一次性紙杯分杯器機械原理課程設計說明書

1、武漢工程大學機械原理課程設計說明書 一次性紙杯分杯器一次性紙杯分杯器院院 系：系： 機電工程學院機電工程學院專專 業(yè)：業(yè)： 過程裝備與控制工程過程裝備與控制工程班班 級：級： 03 班班設設 計計 者：者： 趙趙 晨晨 0903020328 袁望生袁望生 0903020327 楊楊 丹丹 0903020326輔導老師：輔導老師： 趙蕓蕓趙蕓蕓 2011 年年 6 月月 27 日日7 月月 8 日日1目目 錄錄摘摘 要要.3abstract.4第一章第一章 前言前言.51.1 機械設計課程的目的 .51.2 機械設計課程的任務 .51.3 機械設計課程設計的步驟 .5第二章第二章 設計簡介設計簡

2、介.72.1 設計背景 .72.2 設計條件和要求 .72.3 擬設計思路 .7第三章第三章 設計方案對比選擇設計方案對比選擇.83.1 方案的擬定 .83.2 評價方案表 .10第四章第四章 設計任務設計任務.134.1 一次性紙杯分杯器動畫仿真圖.134.2 設計原理.144.3 具體操作步驟.144.4 各部分原理圖及運動分析.15參考文獻參考文獻.172致致 謝謝.18武漢工程大學機械原理課程設計說明書3摘摘 要要本設計針對現(xiàn)在家用飲水機飲用時所需紙杯拿取不便的問題，設計一種基于 v 型夾指機構的一次性紙杯分杯系統(tǒng)。當使用者按動系統(tǒng)按鈕時，通過 v 型夾的動作分離最下方的紙杯，使其落下

3、以提供使用。這樣既保證了紙杯拿取的便捷性，也確保其衛(wèi)生潔凈。該系統(tǒng)構造簡單，造價低廉，具有一定的實用價值。關鍵詞：v 型夾指機構 紙杯分杯 便捷性 衛(wèi)生潔凈武漢工程大學機械原理課程設計說明書4abstractbased on the problem of the inconvenience of taking the paper caps out when using the water dispenser, this project designs a promoted v clamping device for fabricating a system to separate paper

4、caps. when the user press the button of this system, it will divide the paper cap at the bottom letting it drop down to provide use. this design can not only ensure the facility of getting the cap but also guarantee the clean of it. the system is simple in structure, low cost, which has certain prac

5、tical value.key words: v clamping device; separate paper caps; convenience; health and clean武漢工程大學機械原理課程設計說明書5第一章第一章 前言前言1.1 機械設計課程的目的機械設計課程的目的機械原理課程設計是使學生較全面、系統(tǒng)掌握機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生“初步具有確定機械運動方案，分析和設計機械的能力”及“開發(fā)創(chuàng)新能力”的一種手段。其目的是：1）以機械系統(tǒng)運動方案設計與擬定為結合點，把機械原理課程中分散于各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識；2）

6、通過擬定機械運動方案的訓練，使學生初步具有機構選型與組合和確定運動方案的能力；3）使學生在了解機械運動的變換與傳遞及力的傳遞的過程中，對機械的運動、動力分析與設計有一個較完整的概念；4）進一步提高學生運算、繪圖、運用計算機和技術資料的能力；5）通過編寫說明書，培養(yǎng)學生表達、歸納、總結和獨立思考與分析的能力。1.2 機械設計課程的任務機械設計課程的任務 機械設計的任務一般是設計一般機械的傳動裝置或簡單機械，此次課程設計主要是設計與生活和娛樂相關的簡單機械，為人們的生活帶來便利與樂趣。其任務通常包括：對給定的設計要求進行分析，將總功能分解；制定機構運動循環(huán)圖；設計實現(xiàn)各個分功能的機構運動原理，構成

7、幾種運動方案，對各個運動方案進行對比和選擇；對選定方案中的機構進行分析與設計，畫出機構運動簡圖；對機構進行必要的運動和動力分析。1.3 機械設計課程設計的步驟機械設計課程設計的步驟任何一部新的機械都要經過設計、研制、生產和使用等四個階段，其中設計階段通常分為機構運動設計和結構設計，機構運動設計是根據(jù)機械的設計任務和要求，擬定機械中各機構的方案，利用機械原理課程的理論知識，對該機構方案進行結構分析、運動分析和動力分析，從而設計出滿足使用要求、經濟武漢工程大學機械原理課程設計說明書6可靠、運動性能和動力性能優(yōu)異的機構。而結構設計則是根據(jù)機械中各構件的工況參數(shù)和失效形式，選擇合理的材料，確定合理的幾

