机械原理课程设计-书本打包机

机 械 原 理 课 程 设 计书 本 打 包 机 设 计 目 录一 、 设 计 题 目 及 工 作 原 理 与 工 艺 动 作 分 解二 、 各 机 构 具 体 设 计 与 方 案 确 定三 、 机 构 组 合 及 各 机 构 运 动 循 环 图四 、 注 意 事 项 一、设 计 题 目 书 本 打 包 机 是 用 牛皮 纸 将 一 摞 书 （ 5本 一 摞 ）包 成 一 包 ， 并 在 两 端 涂浆 糊 和 贴 好 标 签 ， 如 图所 示 书 本 打 包 机 的 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 分 解 送 书 ： 横 向 送 一 摞 书 。 推 书 ： 纵 向 推 一 摞 书 到 工 位 a， 使 它与 工 位 b g上 的 六 摞 书 贴 紧 。 送 纸 ： 书 推 到 工 位 a前 ， 包 装 纸 已 先送 到 位 。 包 装 纸 原 为 整 卷 筒 纸 ， 由上 向 下 送 够 长 度 后 进 行 裁 切 。 继 续 推 书 前 进 至 工 位 b， 由 于 在 工 位 b的 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 推到 b时 实 现 包 三 面 。 这 个 工 序 中 推 书机 构 共 推 动 a g的 7摞 书 。 书 本 打 包 机 的 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 分 解 推 书 机 构 回 程 时 ， 折 纸 机 构 动 作 ， 先 折 侧 边 (将 纸 卷 包 成 筒 状 )， 再 折 两 端 上 、 下 边 。 继 续 折 前 角 。 上 步 动 作 完 成 后 ， 推 书 机 构 已 进 到 下 一 循 环 的 工 序 ， 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 。 推 书 机 构 又 一 次 循 环 到 工 序 时 ，将 工 位 c的 书 摞 推 到 工 位 d。 书 本 打 包 机 的 工 作 原 理 及 工 艺 动 作 分 解 在 工 位 d向 两 端 涂 胶 。 在 工 位 e贴 封 签 。 在 工 位 f、 g， 用 电 热 器 把 胶 烘 干 。 在 工 位 h时 ， 用 人 工 将 包 封 好 的 书 摞 取 下 。 二、各机构具体设计方案1、 横 向 送 书 机 构2、 纵 向 推 书 机 构3、 送 纸 机 构4、 裁 纸 机 构5、 折 边 、 折 角 机 构6、 涂 浆 糊 、 贴 标 签 以 及 烘 干 机 构7、 传 动 机 构 的 设 计 1、 横 向 送 书 机 构方 案 一 ： 此 方 案 的 主 要 执 行 机 构 为 凸 轮 机 构 和 齿 轮 齿条 机 构 ， 其 机 构 简 图 如 图 所 示 。 工 作 原 理 ： 通 过 主 动 件 凸 轮 的 转 动 将 速 度 通 过齿 条 2齿 条 2带 动 齿 轮 1,2转 动 ， 并 且 由 齿 轮 1,2控制 不 同 的 传 动 比 齿 轮 1带 动 齿 条 1和 其 上 推 头 横向 运 动 完 成 横 向 送 书 动 作 。 1、 横 向 送 书 机 构比 较 方 案 ： 此 方 案 采 用 传 送 带 来 完 成 横 向 送 书 的 动 作 ， 其 结 构 如 图 所 示 。 工 作 原 理 ： 轮 1为 主 动 件 ， 带 动 传 送 带 顺 时 针 转动 ， 书 本 放 在 传 送 带 上 ， 利 用 摩 擦 力 将 书 本 送 到 工 作台 上 。 