書本打包機機構設計.doc

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機械原理課程設計 設 計 題 目：書本打包機機構設計 學院：機電工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化專業(yè) 姓 名: 學 號： 指 導 老 師： 目錄 一：設計題目—書本打包機設計及說 二：工作流程及工藝動作過 三．原始數據與設計要求 四 機構設計方案初選 （一） 橫向送書機構 （二） 縱向送書機構 （三） 送紙機構 （四） 裁紙機構 （五）折邊、折角機構 （六）涂膠、貼封簽、烘干機構 五、電動機的選擇 六．整體方案圖 七．課程總結 一：設計題目—書本打包機設計及說 設計書本打包機中的推書機構，送紙機構及裁紙機構 1書本打包機是用牛皮紙將一摞書（5本一摞）包成一包，并在兩端涂漿糊和貼好標簽，如下圖所示： 二：工作流程及工藝動作過 書摞包、封過程工藝順序及各工位布置分別如圖二、三所示，分述如下： （1）橫向送書(送一摞書)。 （2）縱向推書前進(推一摞書)到工位a，使它與工位b～g上的六摞書貼緊在一起。 （3）送包裝紙。包裝紙原為整卷筒紙，由上向下送夠長度后進行裁切。 （4）繼續(xù)推書前進到工位b，在工位b處書摞上下方設置有擋板，以擋住書摞上下方的包裝紙，所以書摞被推到工位b時實現三面包，這一工序共推動a～g的七摞書。 （5）推書機構回程，折紙機構動作，先折側邊將紙包成筒狀，再折兩端上、下邊。 （6）繼續(xù)折前角。將包裝紙折成如圖三實線所示位置的形狀。 （7）再次推書前進折后角。推書機構又進到下一循環(huán)的工序（4），此時將工位b上的書推到工位c。在此過程中，利用工位c兩端設置的擋板實現折后角。 （8）在實現上一步工序的同時，工位c的書被推至工位d。 （9）在工位d處向兩端涂漿糊。 （10）在工位e貼封簽。 （11）在工位f、g，用電熱器把漿糊烘干。 （12）在工位h，人工將包封好的書摞取下 三．原始數據與設計要求： 打包機各部分的相對位置及有關尺寸和范圍 1.機構的尺寸范圍 A= 2000 mm，B= 1600 mm。 工作臺面位置： = 400 mm 主軸位置：x = 1000～1100 mm，y = 300～400 mm； 紙卷位置： = 300 mm， = 300 mm。 為了保證工作安全、臺面整潔，推書機構最好放在工作臺面以下。 2.工藝要求的數據 書摞尺寸：寬度a= 130~140 mm； 長度b= 180~220 mm； 高度c= 180~220 mm。 推書起始位置： = 200 mm。 推書行程：H= 400 mm。 推書次數（主軸轉速）：n=10 r/min 四 機構設計方案初選 機構設計主要包括橫向送書機構、縱向送書機構、送紙機構、裁紙機構、折角、折邊機構、涂漿糊貼標簽烘干機構的設計，以實現書本打包的功能。 （一） 橫向送書機構 1.機構的運動要求： 由橫向推書機構與主軸轉角的關系得：橫向推書機構在120~340期間進行推書運動：120~340推頭推書，340~360推頭退回，0~120推頭不動。 2.運動方案的比較與選擇： 初步設計方案如下面三圖所示： 方案一 方案二 方案三 對于橫向送書機構來說，有三種機構方案可以選擇。其優(yōu)缺點對比如下圖所示。 方案一 方案二 方案三 優(yōu)點 運動機構比較簡單能夠比較精確的控制推書的速度，便于在適當的時間內把書推到相應位置 運動機構比較簡單，只有連桿和滑塊組成，容易加工制造，并且制造成本比較低。 能夠精確的控制推書的速度，便于在適當的時間內把書推到相應位置，不妨礙其他機構的執(zhí)行。 缺點 由齒輪和焊接在齒輪上的連桿組成，容易磨損，加工成本高。 運動機構的運動速度比較難控制，不能精確地在規(guī)定時間內把書推到規(guī)定的地點。 運動復雜，制造成本高 綜合上述對三個方案的全方位比較，選擇方案一機構比較符合我們對于打包過程的準確性和經濟的適用性。 