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书包打包机课程设计(机械原理).doc

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第 1 页目 录1.绪论……………………………………………………………21.1、课程设计题目………………………………………21.2、工艺动作分解………………………………………21.3、设计要求……………………………………………42.课程设计题目分析………………………………………42.1、总功能要求…………………………………………42.2、总功能分解…………………………………………42.3、书本打包机设计参数的选择…………………52.4、各部分执行机构的设计…………………………52.5、书本打包机整体机构简图……………………72.6、整个机构的运动循环图…………………………73.各部分机构的设计………………………………………83.1、各部分机构的简图………………………………83.2、各部分机构的设计方案说明…………………94.执行机构的设计和传动比的计算……………………9第 2 页4.1、电动机到主轴间的减速机构计算……………94.2、推书机构的连杆机构计算……………………104.3、凸轮机构的计算…………………………………125.课程设计心得体会………………………………………166.参考文献……………………………………………………161.绪论在人类的生产和生活中,需要使用各种机械设备,用来减轻,或者代替人的劳动力,提高生产率,产品质量和生活水平。随着科学技术和工业生产的发展,计算机技术,电子技术和机械技术有机结合,机电一体化的实现,促进机械产品向高速,高效,自动化方向发展。可见,人们对机械设计要求越来越高,所以我们大学生要带着自己的设计理念从理论到实践中去,努力设计出方便人类使用的产品,对社会作出贡献。本文设计的产品是书本打包机,主要是用在印刷厂里,在大量的书本印刷出来后,将其以一定的数量为一堆,用牛皮纸将其包装起来,以便于销售和运输。其中设计机构主要分为推书机构,送纸机构,裁纸机构,折边机构,折角机构,涂浆糊、帖签、烘干机构和传动机构。在包装过程中,几个机构相互配合而进行打包。本次设计涉及到的课程有:机械原理、机械原理课程设计、CAD 等一些机械专业课程以及一些工具书。1.1 课程设计题目课程设计题目:书本打包机第 3 页书本打包机主要是用在印刷厂里,在大量的书本印刷出来后,将其以一定的数量为一堆,用牛皮纸将其包装起来,以便于销售和运输。这种功能在很多地方都可以用到,比如:包糖机,饭盒包装机等凡是涉及到要将东西分堆包装的地方,都可以将其稍微改动即可用于其它地方。1.2 工艺动作分解设计书本打包机,在生产线上实现自动送书,用牛皮纸将一摞(5 本)书打包成一包,并在两端贴好标签(图 1-1) ,包,封的工艺顺序如图 1-2 所示。图 1-1第 4 页图 1-2其工艺过程如下所述 :(1)送书,横向送一摞书进入流水线。(2)推书,纵向推书前进到工位 a,使它与工位 b~g 上的六摞书贴紧在一起。(3)送纸。包装牛皮纸使用整卷筒纸,由上向下送够长度后进行裁切。(4)继续推书前进到工位 b,在工位 b 处书摞上下方设置有挡板,以挡住书摞上下方的包装纸,所以书摞被推到工位 b 时实现三面包装,这一工序共推动a~g 的七摞书。(5)推书机构回程,折纸机构动作,先折侧边将纸包成筒状,再折两端上、下边。(6)继续折前角。(7)再次推书前进折后角。推书机构又进到下一循环的工序(4) ,此时将工位 b 上的书推到工位 c。在此过程中,利用工位 c 两端设置的挡板实现折后角。(8)在实现上一步工序的同时,工位 c 的书被推至工位 d。(9)在工位 d 处向两端涂浆糊。(10)在工位 e 贴封签。(11)在工位 f、g,用电热器把浆糊烘干。第 5 页(12)在工位 h,人工将包封好的书摞取下。1.3 设计要求(l)书本打包机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。 (2)画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时,执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排,但必须满足工艺上各个动作的配合,在时间和空间上不能出现干涉。 (3)设计凸轮机构,自行确定运动规律,选择基圆半径,校核最大压力角与最小曲率半径,计算凸轮廓线。 (4)设计计算齿轮机构。 (5)对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析,绘出运动线图。 (6)编写设计计算说明书。 (7)学生可进一步完成机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。2.课程设计题目分析2.1 总功能要求用牛皮纸将一摞(5 本)书包成一包,并在两端贴好封签。2.2 总功能分解设计书本打包机,其总功能可以分解为以下几个工艺动作:(1)推书机构:为间歇性运动,分为横向、纵向运输机构。这一动作可以通过两个槽轮带动连杆运动来实现。(2)送纸机构:采用橡胶摩擦轮通过摩擦来实现传动。第 6 页(3)裁纸机构:裁刀为间歇性的进给运动。由皮带带动齿轮,在齿轮上安装一凸轮,凸轮连接连杆机构带动裁刀将牛皮纸裁断。(4)折边机构:用凸轮带动连杆来实现折上下边的两块挡板同时运动。(5)折角机构:折后角用一个凸轮机构来实现。书通过挡板时则实现折前角。(6)涂浆糊、帖签、烘干机构:可以通过凸轮连杆带动滑块来实现。(7)电动机到主轴间的传动机构:通过齿轮系的变速来实现各个机构应有的转动速度。2.3 书本打包机设计参数的选择电动机:电动机是机器中运动和动力的来源,其种类很多,有点动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机等。电动机结构简单、工作控制方便、维护容易,一般机械上大多数采用电动机。电动机设计参数的选择:1.类型:三相异步电动机;2.转速:1600r/min生产率:20 摞/min成品尺寸:长:180~220mm;宽:130~140mm;高:180~220mm; 2.4 各部分执行机构的设计第 7 页所选执行机构优缺点详细比较机械形式 优点 缺点带传动1)能起缓冲和吸振作用,可使传动平稳,噪声小。2)过载时,带在轮面上打滑,可以防止损坏其他零件,起安全保护作用。3)适用于两轴中心距较大的场合。4)结构简单,容易制造,维护方便,成本低廉。1)因为带传动受摩擦力和带的弹性交形的影响,所以不能保证准确的传动比。2)效率较低齿轮传动1)能保证恒定的瞬时传动比,传递运动准确可靠。2)传递功率的范围比较宽,可以从很小的功率直到几万马力经过磨齿的齿轮传动圆周速度可达100 米/秒;3)机械传动效率比较高,一般圆柱齿轮传动效率可达 98%以上,而且使用寿命也较长。4)齿轮机构的结构紧凑,体积比较小。1)传动噪音比较大,对冲击比较放敏感,不宜用在轴线距离较大的部件上。2)齿轮制造精度要求比较高,不能缓冲,高速传动精度不够是有噪音,无过载保护,相应的成本也比较高第 8 页凸轮机构 设计适当的凸轮轮廓曲线便可以获得任意预定的运动规律而且结构简单、紧凑。凸轮和从动件之间为高副接触,压强较大,易于磨损,一般只用于传递动力不大的场合。连杆机构运动副均为低副,可承受较大的载荷,利于润滑,磨损较小,形状简单,便于制造。但原动件的运动规律不变可用改变构件的相对长度得到不同的运动规律由于连杆结构的运动必须经过中间关键进行传递,因而传递路线较长,易产生较大的误差积累,机械效率降低。在运动过程中,连杆及滑块的质心都在做变速运动,所产生的惯性力难以消除,不宜用于高速运动。各部分机构的选用方案:基本功能 执行构件 工艺动作 机构执行 推书 滑块或推板 直线往复运动 槽轮机构和连杆机构折上下边 平板 摆动往复运动 凸轮连杆机构折后角 扇形轮 往复回转运动 凸轮回转机构折前角 挡板 固定 挡板图浆糊、贴标签、烘干 滑块 直线往复运动 连杆或凸轮机构第 9 页2.5、书本打包机整体机构简图2.6、整个机构的运动循环图第 10 页坐标轴示意图如下:第 11 页3.