1、 横 向 送 书 机 构横 向 送 书 机 构 方 案 确 定 方 案 一 的 机 构 比 较 复 杂 ， 采 用 的 构 件 较 多 ， 加 工 成 本 高 ， 但 精度 高 ， 课 程 设 计 以 简 单 加 工 成 本 低 ， 空 间 占 用 小 为 优 先 考 虑 。然 而 ， 凸 轮 和 从 动 件 之 间 为 高 副 接 触 ， 压 强 较 大 ， 易 于 磨 损 ，而 且 传 递 的 动 力 比 较 大 ， 磨 损 就 更 加 严 重 了 。 比 较 方 案 的 机 构 简 单 ， 容 易 制 造 ， 维 护 方 便 ， 成 本 低 廉 ； 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 ； 能 起 缓 冲 和 吸 振 作 用 ， 可 使 传 动 平 稳 ， 噪 声 小 。 但 是 因 为带 传 动 受 摩 擦 力 和 带 的 弹 性 变 形 的 影 响 ， 所 以 不 能 保 证 准 确 的传 动 比 , 效 率 较 低 。 经 过 比 较 ， 推 选 第 二 种 方 案 为 最 佳 方 案 。 2、 纵 向 推 书 机 构 纵 向 推 书 机 构 的 主 要 执 行 机 构 为 凸 轮 机 构 和 连 杆 滑 块 推头 机 构 。 工 作 原 理 ： 凸 轮 为 主 动 件 ， 凸 轮 的 转 动 使 连 杆 摆 动 ， 从 而带 动 滑 块 推 头 做 往 复 运 动 ， 从 而 完 成 纵 向 推 书 动 作 。 机 构 运 动循 环 图 如 右 图 所 示 。 纵 向 推 书 机 构 在 0 120 期 间 向 包 书 机 构完 成 纵 向 推 书 动 作 ： 0 80 完 成 单 摞 推 书 ， 80 120 完 成七 摞 推 书 ， 120 220 推 头 回 退 ， 220 360 推 头 不 动 。 此 方 案 的 机 构 有 点 复 杂 ， 采用 了 凸 轮 、 摆 杆 和 连 杆 滑 块 ， 可 承受 较 大 的 载 荷 ， 利 于 润 滑 ， 磨 损 较小 ， 形 状 简 单 ， 便 于 制 造 加 工 ， 安装 简 单 ， 但 随 着 构 件 和 运 动 副 数 目的 增 加 ， 积 累 误 差 较 大 ， 传 动 精 度不 高 。 2、 纵 向 推 书 机 构对 于 本 机 构 的 平 面 连 杆 机 构运 动 分 析 平 面 连 杆 机 构 的 运 动 分 析 方 法有 很 多 ， 其 中 两 种 方 法 应 用 较 广 泛 ，即 瞬 心 法 和 杆 组 法 。 瞬 心 法 是 利 用机 构 的 瞬 时 速 度 中 心 求 解 机 构 的 运 动 问 题 。 杆 组 法 的 理 论 依 据 为 机 构组 成 原 理 。 在 这 里 选 择 杆 组 法 。 对 于 凸 轮 ， 采 用 高 副 低 代 的 方法 进 行 分 析 。 平 面 连 杆 机 构 运 动 图与 平 面 连 杆 机 构 的 杆 组 如 图 所 示 。 2、 纵 向 推 书 机 构计 算 方 法 ： 位 置 分 析 :速 度 分 析 : 加 速 度 分 析 : 3、 送 纸 机 构 送 纸 机 构 工 作 原 理 ： 用 皮 带 轮 控 制另 一 个 主 动 轮 ， 按 额 定 的 转 速 转 动 ， 通 过不 完 全 齿 轮 控 制 摩 擦 轮 的 运 动 ， 当 需 要 送纸 的 时 候 使 不 完 全 齿 轮 与 完 全 齿 轮 相 啮 合 ，实 线 送 纸 ， 不 需 要 时 使 不 完 全 齿 轮 的 圆 滑面 与 齿 轮 相 切 ， 实 现 传 纸 的 间 歇 。 