3.所選方案的工作原理： 通過主動件齒輪的轉動帶動焊接在齒輪上的連桿運動，從而推動滑塊向前運動，達到推書目的，又因為齒輪和連桿相當于曲柄滑塊運動，所以推書到一定距離后，滑塊退回來，準備進行第二次推書，以此循環(huán)運動下去。 4．所選方案的數據設計 因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：r＜L, 又因為滑塊運動距離為H=200+400=600mm，所以可設定L=400mm，r=200mm，齒輪的直徑D=440mm, （二 ） 縱向送書機構 1.機構的運動要求: 縱向推書機構在機構在0~120向推書機構在期間完成縱向推書動作：0~80完成單摞推書，80~120完成七摞推書，120~220推頭回退，220~360推頭不動。 2.運動方案的比較與選擇： 初步設計方案如下面三圖所示 方案一 方案二 方案三 方案一 方案二 方案三 優(yōu)點 能夠比較精確的控制推書的速度，便于在適當的時間內把書推到相應位置。 整個機構較簡單，運動也比較簡單。 機構簡單，占用空間小，成本低。 缺點 凸輪的制造成本高，占用空間大。 擺桿的運動規(guī)律難以控制。 難以控制推書的規(guī)律。 綜合上述對三個方案的全方位比較，選擇圖三機構比較符合我們對于打包過程的準確性和經濟的適用性。 3．所選方案的工作原理： 通過主動件凸輪的轉動帶動連桿擺動再帶動滑塊做往復運動，從而完成縱向推書動作。 4．所選方案的數據設計 由主軸轉過的角度和推書的距離可得知凸輪推程運動角為120。為了防止推書過程中書本出現灑落要求推書過程中加速度從零開始，根據要求凸輪的加速度按正弦規(guī)律變化?；爻踢^程中加速度沒有要求，仍舊按正弦加速度規(guī)律設計凸輪。 凸輪和機構整體的具體設計尺寸如下圖所示： (1) 按α（max）min確定H1和L用圖解法初選L桿長度，找出αmax和αmin的大致范圍，并保證滑塊能達到行程H.根據凸輪機構壓力角α1<[α1]，且尺寸愈小愈好的原則設計凸輪輪廓，確定尺寸H1 和基圓半徑R，并求出最大（最?。毫?。 數據如下： X1 (mm) L5 (mm) L4 (mm) L6 (mm) H (mm) αmax () αmin () r (mm) R (mm) 203 370 1001 150 400 22.1 18.9 40 250 具體計算如下： L1=250mm，L2=453mm,d=40mm; αmax = arctan(X2/ Y1)=22.1 L3=(L1-L2)/2=(453-250)/2 αmin = arctan(L3/Y1)=18.9 L=800mm H1=400mm （三） 送紙機構 1.機構的運動要求: 送書機構在機構在0~200時停止不動，從200到360再到70這一區(qū)間內完成送紙運動，在轉動130送書機構再次進行運書運動，以此一直循環(huán)運動。 2.運動方案的比較與選擇： 方案一 方案二 方案一 方案二 優(yōu)點 能夠有效的在主軸轉過一定角度后控制所放紙的長度，運動比較精確。 機構比較簡單，成本低，占用空間小。 缺點 所需的構件比較復雜，成本高，齒輪較容易磨損。 不能有效的控制放紙的長度，容易影響整個書本打包機構的運行。 通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。 3．所選方案的工作原理： 如圖所示，1為紙筒，2、3和5為半徑相等的橡膠摩擦圓，4為與摩擦圓3相連接在一起的齒輪，6為不完全齒輪，7為與不完全齒輪相連接在一起的傳動輪不完全齒輪6隨著主軸的轉動而轉動，從而帶動齒輪4轉動，不完全齒輪6又通過齒輪4帶動橡膠摩擦圓3的轉動。最終，橡膠摩擦圓3帶動紙筒轉動，完成送書過程。 4.所選方案的數據設計： （1）對于橡膠摩擦圓2和3的設計 根據書摞的高度b=180~220mm，寬度a=130~140mm,且所需紙的長度l=3a+b，可以算出所需紙的長度l=570~640mm。