全自動書本打包機結構設計及分析

1、xx大學專業(yè)綜合訓練說明書項目名稱： 全自動書本打包機結構設計與分析姓 名： 指導教師： 職稱： 2013-12目 錄小組分工及貢獻1摘要2第1章 緒論31.1 課題背景31.2 設計研制書本打包機特點及使用范圍3第2章 系統(tǒng)設計及參數(shù)計算42.1 系統(tǒng)組成、布局和方案設計42.1.1 機構選擇總體布局及方案設計42.1.2 系統(tǒng)總體布局的確定52.2 參數(shù)計算62.2.1系統(tǒng)所需功率的計算62.2.2減速器的選取82.2.3 V帶和帶輪設計（GB/T 13575.1-1992）92.2.4鏈輪鏈條設計（GB/T 1243-1997）122.2.5凸輪設計計算142.2.6軸的設計計算（查表均

2、為機械設計師手冊）162.2.7錐齒輪的設計計算19第3章 三維設計233.1 書本打包機三維設計展示23第4章 結論25第5章 參考文獻26 小組分工及貢獻小組成員完成總體方案設計和三維圖裝配；xxx完成書本打包機的參數(shù)計算；xxx完成三維模型的設計；xxx完成說明書的整理；xxx完成三維模型的裝配及仿真；xxx完成PPT制作摘要書本打包機是印刷廠為了把印刷的圖書更快，更美觀的把圖書包裝起來而設計的專門用來打包書本的機構。書本打包機的設計主要分為：提出構思，設計方案，分析可行性，畫出機構運動簡圖，零部件設計，三維實體繪制，運動仿真。其原理主要分為推書機構，送紙機構，裁紙機構，折紙包裝機構和傳

3、動機構。在包裝過程中，幾個機構相互配合而進行打包。對打包機機進行三維模型仿真，更為形象的展示書本打包機的工作狀態(tài)。關鍵詞打包機 電機選擇 凸輪設計計算 三維仿真第1章 緒論1.1 課題背景此次專業(yè)綜合訓練，我組選題為書本打包機三維設計及仿真。在該課題開始前，我們對書本打包機做了簡要了解。打包機通常是將單個或數(shù)個包裝物用繩、鋼帶、塑料帶捆緊扎牢以便于運輸、保管和裝卸的一種包裝作業(yè)機器。而對于書本之類容易受潮或撕壞的產(chǎn)品一般采用牛皮紙包裝。我國擁有龐大的圖書市場，尤其是在學校以及學校周存在極大的包裝配送需求。長期以來，我國各地印制好的書籍大部分都是采用人工打包，工作強度大，并且效率低，而且由于不同

4、工人的技術熟練程度可能會造成浪費，不利于人力物力資源的良好利用。盡管近幾年國內包裝機械發(fā)展迅速，尤其是在書籍、報刊等方面獲得廣泛推廣。但依然存在著企業(yè)規(guī)模偏小、技術裝備不很完善，自我發(fā)展和技術設計開發(fā)能力較弱的問題，尤其是產(chǎn)品種類單一，技術含量、附加值較低問題突出。為了改善工作條件，提高生產(chǎn)率及質量使我國的印刷包裝行業(yè)達到世界先進水平，設計工作穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)良的、便于工人操作、耗電量少且成本較低的打包機是非常必要的。我們設計的打包機滿足這些要求，并盡量完善對打包機的設計及三維仿真。1.2 設計研制書本打包機特點及使用范圍 該書本打包機能夠實現(xiàn)對書摞的快速打包，生產(chǎn)效率高、工作穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)

5、良的、便于工人操作、耗電量少且成本較低，有效地降低了工人的工作強度，提高了工作效率。該書本打包機可應用于各書本雜志印刷企業(yè)，對出版物進行快速打包，以方便后續(xù)物流運輸。 第2章 系統(tǒng)設計及參數(shù)計算2.1 系統(tǒng)組成、布局和方案設計打包機由送書系統(tǒng)，推書系統(tǒng)，送紙系統(tǒng)，裁紙系統(tǒng)，落書系統(tǒng)，折邊系統(tǒng)，涂膠系統(tǒng)，貼標系統(tǒng)，烘干系統(tǒng)能夠等組成。系統(tǒng)主要為間歇直線運動和間歇往復運動。2.1.1 機構選擇總體布局及方案設計1）初選機構1. 送紙：摩擦輥+步進電機2. 裁紙：步進電機+皮帶+刀/曲柄滑塊3. 送書：帶+不完全齒輪/帶+槽輪4. 推書：齒輪齒條/四桿滑塊/圓柱凸輪5. 升降：圓柱凸輪6. 折前邊：