优 缺 点 ： 机 构 简 单 ， 空 间 构 件 灵 活 ，稳 定 性 好 ， 设 计 简 单 ， 精 度 有 保 证 。 但 其不 完 全 齿 轮 加 工 复 杂 ， 成 本 高 ， 工 作 时 会产 生 冲 击 ， 载 荷 不 大 ， 对 机 构 整 体 的 稳 定性 影 响 不 大 。 3、 裁 纸 机 构方 案 一 ：方 案 二 ： 方 案 二 的 工 作 原 理 ： 凸 轮 为 原动 件 ， 凸 轮 推 动 推 杆 先 前 运 动 ， 上 下 两 边 的 压 块 先 压 紧 牛 皮 纸 ， 刀 具再 向 前 将 纸 裁 断 。 方 案 一 工 作 原 理 ： 曲 柄 为 主 动 件 ，曲 柄 的 转 动 带 动 摆 杆 摆 动 ， 摆 杆 的 摆动 带 动 刀 具 的 往 复 运 动 ， 从 而 完 成 裁纸 动 作 。 方 案 一 的 机 构 结 构 较 为 简 单 ， 制 作 简 单 方 便 ， 易 装 配 ， 稳 定 性 好 ， 并 满 足 剪 纸 要 求 ， 然而 ， 四 杆 机 构 的 计 算 难 度 大 ， 剪 纸 不 够 稳 定 ， 有 急 回 性 。 方 案 二 的 机 构 直 观 ， 简 单 地 实 现 裁 纸 工 作 ， 使 用 上 下 两 边 的 压 块 来 控 制 压 紧 与 切 纸 ， 裁纸 稳 定 ， 结 构 紧 凑 ， 所 占 用 的 空 间 小 。 但 装 配 困 难 。 比 较 以 上 两 种 方 案 ， 选 择 方 案 二 ， 结 构 简 单 ， 容 易 制 造 、 稳 定 性 好 ， 易 实 现 压 紧 与 剪 纸和 其 它 机 构 的 运 动 时 间 配 合 。 3、 裁 纸 机 构裁 纸 机 构 凸 轮 分 析 ：裁 纸 过 程 中 主 轴 转 角 为70 80 。 为 了 防 止 从 动 件 运动 过 程 中 产 生 冲 击 ， 要 求 推 程 时从 动 件 运 动 规 律 按 正 弦 规 律 变 化 。 回 程 过 程 中 仍 旧 按 正 弦 加 速 度 规律 设 计 凸 轮 。 凸 轮 的 最 大 推 程 为50mm， 设 计 凸 轮 从 动 件 是 直 动型 的 ， 基 圆 半 径 50mm， 滚 子 半径 10mm。设 计 裁 纸 刀 距 离 纸 张 40mm，图 为 从 动 件 运 动 位 移 与 凸 轮 转 角关 系 。 3、 裁 纸 机 构凸 轮 参 数 计 算一 、 最 大 压 力 角 凸 轮 机 构 在 运 动 过 程 中 ， 其 压 力 角 是 不 断 变 化的 。 为 了 观 察 机 构 压 力 角 的 变 化 情 况 ， 以 找 出 最大 压 力 角 ， 可 对 机 构 进 行 高 副 低 代 ， 换 成 低 副 机 构 加 以 观 察 。 滚 子 中 心 可 视 为 从 动 件 尖 端 ， 它与 理 论 轮 廓 线 形 成 高 副 接 触 。 计 算 时 可 将 某 一 位 置 时 滚 子 中 心 与 凸 轮 接 触 点 的曲 率 中 心 分 别 代 以 转 动 副 铰 接 一 个 虚 拟 构 件 来 代替 高 副 ， 从 而 得 到 一 个 曲 柄 滑 块 机 构 。经 作 图 计 算 ， 最 大 压 力 角 为=36.5 =30 38 二 、 最 小 曲 率 半 径校 核 实 际 轮 廓 线 的 最 小 曲 率 半 径 时 ，由 a min +滚 子 半 径 r = min得 最小 曲 率 半 径 ， 由 高 数 公 式 =（ x2+y2） 2/3/xy” - x”y， 并 逐 点求 解 得 最 小 曲 率 半 径min 。 