假設橡膠摩擦圓3轉動1圈完成送紙，即πd=l，求出橡膠摩擦圓3的直徑d=181~203mm。因此可以選擇d=200mm。因為橡膠摩擦圓2和5的作用為使紙張沿著膠摩擦圓3的切線方向垂直向下傳動，所以橡膠摩擦圓2和5的直徑應該與橡膠摩擦圓3的直徑相等。 （2）不完全齒輪5，傳動輪6和齒輪4的的設計 先假設齒輪4的直徑為100mm。使用標準齒輪，齒數為20，模數為5，則不完全齒輪6轉過230（360-200+70）時，齒輪4轉過1圈。即100π=D*（230/180）π，推出不完全齒輪5直徑D=78mm，并且其光滑面為130。傳動輪7只起到傳動作用，所以可以設定其直徑為50mm。 （四） 裁紙機構 1.機構的運動要求: 裁紙機構在主軸開始轉動70開始進行裁切，到80時裁切過程結束。80到360之間，裁紙機構不進行裁切工作，只是繼續(xù)轉動回到原位。 2.運動方案的比較與選擇： 方案一 方案二 方案一 方案二 優(yōu)點 能夠通過凸輪的轉動使擺桿和裁切刃轉動達到裁切目的，運動過程簡單且有效。 機構比較簡單 缺點 凸輪磨損，擺桿的擺動角度容易受到凸輪對桿的沖擊的影響。 很難控制裁紙的長度和裁紙時間。 通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。 3．所選方案的工作原理： 如圖所示，1為凸輪，2為傳動輪， 4為與連桿連接的滾子。當凸輪轉動70時，其開始與滾子5接觸，并推動連桿繞鉸鏈4向下做圓周轉動，通過鉸鏈的作用使裁切刃往上轉動，達到裁切目的。在凸輪輪2轉動到80時，開始與滾子5分開，繼續(xù)轉動，而滾子在彈簧的作用下回到原位，裁切刃也隨著回到原位。。 4.所選方案的數據設計： 設定傳動輪2直徑為75mm。因為裁切過程為10，所以可設定∠ABD=10，L1長度為200mm，L2長度為200mm。滾子4直徑d為40mm，根據裁切機構的運動過程可設定凸輪1的運動規(guī)律為正弦加速度運動，最小基圓半徑為58.8，推程為98.8mm，壓力角為20。 （五）折邊、折角機構 1.機構的運動要求: 折邊機構的作用區(qū)間為180到340，0到180之間折邊機構不進行折邊工作，340到360，折邊機構退回原位。 2.運動方案的比較與選擇： （1）折邊機構 方案一 方案二 方案一 方案二 優(yōu)點 能夠一次性完成折邊工作，效率高 機構較簡單，占用空間小 缺點 占用空間較大，機構比較復雜 只能折上面和兩側的邊，工作效率低 通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。1）．所選方案的工作原理： 如圖所示，1、2、3、4、5、6、都是長方形的板塊，齒輪輪隨著主軸的轉動而轉動，通過焊接在齒輪上的連桿推動，是長方形板塊1、2、3向下移動，4、5、6向上移動，從而達到折邊目的。1、2、3、4、5、6、都是長方形的板塊示意圖如下： 2）.所選方案的數據設計： 根據書摞的高度和寬度，可以算出長方形板塊1和4的長為300mm，寬為100mm。而長方形板塊2,3,5,6的長度為100mm，寬度為100mm。又因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：r2＜L1以及r＜L4.設定書摞高度H=200mm 根據其運動規(guī)律可算出其他桿的尺寸，如下圖所示 L1 (mm) L2 (mm) L3 (mm) L4 (mm) r (mm) R (mm) r2 (mm) R2 (mm) 200 100 100 200 100 240 100 240 （2）折角機構 折前角機構的主要執(zhí)行機構為一個隨軸回轉的長方形轉子。如下圖所示: 該機構隨軸轉動，上下邊折好后，長方形轉子剛好轉過來實現折前角的功能。后角利用固定擋板折好。折前角機構十分簡單，容易實現，而且制造成本低，性價比很高。其中1和2為直齒錐齒輪，可設定1和2直齒錐齒輪的齒數為25，直徑為100mm，模數m=4. 