6、四桿滑塊/圓柱凸輪/齒輪齒條7. 折后邊：機械8. 折側邊：機械9. 涂膠：膠刷+回轉軸10. 貼標：曲柄滑塊/凸輪11. 烘干：曲柄滑塊/凸輪2）確定機構1. 送紙：摩擦輥+步進電機2. 裁紙：步進電機+皮帶+刀3. 送書：帶+不完全齒輪4. 推書：圓柱凸輪5. 升降：圓柱凸輪6. 折前邊：圓柱凸輪7. 折后邊：機械8. 折側邊：機械9. 涂膠：曲柄滑塊+凸輪10. 貼標：曲柄滑塊+凸輪11. 烘干：曲柄滑塊+凸輪3）傳動鏈選擇平行軸系間選擇鏈傳動，垂直軸之間選擇錐齒輪傳動。由于各機構之間工作間歇時間相同，周期相同，故各軸間傳動比均為i=1。2.1.2 系統(tǒng)總體布局的確定根據(jù)書摞尺寸長260

7、mm寬184mm高150mm，初步估計各機構運動行程，進而初步確定系統(tǒng)總體尺寸。圖2.1 書本打包機整體布局圖2.2 運動循環(huán)圖2.2 參數(shù)計算2.2.1系統(tǒng)所需功率的計算1）系統(tǒng)基本參數(shù)：1書摞尺寸：長：260mm寬：184mm高：150mm書摞質量：4.0kg2紙卷直徑d=400mm，寬度430mm。3摩擦系數(shù)1=0.2（紙-鋼），2=0.5（紙-帶）4工作效率：10摞/min2）各機構所需功率計算（設傳送帶上同時容納6摞書，升降臺重1kg）1各機構理論功率送書：P1= N2mgV1=60.54.0100.136=20.4W推書：P2=1mgV2=0.24.0100.15=1.2W升降：P

8、3=（m+M）gV3=5.0100.17=8.5W折前邊：P4=N1mgV4=60.24.0100.13=6.24W刷膠：P5=6Fv5=640.01=0.24W各傳動機構效率圓柱凸輪效率1=0.94鏈傳動效率2=0.96錐齒輪效率3=0.97軸承效率4=0.98聯(lián)軸器效率5=0.99減速器效率6=0.63V帶效率7=0.962各機構實際功率送書：44.83W推書：2.34W升降：18.25W折前邊：14.02W刷膠：0.58W 總功率：80.02W3.選取電動機選電動機CO2-7124，功率180W，電流2.49A，220V，50Hz，額定轉速1400r/min，效率=53%。電動機實際功率

9、為1800.53=95.480.02，滿足工作要求。圖2.3 電動機圖2.2.2減速器的選取圖2.4 蝸輪蝸桿減速器1.確定減速器公稱速比49.5 由機械設計師手冊，表19-41查取公稱速比i0=50。2.選類型 選用蝸桿下置式，即CWU型，用風扇冷卻。3.瞬時尖峰載荷的校核起動轉矩由機械設計師手冊，表19-41查得T2 2.5T2=2.5223=557.5 ，T2max20mm。滿足要求。 7.初定軸間距a=515mm，得軸間距aop=32.441。8.鏈長節(jié)數(shù)Lp=2aop+Z=81.882。 圓整取Lp=82。 9.鏈條長度L1.30m 10.中心距a，（，82-17=65）得515.9

10、4mm。11.實際中心距514mm。12.鏈速v 0.045m/s。 13.有效圓周力F 977.78N 14.潤滑方式的選定根據(jù)節(jié)距p=15.875和鏈條速度v=0.045m/s選用油刷或油壺人工定期潤滑方式。15.鏈條標記：根據(jù)設計計算結果，采用單排10A滾子鏈，節(jié)距為15.875mm，節(jié)數(shù)為82節(jié)，其標記為：10A-1-82 GB/T 1243-1997。16.計算鏈輪幾何尺寸并繪制工作圖。鏈輪齒數(shù)Z Z=17，配用鏈條 節(jié)距p p=15.875mm，滾子直徑dr dr=10.16mm，分度圓直徑d 86.39mm，齒頂圓直徑da 93.49mm，（按三圓弧一直線齒形計算）齒根圓直徑df

11、 76.23mm，分度圓弦齒高ha 4.29mm，最大齒根圓距離Lx 75.86mm，齒側凸緣直徑dg dg68.84mm。2.2.5凸輪設計計算圖2.7 凸輪設計計算已知條件：盤形凸輪的推程運動角為，遠程休止角為，回程運動角為，基圓半徑，行程h=10mm，正弦曲線運動規(guī)律，求理論輪廓，。凸輪運動曲線請見圖推程時從動件方程:S=;V=回程時從動件運動方程S=；理論輪廓 ； ； 圖2.8 分度凸輪運動曲線凸輪輪廓設計參數(shù)見下表。表2.1 x-x參數(shù)計算表S0015015050.17015.1121.32215.1705100.67015.4322.72115.67010151.46515.904

12、4.26116.46515202.50516.4495.98717.50520253.71016.9577.90718.71025305.01017.32910.00520.01030356.30517.45212.22021.30535407.51017.24414.46922.51040458.54516.64916.64923.54545509.33515.64218.64224.33550559.83514.24520.34424.83555601012.521.65125.60651012.521.65125.65701012.521.65125.701151012.521.6512

13、51151201012.521.651251201259.83514.24520.34424.8351251309.33515.64218.64224.3351301358.54516.64916.64923.5451351407.51017.24414.46922.5101401456.30517.45212.22021.3051451505.01017.32910.00520.0101501553.71016.9577.90718.7101551602.50516.4495.98717.5051601651.46515.9044.26116.4651651700.67015.4322.72

