机械原理课程设计书本打包机设计

湖南工业大学科技学院机械原理课程设计课程设计说明书 课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 书本打包机设计 专 业：机械设计制造及其自动化 班级：0902学生姓名: 学 号: 指导教师: 湖南工业大学科技学院教务部 制2011 年 6 月 25 日I目 录1.绪论2 1.1、课程设计题目2 1.2、工艺动作分解2 1.3、设计要求32.课程设计题目分析4 2.1、总功能要求4 2.2、总功能分解4 2.3、书本打包机设计参数的选择4 2.4、各部分执行机构的设计5 2.5、书本打包机整体机构简图7 2.6、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Pro/E结构简图（附录）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10 4.1、电动机到主轴间的减速机构计算104.2、推书机构的连杆机构计算104.3、推书机构中的槽轮机构分析114.4、凸轮机构的计算125.课程设计心得体会15附：各部分机构的Pro/E结构图1 绪论随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的机械产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括机械设备的功能分析、工作原理方案设计和机械运动方案设计等。这些设计内容可作为机械原理课程设计的内容。很明显，产品设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成机械产品灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行机械原理设计能力的培养。为了培养学生的开发和创新机械产品的能力，高等学校工科本科机械原理课程教学基本要求中对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中的某些机构进行分析和设计。”在机械原理课程中加强机械运动简图能力的培养，已越来越为广大师生所认识。1.1课程设计题目课程设计题目：自动压片成形机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工艺动作分解书本打包机的用途是要把一摞书 （如20 本一包） 用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签 （图 1-1）。包、封的工艺顺序如图 1-2 所示。图1-1 图1-2其工艺过程如下所述 ：横向送书 （送一摞书）。 纵向推书前进 （推一摞书） 到工位 a，使它与工位 b g上的 6 摞书贴紧。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。继续推书前进一摞书的位置到工位 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。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的书摞推至工位 d，此位置是两端涂糨糊的位置。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 总功能要求将若干本一摞书用牛皮纸包成一包，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。（3）、裁制机构：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、工作可靠、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：1000 r/min生产率：20摞/min成品尺寸：长，180220；宽，130140；高，180220；2.4各部分执行机构的设计 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 坐标轴示意图如下：3.各部分机构的设计3.1各部分机构的Pro/E结构简图（见附录） 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（见第四章的齿轮系传动比计算）3.2各部分机构的设计方案说明(1). 横纵向推书机构方案比较如下：纵横推进机构间歇运动机构 传动运动机构 直线运动机构 槽轮机构 不完全齿 轮 凸轮机构 圆柱齿轮 圆锥齿轮 蜗轮蜗杆 曲柄滑块 凸轮机构 简单 ，易实现，成本低 运动精确 运动精 确 没冲击 易实现同向变速 不同方向传动和变速 垂直方向传动 加工简单成本低 运动精确，没冲击 运动不精确 有冲击，加工复杂，成本高 易磨损，加工成本高 只可同向传动 加工复杂 成本高，角度不易变 占空间，对杆长要求高 易磨损，加工成本高 通过三种机构的对比，选择间歇性运动机构当中的槽轮机构。 （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减速机构的示意图如下： 由选定的数据：电动机转速n1=1000r/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10。计算过程： i14=z2*z3*z4z1*z2*z3=100可取： z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z2=15 z3=20 模数m=2 压力角=20 4.2推书机构的连杆机构计算连杆机构的示意图如下所示：B为连杆机构的一般位置，A和C分别为连杆端点的左右极限位置。又因为推书行程为H=AC=400mm。设R为等效曲柄半径，d为连杆长度，aA=x当机构出于拉直共线和重合共线两种位置时，连杆的推程分别取最大值和最小值。由几何关系可列出：(d+R)=R+（H+x）2Rd x=d-H/2联立上式解得：R（d+1）=36 单位：m根据关系式可取：R=300mm d=1100mm 4.3推书机构中的槽轮机构分析槽轮机构的示意图： 两槽轮的运动时序如下：主轴转角机构运动规律0-90度横向槽轮运动90度：带动横向推进机构运动一个来回90-110度横纵向机构均不运动110-200度纵向槽轮运动90度：带动纵向推进机构运动一个来回200-360度送书机构停止，包书机构工作4.4凸轮机构的计算 4.4.1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：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。 4.4.2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，则滚子从动件所在的杆端A的运动距离可根据来计算。其距离为h=Lsin(90-)。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： 滚子从动件的运动线图如下： 凸轮的示意图如下：AOB所夹的大于180的角为-。 AOB所夹的小于180的角为。4.4.3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180340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。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。凸轮及从动件的位移线图如下：5课程设计心得体会 为期一周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中我学到了一些除书本知识以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 当我在设计当中遇到问题时,必须要有斟酌的态度才会收到效果。我记得有位老师说过,有些事情的产生是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这一句话至今为止我都牢牢的记在心里。 这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 - 16 -