4、 折 边 、 折 角 机 构折 边 机 构 方 案 对 比 ：方案一的机构通过凸轮较小幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的间隙闭合开启运动，而且可以同时折好上下边，提高了工作效率。另外，由于凸轮回转幅度较小， 因而整体机构所占空间小，整体显得十分紧凑；但是其折边的品质不能够保证，折的不是非常好，凸轮轮廓设计较困难。方案二的机构通过模拟人的双手包东西形式来包书本，虽然其机构占用的空间大，但是其保证了包书的品质，包得更好。机构简单，易设计。通过比较，为了更好地包书品质，选择方案二。方 案 一 ： 方 案 一 的 主 要 执 行 机 构 为凸 轮 、 连 杆 和 摆 杆 机 构 ， 通 过凸 轮 的 回 转 运 动 ， 带 动 连 杆 摆动 ， 进 而 实 现 假 肢 杆 件 的 间 隙闭 合 开 启 运 动 ， 实 现 折 上 下 边的 功 能 。 方 案 二 的 主 要 执 行 机 构 为 槽轮 和 圆 锥 齿 轮 机 构 ， 由 圆 柱 槽 轮机 构 带 动 折 边 机 构 ， 行 程 为150mm， 其 中 折 前 侧 边 与 两 端上 边 机 构 固 连 ， 且 两 端 的 折 边 爪比 侧 边 的 折 边 爪 滞 后 40mm， 下边 机 构 对 称 。 圆 柱 槽 轮 的 转 动 带动 折 边 爪 上 下 运 动 ， 来 完 成 折 边 的 工 作 。方 案 二 ： 4、 折 边 、 折 角 机 构折 角 机 构 方 案 对 比 ：方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 一 的 折 前 角 机 构 的 主 要 执 行机 构 为 一 个 随 轴 回 转 的 半 球 形 转 子 ，该 机 构 随 轴 转 动 ， 上 下 边 折 好 后 ， 半球 形 转 子 刚 好 转 过 来 实 现 折 前 角 的 功能 。 后 角 利 用 固 定 挡 板 折 好 。 方 案 二 的 主 要 执 行 机 构 为 一 个 随 轴 转 动 的 矩形 框 和 齿 轮 机 构 ， 该 机 构 为 由 齿 轮 带 动 的 ， 做 圆 周运 动 的 机 构 。 初 始 状 态 下 ， 两 滚 轮 所 在 平 面 平 行 于书 运 动 方 向 ， 以 便 书 两 边 所 带 的 纸 能 够 顺 利 通 过 。当 侧 边 与 两 端 上 下 边 折 起 来 之 后 ， 齿 轮 带 动 其 绕 竖直 轴 作 半 周 圆 周 运 动 ， 使 竖 直 滚 轮 掠 过 前 角 边 ， 将其 折 起 。 此 方 案 的 机 构 的 工 作 效 率 更 高 ， 因 此 选 择方 案 二 。 5、 涂 浆 、 贴 标 签 、 烘 干 机 构 涂 浆 贴 标 签 烘 干 机 构 的 工 作 原理 ： 通 过 凸 轮 的 转 动 带 动 与 凸 轮 连接 的 轮 轴 ， 并 使 其 上 面 的 水 平 板 块做 水 平 往 复 运 动 ， 四 个 长 方 体 相 邻两 长 方 体 间 隔 130140mm（ 书 摞的 宽 度 ） ， 恰 好 为 两 摞 书 中 点 之 间的 距 离 ， 在 推 书 机 构 把 第 二 摞 书 推 到 涂 浆 糊 处 ， 第 一 摞 书 恰 好 到 达 贴标 签 处 。 直 至 最 后 完 成 烘 干 。 