8、何形狀和尺寸，繪制具體零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。經過審批投入試制，通過試驗考證后才能正式投入生產。因此，機構結構設計是機構運動設計后所進行的設計階段，是把具有發(fā)明創(chuàng)造性的機構方案設計轉化為實際應用機械的具體實施設計階段，而機構方案設計是機構運動設計的重要組成部分，機構運動設計正是機械原理課程設計的主要任務。 機構原理課程設計是在機械原理課程進行中或完成后集中進行的教學環(huán)節(jié)，它是在教師指導下由學生獨立完成的。每個學生都應明確課程設計的任務和要求，擬定設計計劃，保證設計進度、設計質量，按時完成課程設計。在設計過程中，提倡獨立思考、深入鉆研，主動地、創(chuàng)造性地進行設計工作。要求設計態(tài)度嚴肅認真

9、、一絲不茍，反對不求甚解，這樣才能確保課程設計達到教學基本要求，并在設計思想、方法和技能等方面得到良好的訓練和提高。機械原理課程設計一般分為下面幾個階段： （1）設計準備 認真研究設計任務書，明確設計要求、條件、內容和步驟，收集和閱讀有關資料、圖樣，復習有關課程知識；準備設計所需的工具和用具，擬定設計計劃。 （2）機構方案設計 根據(jù)設計任務書的要求，繪制各種方案的機構運動簡圖，進行機構的選型和組合，研究運動形式的變換與聯(lián)接，并對機構進行結構分析和性能比較，繪制出傳動系統(tǒng)示意圖。 （3）機構運動設計對所選定的機構方案進行運動綜合，要求既滿足機械的用途、功能和工藝條件等要求，又滿足機構原動件運動規(guī)

10、律及機構位置、速度和加速度等運動參數(shù)的要求，并將機構運動簡圖、速度圖和加速度圖以及相應的運動線圖畫在圖紙上。 （4）機構動力設計 在機構的運動設計基礎上，根據(jù)各構件的質量及轉動慣量確定機構的慣性力、慣性力偶矩、各位置的運動副反力及應加于原動件上的平衡力矩，繪制平衡力矩及運動副反力的變化線圖，以便清楚地了解在一個運動循環(huán)中，平衡力矩及運動副反力的變化情況。 （5）整理說明書 將課程設計的有關內容和設計體會以文字形式編寫成說明武漢工程大學機械原理課程設計說明書7書。第二章第二章 設計簡介設計簡介2.1 設計背景設計背景本次設計利用互聯(lián)網，對認識的好友家人共 98 人進行了調查，其中擁有飲水機的人數(shù)

11、為 63 人。大部分人都認為使用飲水機的時候，特別是有客人來的時候，取用紙杯較為麻煩，而且長時間存放，用手取的時候也不夠衛(wèi)生潔凈?；诖蠹覍τ谌∮眉埍谋憬菪院托l(wèi)生性的要求，本次課程設計將設計一種一次性紙杯分離器，既保證取用時的便捷性，也確保其衛(wèi)生安全。2.2 設計條件和要求設計條件和要求設計成品需外形美觀大氣，操作簡單，適用紙杯范圍廣，安全省力，出杯輕松，并且出杯率高，只要輕輕地摁下按鈕，紙杯就會落下一個至出杯卡口處，然后橫向取出即可。1.產品原材料應采用 pc，abs 組成，具有抗沖擊，抗老化，阻燃，不發(fā)黃，可抗 100 萬次以上疲勞伸拉，經久耐用，完全符合歐盟環(huán)保 rohs 標準。2.產

12、品結構應全部采用插拔式連接，易卸易裝易清洗。3.固定紙杯裝置牢固，易放置紙杯。4.下沉式按鈕設計，出杯率高。5.設計可直接用螺絲固定于墻壁或櫥柜側面兩旁。2.3 擬設計思路擬設計思路 本次設計針對 9 盎司容量的一次性紙杯，需要在一摞紙杯（10-20 個）中迅速分離一個以便使用。對于一次性紙杯的分離，首先要能在一摞紙杯中找到第一個或者最后一個紙杯，利用夾指機構卡在其與剩余于紙杯之間，通過推動使其產生張力，從而達到分離紙杯的效果。此次擬設計兩種設計思路，一種是分離最上方的紙杯，另一種則是分離最下方的紙杯。武漢工程大學機械原理課程設計說明書8第三章第三章 設計方案對比選擇設計方案對比選擇3.1 方

13、案的擬定方案的擬定方案 1：圖圖 3-1上圖這種自動取杯器，其特點是由取杯部件、底座和翠杯筒所組成，取杯部件包括固定支捧體和取杯推片，固定支律體垂直固定在底座上，其中有開口供杯子穿過，并在開口周緣有中空凸栓，取杯推片有推桿和阻擋片形成環(huán)體，裝在固定支律體間隙內，其前端彈贊頂?shù)衷诘鬃?，推桿內緣對應有凸塊，凸武漢工程大學機械原理課程設計說明書9塊有斜端面，底座上有柱桿.按壓取杯推片，且利用凸塊的傾斜端面將相登合的杯子分離，而達到每次僅取出一紙杯，操作簡便。但是它不衛(wèi)生 容易把杯子擠癟，特別是擠癟后就得用手去暴力取出來，杯口對著地面有沒有較好的防護機構，因而容易沾染灰塵細菌。方案 2：圖圖 3-2