各部分机构的设计3.1 各部分机构的结构简图顺序依次是:1、 推书机构2、 送纸机构3、 裁纸机构4、 折边机构5、 折角机构6、 涂浆糊、贴封签、烘干机构7、 电动机到主轴间的传动机构3.2 各部分机构的设计方案说明(1) 横纵向推书机构曲柄连杆滑块机构方案优点:比较熟悉,可以运用的比较好,机构较简单,分析较明确。缺点:机构比较复杂,强度刚度难以保证。(2)送纸机构:方案优点:结构简单,要求的目的动作易于实现,功耗较小,经济实惠。缺点:此机构是由摩擦力来实现送纸,压轮使用时间长可能会出第 12 页现打滑现象。(3)裁纸机构:图中所示的是可控摆动剪纸机构,带轮和凸轮为一整体机构。带轮转动从而凸轮也一起随之而转动,再由凸轮的回转带动杆做上下往复运动,再通过连杆将运动传递到摆叉上,摆叉做一定角度的摆动,随之带动裁刀作前后的间隙运动,从而实现裁纸的目的。方案优点:结构简单且操作性强。缺点:间隙时间不易控制,机构的精度要求较高。(4)折边机构:方案优点:通过凸轮机构带动连杆做间歇性的上下运动,使得折纸板能较为准确的完成折边任务。缺点: 凸轮和从动件之间为高副接触,压强较大,易于磨损。(5)折角机构:利用凸轮机构来实现折后角,然后当书本经过挡板时实现折前角。(6)涂浆糊、帖签、烘干机构:方案优点:涂浆糊、贴封签、烘干三个动作均由一个整体机构完成,工作效率较高,且结构简单方便,比较经济。缺点:装浆糊,装标签都需要人工操作,很难时时掌控盒内是否满足机构工作的需要;涂浆糊机构中可能会出现浆糊涂抹不均匀的情况,而江湖容易随刷子的摆动而溢出,易造成浪费;贴封签机构中标签的多少直接影响弹簧的弹力大小,容易造成漏贴。(7)电动机到主轴间的传动机构(减速机构):由于电动机的转速太大,不适合各机构的转速要求。所以必须经过变速后才能适应主轴的转速。通过直齿轮的减速机构来减速容易计算和安装,且可以得到较为稳定的传动比。4.执行机构的设计和传动比计算4.1 电动机到主轴间的减速机构计算第 13 页减速机构的示意图如下: 电 动 机由选定的数据:电动机转速 n1=1600r/min,主轴转速 n4=10r/min 可通过计算得到各个齿轮的齿数,传动比为 160。计算过程: =(z2*z3*z4)÷(z1*z2’*z3’ )=16014i可取: z1=24 z2=120 z3=60 z4=160z2’=15 z3’=20模数 m=20 压力角 α=20° 4.2 推书机构的连杆机构计算图四 纵向推书机构运动简图第 14 页1、推书机构的基本数据为了保证工作安全、台面整洁,推书机构最好放在工作台面以下。2、工艺要求的数据书摞尺寸:宽度 130~140mm;长度 180~220mm;高度ab180~220mm。c推书起始位置: 表中数据。DOx推书行程: 400mm。H推书次数(主轴转速): (10±0.1)r/min。 (电动机转速:1600r/min)n主轴转速不均匀系数: ≤1/4。方案1x(mm)y(mm) (mm) (mm)20( o )H(mm)][3( o )1( o )r(mm)01( o )2( o )03( o )4m(kg)1 110 300 650 100 100 200 40 45 10 120 100 140 5第 15 页3、纵向推书运动要求(1)推书运动循环:整个机器的运动以主轴回转一周为一个循环周期。因此,可以用主轴的转角表示推书机构从动件(推头或滑块)的运动时间。推书动作占时 1/3 周期,相当于主轴转 120 o;快速退回动作占时小于 1/3 周期,相当于主轴转角 100 o;停止不动占时大于 1/3 周期,相当于主轴转角 140 o。具体的每个运动时期内纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系如下表所示: 主轴转角推书机构执行滑块的动作主轴转角推书机构执行滑块的动作~o08推单摞书前进 ~120滑块退回~12推七摞书前进,同时折后角~o36滑块停止不动如图五所示为推书机构运动循环图第 16 页(2)推书前进和退回时,要求采用等加速、等减速运动规律。