机 构 主 要 执 行 机 构 为 移 动 凸 轮和 曲 柄 滑 块 机 构 ， 曲 柄 的 转 动 带 动 移动 凸 轮 上 下 移 动 ， 使 涂 浆 贴 标 签 烘 干触 头 前 后 移 动 ， 从 而 完 成 涂 浆 贴 标 签和 烘 干 的 工 作 。 6、 传 动 机 构传 动 装 置 设 计 ：传 动 装 置 的 高 速 级 齿 轮 z1做 成 斜 齿 轮 ， 低 速级 齿 轮 做 成 直 齿 轮 。 结 构 较 复 杂 ， 但 齿 轮 对 于 轴承 对 称 布 置 ， 载 荷 沿 齿 宽 均 匀 发 布 ， 轴 承 受 载 均匀 。 适 合 运 用 于 变 载 荷 场 合 。 电 动 机 选 择 常 用1000r/min的 电 机 。传 动 比 计 算 ： 由 选 定 的 数 据 ： 电 动 机 转 速 n1=1000r/min， 主 轴 转 速 n4=10r/min， 传 动 比 为100可 通 过 计 算 得 到 各 个 齿 轮 的 齿 数 。 计 算 过 程 ： i14=d2*z2*z4 d1*z1*z3=100取 轮 1直 径 d1=15mm ， 轮 2直 径 d2=25mm ， z1=20 ， z2=135 ， z3=18 ， z4=160，模 数 m=2 ， 压 力 角 =20 各 机 构 运 动 循 环 图 以 主 轴 O的 转 角 表 示 运 动 时 间 ， 说 明 如 下 ： 主 轴 O 转 动 150 为 横 向 送 书 机 构 静 止 时 间 ；再 转 动 190 横 向 送 书 机 构 将 书 推 送 到 位 ； 再 转动 20 期 间 横 向 送 书 机 构 回 到 起 始 位 置 。2 主 轴 从 0 转 动 到 120 为 推 书 时 间 ； 从120 到 220 为 快 速 退 回 时 间 ； 从 220 到 360为 停 止 不 动 时 间 。 主 轴 O转 动 330 为 裁 切 机 构 静 止 的 时 间 ； 再转 动 10 为 裁 刀 裁 切 的 时 间 ； 再 转 动 20 为 裁 刀复 位 的 时 间 。 主 轴 O 转 动 180 为 折 侧 边 、 折 两 端 上 下 边 、 折前 角 各 机 构 静 止 的 时 间 ； 再 转 动 160 为 各 机 构折 边 的 时 间 ； 再 转 动 20 为 各 机 构 复 位 的 时 间 。 四、方案设计注意事项1)要 求 推 书 机 构 执 行 构 件 的 运 动 为 间 歇 移 动 。 能 满 足 这 一 运 动 要 求 的 有 移 动 从 动 杆 圆 柱凸 轮 机 构 ， 移 动 从 动 杆 圆 盘 凸 轮 机 构 或 凸 轮 机 构 与 曲 柄 滑 块 机 构 的 组 合 机 构 等 。2) 送 纸 机 构 可 采 用 橡 胶 摩 擦 轮 传 动 ， 将 纸 自 上 而 下 地 传 送 ， 传 送 一 定 量 距 离 后 ， 与 最后 一 个 摩 擦 轮 同 轴 的 盘 形 凸 轮 推 动 裁 纸 刀 将 纸 裁 断 。 3)折 边 机 构 的 执 行 构 件 可 采 用 曲 柄 摇 杆 机 构 或 摆 动 凸 轮 机 构 的 摆 杆 来 担 任 。4)实 现 各 分 功 能 要 求 的 机 构 由 同 一 主 轴 驱 动 ， 在 一 个 循 环 周 期 内 ， 各 执 行 构 件 交 替 动 作 ，不 能 互 相 干 涉 和 延 迟 ， 在 设 计 中 应 考 虑 给 予 一 定 的 余 量 。 5） 要 求 所 设 计 机 构 的 性 能 要 良 好 ， 结 构 简 单 紧 凑 ， 节 省 动 力 ， 寿 命 长 ， 便 于 制 造 。