机械原理课程设计-医用棉签卷棉机设计方案与分析.doc

机械原理课程设计任务书1.课程论文（设计）的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：设计题目：医用棉签卷棉机设计方案与分析医院用棉签日耗量很大，为了提高工效采用卷棉机代替手工卷制棉签。棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按手工方式进行动作分解后得到： 1）送棉。将条状棉通过机构作定时适量送入。 2）揪棉。将条状棉压(卷)紧并揪棉，使之揪下定长的条棉。 3）送签。将签杆送至导棉槽上方与定长条棉接触。 4）卷棉。鉴杆自转并沿导棉槽移动完成卷棉动作。技术参数和设计要求：1）棉花。条状脱脂棉，宽2530 mm，自然厚45 mm。2）签杆。医院通用签杆，直径约3 mm，杆长约70 mm，卷棉部分约2025 mm。3）生产率。每分钟卷60支，每支卷取棉块长约2025 mm4）卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松紧适度。设计方案提示： 1）送棉可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进方式可采用间歇运动，以实现定时定量送棉。 2）揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为使自动调整压紧力中间可加一弹簧。揪棉可采用对滚爪轮在转动中揪断棉条。 3）送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可将漏斗作一定振动。 4）卷棉可将签杆送至导棉槽，并使签杆产生自转并移动而产生卷棉，如采用带槽的塑料带通过挠性传动来实现。设计任务：1）根据工艺动作要求拟定运动循环图。 2）进行送棉、揪棉、送签、卷棉四个机构的选型，实现上述4个动作的配合。 3）机械运动方案的评定和选择。 4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。 5）画出机械运动方案简图(机械运动示意图)。 6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算。7）画出机械运动方案简图、运动循环图和传动方案图；8）完成设计计算说明书一份。 2.对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：（1）机械运动方案简图、运动循环图和传动方案图一张（A2图幅）；（2） 设计计算说明书一份（包括电子文档）。3.课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容时间12011年07月12日2011年07月12日布置设计任务、查阅资料、熟悉题目1天22011年07月13日2011年07月14日方案设计、分析2天32011年07月15日2011年07月21日尺寸综合、上机分析、绘图5天42011年07月22日2011年07月22日整理说明书、图纸1天 52011年07月23日2011年07月23日文件上交、答辩1天辽 东 学 院机械原理课程设计资料名 称 医用棉签卷棉机设计方案与分析 学 院 机电学院 系 别 机械工程系 班 级 姓 名 指导教师 成 绩 材 料 目 录序号名称1课程设计任务书一份2机械运动方案简图、运动循环图和传动方案图一张3设计计算说明书一份4指导教师评阅表一份目录1.总论及设计要求51.1 简介51.2 原始数据及设计要求62.工作原理以及工艺动作流程图73.机械系统运动方案的拟定83.1送棉83.2揪棉83.3送签83.4卷棉84.卷棉机应包括以下部分105.各工艺动作不同方案的分析比较115.1送棉115.2压棉125.3揪棉145.4送签165.5卷棉176.最终方案运动简图207.机构路线传动图218.圆周式机构运动循环图229.电动机的选择2310.凸轮的设计2411.卷棉机的优点及缺点32心得体会33参考文献331.总论及设计要求1.1 简介 全自动棉签机是按照国家卫生标准自动设计和制造的一种自动化程序高、高速、高效生产卫生棉签。自动卷棉设备它填补了国内空白.该机能制造棉签，具有综合性能强，棉头饱满、表面光洁、外形均匀、棉头与棒体缠绕牢固，产品完全达到国家要求标准，该机可根据不同用途的棉签，电子控制调节棉头大小满足各种使用要求。该机每小时可生产棉签3600支，克服了传统手工卷制效率低、棉签头大小不均、卫生条件差的缺点。 本设备适用范围可以用于个卫生材料厂，也适用于棉签用量大的大中型医院，家庭小型企业，创业致富的好途径。我所设计的棉签机实现了送棉，楸面棉，送签和卷棉于一体的全自动化功能。其主要设计思路来自于对手工卷棉动作分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定,以及优化组合.综合利用槽轮机构的间歇运动,凸轮连杆的往复运动,不完全齿轮的间歇运动,摩擦轮机构以及减速器的定植调速比的设定.定量送料,定位传送和摩擦压力的设计都需要人工数据处理.1.2 原始数据及设计要求1）棉花。条状脱脂棉，宽25-30mm，自然厚4-5mm。2）签杆。医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约20-25mm。3）生产率。每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20-25mm。 