長方形轉子的寬L1=75mm，長度L2=100mm。 （六）涂膠、貼封簽、烘干機構 1.機構的運動要求: 涂膠、貼封簽、烘干機構的作用區(qū)間為180到340，0到180之間涂膠、貼封簽、烘干機構不進行工作，340到360，涂膠、貼封簽、烘干機構退回原位。 2.運動方案的比較與選擇： 方案一 方案二 方案一 方案二 優(yōu)點 能夠一次性完成涂膠、貼封簽，烘干工作，占用空間小。傳動更為穩(wěn)定 機構運動比較簡單 缺點 運動有不確定性 很難控制其運動規(guī)律，凸輪制造成本高，其有兩個凸輪，成本比方案一的高 3．所選方案的工作原理： 如圖所示，1、2、3都是長方形的板塊，其中1為涂膠，2為貼封簽,3為烘干。齒輪輪隨著主軸的轉動而轉動，通過焊接在齒輪上的連桿推動三個長方形板塊向下移動，從而達到涂膠、貼封簽、烘干目的。當轉過一定角度后，三個長方形板塊開始向上回收。達到循環(huán)運動下去。 4.所選方案的數據設計： 根據書摞的高度和寬度，長方形的板塊1、2、3的長度都可設為100mm，寬度可設為50mm。又因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：r＜L1，設定書摞高度H=200mm，因為涂膠、貼封簽、烘干的區(qū)域在書摞的中間部位，所以三個長方形板塊需向下移動150mm，所以可設定r=150mm，L1=300mm，L2=150mm，L4=50mm。又根據書摞的寬度a=135mm，可設定L3=270mm。 五、電動機的選擇 根據主軸的轉速n=10r/min,所選的電動機轉速n=1000r/min，所以i=1000/10=100,設有六個齒輪進行減速。 計算過程：i14=（z2*z3*z4）（z1*z2’*z3’）=100 可取： z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z2’=15 z3’=20 模數m=3 壓力角α=20 根據D=mz可知，D1=-72mm，D2=225mm，D3=480mm，D2’=45mm，D3’=60mm。 減速機構的示意圖如下： 六．整體方案圖如下： 七．課程總結 在短暫的課程設計期間中，我收益良多，不但復習了以前所學過機械原理、理論力學、物理等學科的知識，使以前零散的知識形成了一個有效的知識網絡體系，補充了許多機械設計方面和力學方面知識。這次的課程設計在收獲的同時也讓我看到了自己的很多不足之處，這表現在對原有機構的改良和創(chuàng)新上，也表現在對機構的運動分析上。在這個課程設計的過程中，我常?？ㄔ趯λO計的機構的運動分析上，這是對機械原理課程知識掌握不夠的表現。還有我也曾經因為實踐經驗的缺乏失落過，也曾經繪圖成功而熱情高漲。雖然這只是一次的極簡單的課程制作（書本打包機），可是平心而論，也耗費了我不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞機械設計的前輩們，才意識到老一輩對我們社會的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣冻龆嗌傩难。? 通過這次課程設計，我認識到了機械創(chuàng)新的艱難性和必須性。也知道了機械在社會生產中發(fā)揮的重要作用，它可以大大降低生產時間并節(jié)省勞力?？萍际堑谝簧a力，只有掌握了先進的科學技術，才能在當今競爭日益激烈的社會的更好的生存下去，如果你一直在閉門造車，寸步不進，那你只能被社會所淘汰。對于我們大學生來說，在學校期間學好知識是我們將來成功的第一步，也是重要的一步。俗話說，一步錯，步步錯。如果我們在游戲中度過我們的大學時光，那我們很有可能被社會所淘汰。 參考文獻： 【1】王洪欣 《機械原理 課程上機玉設計》 【2】張策 《機械原理與機械設計》 【3】李學榮 《四桿機構綜合概論》 【4】張曉玲 《機械原理課程設計指導》 【5】羅洪田 《機械原理課程設計指導書》