14、115.6701701750.17015.1121.32215.1701751800150151801850150151851900150151903600150153602.2.6軸的設計計算（查表均為機械設計師手冊）1.選擇軸的材料該軸傳動小功率，且轉速低，故選用45鋼，調質處理，其力學性能由表21-1查得，由表21-23查得A=112。2.初步估算軸的直徑，取d=17mm。3.軸的結構設計（1）初步選擇滾動軸承根據(jù)軸的受力，選擇60000型深溝球軸承，初選滾動軸承為6003，其尺寸為dDB=17mm35mm10mm，采用套筒軸向定位套筒長度10mm。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直

15、徑及長度。裝軸承及套筒段長度L1=B+L套+1=21mm，直徑d1=17mm，裝齒輪段長度L2=B-1=14mm，直徑d2=20mm，齒輪側軸向固定軸肩長度L3=5mm，直徑d3=25mm，裝鏈輪段長度L4=B-1=14mm，直徑d4=20mm，裝軸承及套筒段長度L5=21mm，直徑d5=17mm。軸總長L=L1+L2+L3+L4+L5=75mm至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段長度和直徑。4.軸的受力分析（1）軸受外力的計算軸傳遞的轉矩 T1=9.55106P/n =9.551060.032/10 =30260 齒輪的圓周力 Ft=2T1/d1=230260/360=168.11N齒輪的徑向力 F

16、r=Ft/cos =168.11/cos20 =178.9N齒輪的軸向力 Fa=0鏈輪的圓周力 F=1000P/v =10000.032/0.045 =711.11N鏈輪的轉矩 T2=Fd/2=711.1186.39/2 =30716（2）求支反力水平面：136N 406.8N垂直面：117.0N 61.9N（3）計算彎矩、轉矩并畫彎矩圖水平面：M1= M2=垂直面：Mc=合成彎矩：M=得 Mab=4036 Mbc=9258轉矩： T=T1+T2=60976繪制軸的受力，彎矩，轉矩圖，見圖2.9圖2.9 軸的受力，彎矩，轉矩圖（4）校核軸的強度選擇計算彎矩較大，軸直徑較小的軸剖面校核計算，這里

17、截面bc計算彎矩最大，截面ab彎矩亦較大，軸徑最小，確定校核此兩截面。轉矩按脈動循環(huán)變化計算，由表21-24的公式 兩截面均有，安全。2.2.7錐齒輪的設計計算圖2.10 錐齒輪設計計算1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）圓錐齒輪其速度不高，轉速10r/min，選用7級精度（GB10095.1-2001） （2）材料選擇 錐齒輪的材料為45鋼（調質），硬度為240HBS。（3）選取齒數(shù) 選小齒輪齒數(shù)Z1=23，傳動比=1，Z2=Z1=23， （4）選取齒寬系數(shù) 2、按齒面接觸強度設計 按式（1） 確定載荷系數(shù)K 由表6-4得使用系數(shù)，估計圓周速度。所以，查教材圖6-11a得動載系數(shù) 由

18、圖6-17，得齒向載荷分布系數(shù)，齒間載荷系數(shù) ，則 K= 。（2）計算轉矩 小齒輪傳遞的轉矩為。（3）由教材圖6-19查得區(qū)域系數(shù) 。（4）由教材表6-5查得彈性影響系數(shù) （5）計算應力循環(huán)次數(shù) 由教材式6-25得（6）由教材圖6-27c)查得接觸疲勞極限應力=590MPa由教材圖6-27b) =470MPa。（7）由教材圖6-25查得壽命系數(shù)（允許一定的點蝕）。（8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1， 取。（9）試算小齒輪分度圓直徑（10）計算圓周速度 （11）修正載荷系數(shù) 按 查得（12）校正試算的分度圓直徑 （13）計算大端模數(shù) 圓整為標準值 m=2.0mm（14）

19、 計算分度圓錐角、錐距，（15）計算大端分度圓直徑 （16）確定齒寬 圓整取3、校核齒根彎曲疲勞強度 由式6-22得（1）計算當量齒數(shù) ，（2）查取齒形系數(shù) 由圖6-21 （3）查取應力修正系數(shù) 由圖6-22 （4）查取彎曲疲勞極限應力及壽命系數(shù) =450MPa 由圖6-28b) =390MPa查得 （5）計算彎曲疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=，得（6）計算彎曲應力 合適第3章 三維設計3.1 書本打包機三維設計展示 利用PRO E三維軟件對書本打包機進行三維模擬，部分結構展示如下：（1）整體展示：圖3.1書本打包機整體三維圖（2）送書機構圖3.2 送書機構示意圖（3）推書機構圖3.3 推書機構示意圖（4）推書折紙機構圖3.4 推書折紙機構示意第4章 結論經(jīng)過近一個月的努力,我們終于將專業(yè)綜合訓練課程設計做完了。小組成員初期搜集參考了很多現(xiàn)有的技術，并從中確定了自己的功能原理方案。但是經(jīng)過與老師的