4）卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松紧适度。2.工作原理以及工艺动作流程图医用棉签卷棉机系统定量送棉压（夹）棉、楸棉送签卷棉将棉的原料压紧在固定面上，在另一端既压紧，又实现拉扯动作持定量棉花，以直线、间隙、定长送进完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一定的压力，并且将压力保持一定的时间，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移。完成楸棉动作的机构，其压头一方面有压紧条棉的功能，又要使压力在保持压紧力的状态下有向某个方向运动的可能，以完成楸棉动作。 采用适当的压头形式，使棉条容易楸断，楸断后自行落入导棉槽中。机构能调整压紧力。使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，与楸下的棉块会合签杆与棉块相遇，签杆作自转，将棉块卷上签杆。3.机械系统运动方案的拟定为达到其工艺动作要求，采用的分解动作机构及其工作原理如下:3.1送棉 将条状棉通过机构定时、适量送入压棉、揪棉机构。输送的对象是柔软的棉花，如果采用直线送进方式，则送棉机构必须有持棉和直线、间歇、定长送进等功能。持棉的方式可用带刺构件走直线轨迹定时把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出；也可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进等方式。前者在带刺构件脱出时，要把棉条压住；后者要实现间歇送进，需与间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构或不完全齿轮机构等连接。3.2揪棉 用机器实现这个动作时，可将条状棉的原料端压紧在固定面上，然后在另一端既实现压紧又实现拉扯动作，前者称压棉动作，后者称揪棉动作。实现这些动作的机构必须有以下几个功能：（1）完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一定的压力，并且要将压力保持一定的时间，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移；（2）采用适当的压头形式，使条棉容易揪断。3.3送签 在揪下的棉块落入导棉槽后，将签杆送至导棉槽与棉块接触。要使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，采用一漏斗均匀送出签杆，为防止漏斗内签杆相互挤卡住，所以可适当使漏斗振动，或用其它方法使漏斗内签杆获得松动的机会，从而使签杆能顺利地漏出漏斗口。 3.4卷棉 将签杆送至导棉槽中与棉块相遇时，签杆随即作自转，将棉块卷上签杆；或使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。此动作可通过卷轮自转并与摩擦片接触，使签杆产生自转并移动而产生卷棉，此时签杆外露在卷轮外的头部（约25mm）与导棉槽中的棉花相遇，且有一定的压紧力，从而完成卷棉动作。或是用带槽皮带的带传动与摩擦片接触产生自转完成自转及移动的卷棉动作。 4.卷棉机应包括以下部分(一)凸轮送棉 (二)推杆压棉 (三)对滚揪棉 (四)漏斗送签 (五) 卷轮卷棉 5.各工艺动作不同方案的分析比较5.1送棉送棉方案1通过滚轮1和滚轮2的相互摩擦将棉条3压紧并送入导棉槽。缺点：要实现定时定量送入，必须将滚轮与间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构或不完全齿轮机构等连接。图5.1.1送棉方案1送棉方案2通过主动轮上固接的槽轮构成间歇运动机构，从而可以有规律的传送所需的条棉。缺点：结构较复杂，所用构件较多。图5.1.2送棉方案2 送棉方案3条状棉通过双滚轮送入轨道，双滚轮为1/4圆周主动凸轮与圆盘组成。凸轮连续转动，但与圆盘仅有1/4的接触面，所以机构可以将电机的连续运动转化为间歇运动，且具有较高的机械效率以产生间隙运动。两轮间留有间隙以使棉条在摩擦力作用下送入，实现定比定量送棉。图5.1.3送棉方案3优点：结构简单，比较容易制造；而且，控制比较方便，可以很好的完成所需的动作，效率高。 5.2压棉压棉方案1图中凸轮1是主动件，构件3由凸轮带动实现压棉动作，并依靠凸轮轮廓的圆弧段使压紧状态能保持一定时间。图5.2.1压棉方案1压棉方案2图中凸轮1是主动件，推动推杆压紧条棉4，3是弹簧在凸轮回程时推动推杆回到原位。优点：能实现压棉动作的间歇使后面的工序得以完成，而且时间容易控制。图5.2.2压棉方案2压棉方案3通过滑块的移动来实现压棉动作。缺点：由于要有一定的间隙时间，所以还要加一个间隙转动在曲柄上，所以比较麻烦。图5.2.3压棉方案35.3揪棉揪棉方案 该方案由两套完全对称的铰链四杆机构组成，曲柄上下两曲柄同步运动。上下剪刃分别与连杆固接。如果将曲柄与摇杆的长度设计得相差不大，剪刃则能近似地作平面平行运动，故剪刃在剪切时刀刃垂直于轧件，使剪切断面较为平直，剪切时刀刃的重叠量也容易保证。缺点是结构较复杂，机构运动质量较大，动力特性不够好，故刀刃的运动速度不宜太快。图5.3.1揪棉方案1揪棉方案凸轮与推杆将棉条压紧并使之保持一定时间，此时1/4圆周凸轮与圆盘对滚揪断棉条。优点：结构简单，制作较容易；控制比较方便。 图5.3.2揪棉方案2揪棉方案3棉条被压住后，揪棉刀具旋转，刀具旋转将棉条揪下，其转速要设置与压棉机构配合好。