書本打包機機構(gòu)設(shè)計.doc
機械原理課程設(shè)計
設(shè) 計 題 目:書本打包機機構(gòu)設(shè)計
學院:機電工程學院
專業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)
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目錄
一:設(shè)計題目—書本打包機設(shè)計及說
二:工作流程及工藝動作過
三.原始數(shù)據(jù)與設(shè)計要求
四 機構(gòu)設(shè)計方案初選
(一) 橫向送書機構(gòu)
(二) 縱向送書機構(gòu)
(三) 送紙機構(gòu)
(四) 裁紙機構(gòu)
(五)折邊、折角機構(gòu)
(六)涂膠、貼封簽、烘干機構(gòu)
五、電動機的選擇
六.整體方案圖
七.課程總結(jié)
一:設(shè)計題目—書本打包機設(shè)計及說
設(shè)計書本打包機中的推書機構(gòu),送紙機構(gòu)及裁紙機構(gòu)
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(shè)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(xiàn)三面包,這一工序共推動a~g的七摞書。
(5)推書機構(gòu)回程,折紙機構(gòu)動作,先折側(cè)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(gòu)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(shè)置的擋板實現(xiàn)折后角。
(8)在實現(xiàn)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(shù)據(jù)與設(shè)計要求:
打包機各部分的相對位置及有關(guān)尺寸和范圍
1.機構(gòu)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(gòu)最好放在工作臺面以下。
2.工藝要求的數(shù)據(jù)
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(shù)(主軸轉(zhuǎn)速):n=10 r/min
四 機構(gòu)設(shè)計方案初選
機構(gòu)設(shè)計主要包括橫向送書機構(gòu)、縱向送書機構(gòu)、送紙機構(gòu)、裁紙機構(gòu)、折角、折邊機構(gòu)、涂漿糊貼標簽烘干機構(gòu)的設(shè)計,以實現(xiàn)書本打包的功能。
(一) 橫向送書機構(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
由橫向推書機構(gòu)與主軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系得:橫向推書機構(gòu)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(shè)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(gòu)來說,有三種機構(gòu)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(gòu)比較簡單能夠比較精確的控制推書的速度,便于在適當?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應(yīng)位置
運動機構(gòu)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?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應(yīng)位置,不妨礙其他機構(gòu)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(gòu)的運動速度比較難控制,不能精確地在規(guī)定時間內(nèi)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(gòu)比較符合我們對于打包過程的準確性和經(jīng)濟的適用性。
3.所選方案的工作原理:
通過主動件齒輪的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)設(shè)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(shè)計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設(shè)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(shè)定L=400mm,r=200mm,齒輪的直徑D=440mm,
(二 ) 縱向送書機構(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
縱向推書機構(gòu)在機構(gòu)在0~120向推書機構(gòu)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(shè)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?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應(yīng)位置。
整個機構(gòu)較簡單,運動也比較簡單。
機構(gòu)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(gòu)比較符合我們對于打包過程的準確性和經(jīng)濟的適用性。
3.所選方案的工作原理:
通過主動件凸輪的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)設(shè)計
由主軸轉(zhuǎn)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(xiàn)灑落要求推書過程中加速度從零開始,根據(jù)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(shè)計凸輪。
凸輪和機構(gòu)整體的具體設(shè)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(jù)凸輪機構(gòu)壓力角α1<[α1],且尺寸愈小愈好的原則設(shè)計凸輪輪廓,確定尺寸H1 和基圓半徑R,并求出最大(最?。毫?。
數(shù)據(jù)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(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
送書機構(gòu)在機構(gòu)在0~200時停止不動,從200到360再到70這一區(qū)間內(nèi)完成送紙運動,在轉(zhuǎn)動130送書機構(gòu)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(zhuǎn)過一定角度后控制所放紙的長度,運動比較精確。
機構(gòu)比較簡單,成本低,占用空間小。
缺點
所需的構(gòu)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(gòu)的運行。
通過上表對于兩種機構(gòu)的優(yōu)缺點的綜合比較,選擇方案一比較符合我們的設(shè)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(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,從而帶動齒輪4轉(zhuǎn)動,不完全齒輪6又通過齒輪4帶動橡膠摩擦圓3的轉(zhuǎn)動。最終,橡膠摩擦圓3帶動紙筒轉(zhuǎn)動,完成送書過程。
