3—6所示。起主要由卷輪、漏斗狀簽箱、送棉機構、拖板和靜止摩擦片壓板組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內，漏斗口限制簽桿2只能一根一根地通過，由漏斗口下的卷輪5帶離簽箱1，，進至與在壓板9的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿2一面前進，一面自轉，此時簽桿的外露在輸送機構4外的頭部（約長25mm）與導棉槽8中的條棉相遇，且有一定的壓緊力，使條棉卷在簽。 4、擬定運動循環(huán)圖 分配軸轉角 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

13、送棉機構 定量送棉 間隙運動 壓棉楸棉機構 爪輪間隙運動 爪輪轉動摩擦楸斷棉 爪輪間隙運動 送簽機構 帶輪轉動送簽 壓板提供壓緊力 卷棉機構 開始卷棉 四、執(zhí)行方案 根據(jù)上述，我已經分析了a,b兩個方案的各構件的功能特點。現(xiàn)在對它們進行最佳組合。如圖 方案a 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿 5——凸輪機構 6——正壓機構 7——底座 8——不完全齒輪 9——滾輪 方案b 1——主動銷輪2——槽輪3——滾輪4，11——爪輪5——橡膠塊6——齒形帶 7——壓板8——支板9——漏斗狀簽箱10——簽

14、桿12——卷輪 五、方案的評價 評價方案表：方案評價(1) 序號 評價項目 評價等級 評價尺度（評價分數(shù)） 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 8 5 3 0 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 落后 10 8 4 0 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 10 8 4 0 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 8 4 0 5 系統(tǒng)的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 10 5 0 6

15、 系統(tǒng)方案的可靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 4 0 7 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 一般 不新穎 10 8 4 0 8 系統(tǒng)方案的實用性 實用 一般 不實用 10 5 0 9 系統(tǒng)方案的經濟成本 低 較低 高 較高 10 8 4 0 10 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 10 5 0 項目 方案 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 累計得分 a 5 4 8 10 5 10 8 4 4 10

16、58 b 8 8 8 8 10 10 8 4 8 10 72 方案評價（2） “＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好”。 方案評價標準 方案a 方案b 成本低 ++ + 便于加工 + 結構簡單 + 便于方便 + 操作方便 ++ 總計 7“+”， 1個“—” 5個“+” 顯而易見，綜上所評方案a為最佳方案。 六、系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理（尺寸） 6.1方案a的數(shù)據(jù)處理 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿

17、 5——凸輪機構 6——正壓機構 7——底座 8——不完全齒輪 9——滾輪 設計數(shù)據(jù)如下：卷棉機的生產率：60支/分鐘 卷棉機構和送簽機構5的轉速：v5=0.1m/s 卷輪的轉速n=2 (rad/s) 楸棉機構：不完全齒輪的轉速3： n3=2π (rad/s) 送棉機構：輸送機構2的轉速：n1=8π(rad/s) 機構4的轉速 n2=2π(rad/s) 零件尺寸設計：r1=60/πmm r2=50/πmm r3=50/πmm r5=100/πmm 履帶長600mm 壓板15cm 履帶缺口深度3mm 6.2傳動機構

18、的尺寸設計及數(shù)據(jù)處理 1，2——帶輪 3，4，5，6——傳動齒輪 圖6—2所示是圖2—1的俯視圖。 計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比 在前面的方案設計中已確定此次設計的減速器為齒輪傳動，并且采用展開式傳動。 分配原則： 1、 使各級的傳動的承載能力大致相同（齒面的接觸強度大致相等）。 2、 使減速器能獲得最小的外形尺寸和重量。 3、 使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑方便。 選用減速器為三級傳動，先經過三級減速后，再經過分流得到軋輥所需要的轉速和方向，經過綜合考慮選得：i1=28.25 i2=4 i3=π 軸名 參數(shù)

19、 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 轉速(rad/s) 輸入功率KW 710 8π 2π 2 2 2.2 2.046 1.98 1.925 1.905 傳動比 效率 28.25 4 π 1 0.93 0.97 0.97

