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(shù)據(jù)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(xiàn)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(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(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(xiàn)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?shù)臅r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?shù)臅r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(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?shù)臅r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(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(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(jù)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（最小）壓力角。 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 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(shù)據(jù)設計： （1）對于橡膠摩擦圓2和3的設計 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(shù)為20，模數(shù)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(shù)據(jù)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(jù)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(shù)據(jù)設計： 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(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 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(xiàn)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(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(shù)據(jù)設計： 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(jù)書摞的寬度a=135mm，可設定L3=270mm。 五、電動機的選擇 根據(jù)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?。? 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(wǎng)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(xiàn)在對原有機構的改良和創(chuàng)新上，也表現(xiàn)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(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(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，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》