4.3 凸轮机构的计算4.3.1 裁纸机构的凸轮分析要使裁刀间歇性的进给运动,就必须利用凸轮轮机构来实现。设计的凸轮机构如下图所示: O AO ’裁刀的进给距离与摆叉的摆动角度有关,由图可看出滚子从动件的上下运动距离为 OA,于是 OA 的长度可通过摆叉的所摆动的角度来计算。4.3.2 折边机构的凸轮分析由凸轮的转动带动滚子从动件上下运动,而凸轮的轮廓设计要通过折纸板的摆动角度来确定。假设折纸板的长度为 L,最大摆动角度为 α,则滚子从动件所在的杆端 A 的运动距离可根据 α 来计算。其距离为 h=Lsin(90°-α)。假定该凸轮的基圆半径为 R,滚子从动件的半径为 r。设弹簧 B 到 O’的距离为S,则滚子从动件的推程为 H(与 S、r、R、h 有关的代数式)。该机构的示意图如下:第 17 页O S B AAOB 所夹的大于 180°的角为(β-α)。 AOB 所夹的小于 180°的角为 α。滚子从动件的运动线图如下:H0第 18 页运动拟定:通过凸轮的转动控制摇杆的摆动角度,用杠杆放大原理进行行程的放大,当凸轮达到最大推程时,杠杆把书刚好退到 b 的位置,而当回程到基圆时,凸轮近休,杠杆间歇停止 140°,等待系统的下一周期循环。优 点: 杠杆结构简单,加工和安装比较方便,加工成本低,容易控制和调节,运动清晰明了,可满足运动要求。缺 点: 杠杆的承载力不大,容易索性变形,杠杆结构运动摆幅大,占空间,效率低,凸轮加工难,易磨损,成本高。4.3.3 涂浆糊、贴封签、烘干机构的凸轮分析1)贴标签工艺是在剪纸过程之后完成的,其工作时间为 180°~340°之间。2)凸轮从动件在推程时按等速运动规律,设计其行程为 h,凸轮机构的压力角为 α。设凸轮基圆半径为 R,滚子从动件的半径为 r,通过弹簧的作用使滚子从动件贴紧凸轮表面。从动件的推程可通过弹簧、连杆移动副的移动距离来计算。第 19 页凸轮及从动件的位移线图如下: OO Rr4.3.4 各工作阻力的数据(1) 每摞书的质量为 4.6kg,推书滑块的质量为 8kg。(2) 横向送书机构的阻力可假设为常数,相当于主轴上有等效阻力矩4N·m。4cM(3) 送纸、裁纸机构的阻力也假设为常数,相当于主轴上有等效阻力矩6N·m。5c(4) 折后角机构的阻力,相当于四摞书的摩擦阻力。(5) 折边、折前角机构的阻力总和,相当于主轴上受到等效阻力矩 ,其6cM第 20 页大小可用机器在纵向推书行程中(即主轴转角从 转至 范围中)主轴所受o0o12纵向推书阻力矩的平均值 表示为: =63cMc3cM其中 大小可由下式求出: 3c nnicic13式中, 为推程中各分点的阻力矩的值;n 为推程中的分点数。ciM(6) 涂浆糊、贴封签和烘干机构的阻力总和,相当于主轴上受到等效阻力矩,其大小可用 表示为7c3c=87cM3c5.课程设计心得体会为期一周的机械原理课程设计结束了,但它却是一次难忘的经历,从最初的热情高涨,到中间过程中的失落,以及最后的喜悦感,成就感,可谓一波三折。的确,课程设计挺难的,它是一个将你所学的知识展现出来的过程,简单地说,就是学以致用,正是通过这个过程,来检验你学到了哪些知识。所以,感谢学校的安排,感谢这次经历,让我检验了自己的知识储存量之余,又学到了一些新知识,以及帮我解决了之前的一些疑问。除此之外,这次课程设计更让我认识到了团队合作的重要性,因为课程设计这项工程是浩大的,单凭一个人的力量始终是有限的,所以就需要一个团队,大家分工合作,集思广益,才能把这项工作做得最好。当然,在这个过程中,大家有时候会意见不同,这时候,就需要大家平下心来,认真的分析这几种想法的差异,然后确定出最合适的方案。6.参考文献第 21 页[1]孙恒,陈作模,葛文杰.《机械原理》[M].八版.北京:高等教育出版社,2013.5[2]裘建新, 《机械原理课程设计 》[M]. 北京:高等教育出版社,2012.2
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