20、 0.99 傳動齒輪設計： 齒輪 參數(shù) 3 4 5 6 齒數(shù) 8 32 16 32 模數(shù) mm 5 5 5 5 6.3凸輪5的設計 1)確定凸輪機構的基本尺寸 等加速等減速運動規(guī)律的運動規(guī)律表達式為： 等加速段： () 等減速段： () 由以上兩個表達式求得： ()

21、 () (a+OP) =OP， (1) 則 OP/(OP+a)= 。 (2) 將(1)式分子分母同乘整理得： OP(1-)=a (3) 由式(3)求出OP代入式(1)右邊得： a+OP=A/(1-) (4) 在三角形AP中由正統(tǒng)定理有： (5) 將式(4)代入式(5)中得： (6) 用代入式(6)中得：

22、 (7) 過點O作O//P，則∽，再由式(2)得 ，等式(7)正是的正弦定理。將等式(6)中的展開得： tan= (8) 由等式(8)求得 (9) 將代入式(9)得: (10) 如果在圖中所示位置的接觸點處的壓力角正好滿足，比較式(10)和式(7)可知，直線便是在此位置時滿足式(10)以等到式成立的邊界。 (11) 將代入式(11)得： (12) 選取凸輪機構為滾子從動件凸輪機構。滾子半徑=(0.1—0.5) ，

23、取=5.4mm。 2)凸輪廓線的繪制 ①選定角度比例尺，擺桿的角位移曲線，如圖所示，將其中的推程和回程角位移曲線橫坐標分成若干等分。 ②選定長度比例尺，作以O為圓心以OB=為半徑的基圓；以O為圓心，以OA=a為半徑作反轉后機架上擺桿轉動中心的圓。 ③自A點開始沿-方向把機架圓分成與圖中橫坐標相應的區(qū)間和等分，得點，再以為圓心，以AB=L為半徑作弧與基圓交于點，得線段。 ④自線段開始，分別作，使它們分別等于圖中對應的角位移，得線段。 ⑤將點連成光滑曲線，它就是所求理論輪廓線。 ⑥實際輪廓線可用前述滾子圓包絡線的方法作出，如圖所示。 6.4成品的尺寸設計 包裝尺寸：長寬高

24、 16508101300 重量： 150kg 七、速度、加速度分析 速度分析圖 加速度分析圖 機構實際運動曲線與理論曲線有一點誤差，因為機構實際運動時有振動，摩擦等外界影響。而理論曲線是通過公式計算求得，是理論狀態(tài)下的曲線。 八、結束語 緊張的課程設計順利結束了。在這設計過程中，我從原來對本專業(yè)并不十分了解的狀況下,開始系統(tǒng)的運用了所學的機械基礎知識，加深了對專業(yè)知識的理解和掌握.并且,培養(yǎng)了我查閱機械類書籍的能力,為我以后的學習打下了扎實的基礎。 機械學作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內容豐富，涉及面廣。在新的歷史條件下，機械學與電子電氣、液壓等多種

25、學科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。相信我們工科學生在進行了認識實習、金工實習、生產實習、課程設計、畢業(yè)實習，特別是以后畢業(yè)設計對整個大學階段的知識的掌握會更加牢固。同時在以后的學習中會不斷拓寬自己的知識面，結合生產實際，一定能更好的掌握機械知識。 最后，非常感謝老師的關心指導和其他同學的幫助。 九、參考文獻 [1]牛鳴岐,王保民,王振甫.機械原理課程設計手冊.重慶:重慶大學出版社,2001 [2]機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編. 機械工程手冊第59篇、沖壓機械化與自動化. 北京：機械工業(yè)出版社.1982 [3]王知行,劉延榮.機械原理.北京:高等教育出版社,2000 [4 ]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組編.理論力學（第五版）. 北京：高等教育出版社. 1993 [5]陳秀寧.機械設計課程設計.浙江：浙江大學出版社.1995 《機械原理課程設計》指導教師評審意見 評審意見： 評審成績： 評閱教師： 年 月 日 18