缺点：转速不容易控制。 图5.3.3揪棉方案35.4送签送签方案1漏斗口限制签杆只能一根一根地通过，再由漏斗口下的输送构件卷轮将签杆一根一根地送走。缺点：转速控制严格，且效率不高。图5.4.1送签方案1送签方案2主动轮上有槽，刚好只能容纳一个棉杆下落，上有撞针，用来撞动箱体。优点：可以比较好的分离棉杆。并且可以达到间歇送签。图5.4.2送签方案2送签方案3用牙带送棉签，非常方便。缺点：难以和送棉条的机构和揪棉机构配合起来。图5.4.3送签方案35.5卷棉卷棉方案1签杆通过漏斗进入小齿轮2的小孔3中，并由扣环4抱紧。小齿轮2绕大齿轮1转动，使其产生自转并沿固定槽移动。缺点：齿轮磨损较大。图5.5.1卷棉方案1卷棉方案2签杆通过漏斗3落入带凹槽的卷轮1，卷轮转动带着签杆移动与棉条接触，卷轮继续转动带动签杆跟摩擦片接触。签杆产生自转并随卷轮移动，达到卷棉的效果。棘轮2保证签杆按要求定时落入卷轮。摆子4给漏斗一定的振动，使签杆顺利送出。优点：动作有确定性，卷棉稳定。图5.5.2卷棉方案2卷棉方案3该方案是使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。图a)为签杆由漏斗形签箱漏入卷轮的槽中以后，即被卷轮带离签箱，进到与静止摩擦片接触后，在摩擦力的作用下签杆一面前进，一面自转，从而签杆完成卷棉工作。图b)是用带槽的带分取签杆，为静止摩擦片，因为带是挠性体，所以下面用托板支承，使签杆能与摩擦片压紧，产生摩擦面自转。缺点：结构复杂，配合要求高。图5.5.3卷棉方案36.最终方案运动简图 上端凸轮与圆盘机构实现定时定量送棉. 凸轮推杆机构实现压棉并保持一定时间. 中间凸轮与圆盘机构实现揪棉动作.卷轮带动从漏斗送出的签杆与棉条接触.在转动过程中与摩擦片接触,签杆随卷轮移动并自转.从而达到卷棉的目的. 机构运动简图7.机构路线传动图机构路线传动图8.圆周式机构运动循环图圆周式机构运动循环图 9.电动机的选择由于该医用卷棉机功率小、载荷低、体积和转速也很小，所以选择的电动机功率和转速都不宜过大。故选择Y系列（IP44）封闭式三相感应电动机Y90S6，其额定功率P=0.75KW，满载时转速n=720。10.凸轮的设计11.卷棉机的优点及缺点（一）优点：1.结构较为紧凑，简单，生产成本低。2.执行原件间运动关系看齿轮来完成，稳定性好。3.间歇运动机构采用不完全齿轮，可靠性高，条件适应性强（由于此机械的加工材料为棉花，会有棉絮产生，因此对机械的条件适应性有一定要求）。4.加工的过程为流水线式加工，一旦工件出现问题，查找及维修较容易。5.执行原件多为底副，噪音较小。6.具有良好的扩充性，如加装气动或PLC后，可以使原件间传动的关系更为简便。7.自动化程度高，全过程完全不需要有人参与。8.整体运动过程中没有速度突变，原件受用寿命较高。9.体积小。（二）缺点：1.由于是四杆机构，所以机械效率较低。2.不完全齿轮在工作的时候小轮会有一定的震动，尽管采用了变为修正（具体尺寸可参照上面尺寸设计的表格），但小轮磨损仍可能较快，因此加工的时候应采用特殊处理工艺。3.四杆机构的使用是系统不够紧凑，体积上比第一种方案大。（三）解决方案：1.当用户对系统的工作效率要求较高时，可采用齿轮齿条机构代替四杆机构作为卷棉机构。2.在允许成本有一定提高的情况下，可以将进棉条机构采用步进电机控制齿轮机构，可以获得更好的机械性能。心得体会通过本次机械原理课程设计，我对机械原理这门课程有了更深入的了解，我深刻认识到自己平时在课堂上学到的知识是远远不够的，在积极查找资料的同时，还需要思考机械传动的多细节。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过课程设计，使我深深体会到，做任何事都必须有耐心。在课程设计过程中，计算题一直让我很头疼，这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练，本次课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。 收获最大的是分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中，我发现像我们这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节。总体来说，我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进.有时候，一个人的力量是有限的，合众人智慧，我相信我们的作品会更完美!参考文献1徐灏.机械设计手册（第3、4、5卷）.北京：机械工业出版社.20012王晓晴.机械制图.武汉：湖北科学出版社.20043何兆太.毕业设计指南.武汉：中国地质大学出版社.20034吴宗泽.高等机械设计.北京：清华大学出版社.20055彭文生等主编.机械设计.武汉：华中理工大学出版社.20046黄锡恺,郑文伟.机械原理.北京：高等教育出版社.20047邓星钟.机电传动控制.武汉：华中理工大学出版社.20078机械工程手册编委会.机械工程手册（第八卷）.机械工业出版社.20069藤森洋三（日）.机构设计实用构思图册.机械工业出版社.200310朱正心.机械制造技术. 北京：机械工业出版社.200111苏建修.机械制造基础. 北京：机械工业出版社.200512陈立德 机械设计基础，北京：高等教育出版社.200213张定华 工程力学 北京：高等教育出版社.200514刘毅 机械原理课程设计 武汉 华中科技大学出版社. 2006 33