4.所選方案的數(shù)據(jù)設(shè)計:
(1)對于橡膠摩擦圓2和3的設(shè)計
根據(jù)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(shè)橡膠摩擦圓3轉(zhuǎn)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(yīng)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(shè)計
先假設(shè)齒輪4的直徑為100mm。使用標準齒輪,齒數(shù)為20,模數(shù)為5,則不完全齒輪6轉(zhuǎn)過230(360-200+70)時,齒輪4轉(zhuǎn)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(shè)定其直徑為50mm。
(四) 裁紙機構(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
裁紙機構(gòu)在主軸開始轉(zhuǎn)動70開始進行裁切,到80時裁切過程結(jié)束。80到360之間,裁紙機構(gòu)不進行裁切工作,只是繼續(xù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動使擺桿和裁切刃轉(zhuǎn)動達到裁切目的,運動過程簡單且有效。
機構(gòu)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(gòu)的優(yōu)缺點的綜合比較,選擇方案一比較符合我們的設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動,通過鉸鏈的作用使裁切刃往上轉(zhuǎn)動,達到裁切目的。在凸輪輪2轉(zhuǎn)動到80時,開始與滾子5分開,繼續(xù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)設(shè)計:
設(shè)定傳動輪2直徑為75mm。因為裁切過程為10,所以可設(shè)定∠ABD=10,L1長度為200mm,L2長度為200mm。滾子4直徑d為40mm,根據(jù)裁切機構(gòu)的運動過程可設(shè)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(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
折邊機構(gòu)的作用區(qū)間為180到340,0到180之間折邊機構(gòu)不進行折邊工作,340到360,折邊機構(gòu)退回原位。
2.運動方案的比較與選擇:
(1)折邊機構(gòu)
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(gòu)較簡單,占用空間小
缺點
占用空間較大,機構(gòu)比較復雜
只能折上面和兩側(cè)的邊,工作效率低
通過上表對于兩種機構(gòu)的優(yōu)缺點的綜合比較,選擇方案一比較符合我們的設(shè)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(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)設(shè)計:
根據(jù)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(shè)計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設(shè)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(shè)定書摞高度H=200mm
根據(jù)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(gòu)
折前角機構(gòu)的主要執(zhí)行機構(gòu)為一個隨軸回轉(zhuǎn)的長方形轉(zhuǎn)子。如下圖所示:
該機構(gòu)隨軸轉(zhuǎn)動,上下邊折好后,長方形轉(zhuǎn)子剛好轉(zhuǎn)過來實現(xiàn)折前角的功能。后角利用固定擋板折好。折前角機構(gòu)十分簡單,容易實現(xiàn),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(shè)定1和2直齒錐齒輪的齒數(shù)為25,直徑為100mm,模數(shù)m=4. 長方形轉(zhuǎn)子的寬L1=75mm,長度L2=100mm。
(六)涂膠、貼封簽、烘干機構(gòu)
1.機構(gòu)的運動要求:
涂膠、貼封簽、烘干機構(gòu)的作用區(qū)間為180到340,0到180之間涂膠、貼封簽、烘干機構(gòu)不進行工作,340到360,涂膠、貼封簽、烘干機構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)設(shè)計:
根據(jù)書摞的高度和寬度,長方形的板塊1、2、3的長度都可設(shè)為100mm,寬度可設(shè)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(shè)計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設(shè)計在同一水平面上,即e=0,所以其桿長條件為:r<L1,設(shè)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(shè)定r=150mm,L1=300mm,L2=150mm,L4=50mm。又根據(jù)書摞的寬度a=135mm,可設(shè)定L3=270mm。
五、電動機的選擇
根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速n=10r/min,所選的電動機轉(zhuǎn)速n=1000r/min,所以i=1000/10=100,設(shè)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(shù)m=3 壓力角α=20
根據(jù)D=mz可知,D1=-72mm,D2=225mm,D3=480mm,D2’=45mm,D3’=60mm。
減速機構(gòu)的示意圖如下:
六.整體方案圖如下:
七.課程總結(jié)
在短暫的課程設(shè)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(wǎng)絡(luò)體系,補充了許多機械設(shè)計方面和力學方面知識。這次的課程設(shè)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(xiàn)在對原有機構(gòu)的改良和創(chuàng)新上,也表現(xiàn)在對機構(gòu)的運動分析上。在這個課程設(shè)計的過程中,我常??ㄔ趯λO(shè)計的機構(gòu)的運動分析上,這是對機械原理課程知識掌握不夠的表現(xiàn)。還有我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過,也曾經(jīng)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(shè)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(shè)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(chǎn)中發(fā)揮的重要作用,它可以大大降低生產(chǎn)時間并節(jié)省勞力??萍际堑谝簧a(chǎn)力,只有掌握了先進的科學技術(shù),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(shè)計》
【2】張策 《機械原理與機械設(shè)計》
【3】李學榮 《四桿機構(gòu)綜合概論》
【4】張曉玲 《機械原理課程設(shè)計指導》
【5】羅洪田 《機械原理課程設(shè)計指導書》