14、上圖這種自動取杯器杯口朝上，主要運用的是夾指機構，利用它的張開和閉合來控制杯子的自動取出，其具體的工作原理在進行運動分析的時候會做進一步詳細的分析，由于杯口朝上，夾指機構裝在杯筒上，杯筒上面用蓋子蓋住，這樣杯子就處于一個非常干凈的環(huán)境中，而不用擔心灰塵的進入，就方案一來說，不存在把杯子擠癟的情況武漢工程大學機械原理課程設計說明書103.2 評價方案表評價方案表方案一：表表 3-13-1序號評價項目評價等級評價分數(shù)1功能目標完成情況很好好較好不太好不好62工作原理的先進性先進較先進一般低53系統(tǒng)的工作效率高較高一般低74系統(tǒng)機械傳動的精度高較高一般低75系統(tǒng)的復雜程度簡單較復雜復雜66系統(tǒng)方案的

15、使用性使用一般不使用67系統(tǒng)方案的可靠性可靠較可靠一般不可靠88系統(tǒng)方案的新穎性新穎較新穎不新穎8武漢工程大學機械原理課程設計說明書119系統(tǒng)方案的經濟成本低較低高較高810系統(tǒng)方案的環(huán)保問題好較好不好10評價分數(shù)累計71方案 2： 表表 3-23-2序號評價項目評價等級評價分數(shù)1功能目標完成情況很好好較好不太好不好102工作原理的先進性先進較先進一般低63系統(tǒng)的工作效率高較高一般低84系統(tǒng)機械傳動的精度高較高一般低105系統(tǒng)的復雜程度簡單較復雜復雜106系統(tǒng)方案的使用性使用一般不使用87系統(tǒng)方案的可靠可靠10武漢工程大學機械原理課程設計說明書12性較可靠一般不可靠8系統(tǒng)方案的新穎性新穎較新穎

16、不新穎89系統(tǒng)方案的經濟成本低較低高較高810系統(tǒng)方案的環(huán)保問題好較好不好6評價分數(shù)累計84根據(jù)以上兩運動方案評價表 3-1 與 3-2，可看出方案 2 要優(yōu)與方案 1，故本設計采用方案 2武漢工程大學機械原理課程設計說明書13第四章第四章 設計任務設計任務4.1 一次性紙杯分杯器動畫仿真圖一次性紙杯分杯器動畫仿真圖圖圖 4-1圖圖 4-2圖圖 4-34-3武漢工程大學機械原理課程設計說明書14圖圖 4-44.2 設計原理設計原理本研究設計的一次性紙杯分杯器，利用兩個稍加改進的 v 型夾指機構，通過一個豎直桿件的連接，一個夾持并控制紙杯杯身的機構，另一個利用按鈕擠壓夾指機構形成張角，彈開最下方

17、的紙杯，以此構成此一次性紙杯分杯器。此機構的特點是滿足了廣大消費者的對一次性紙杯不易分離，且不夠衛(wèi)生的需求，使消費者在使用飲水機或其他飲料機構時拿取紙杯變得更加便利，并保證杯口不被污染。通過選用本方案中的元件，該一次性紙杯分杯器能夠快速從一摞紙杯中分離出將要使用的紙杯，并保證其衛(wèi)生。其主要功能是實現(xiàn)一次性紙杯的半自動分離，便于拿取。4.3 具體操作步驟具體操作步驟1.使用者用手指輕輕按動按鈕，按鈕推動豎直桿件向前運動。武漢工程大學機械原理課程設計說明書152.桿件的運動推動上部分運動系統(tǒng)中彈簧的收縮，彈簧使其左部 v 型夾指機構向前移動，兩半圓片插入兩杯縫中，并使 v 型桿件張開一個張角，即將

18、最下面一個紙杯與上層紙杯分開。3.桿件的運動同時也推動下部分運動系統(tǒng)中 v 型桿件的張開，使最下面的紙杯在自身重力的作用下掉落，達到分離紙杯的目的。4.使用者手指松開，彈簧還原，裝置復位。4.4 各部分原理圖及運動分析各部分原理圖及運動分析圖 4-5 是取杯器分離杯子的機構，它由普通夾指機構改造而來，當推桿向左邊運動時，兩夾指繞著固定銷轉動，而使夾指頭部兩環(huán)分別上下張開，從而達到將兩個杯子分開掉下的目的。圖圖 4-5此處可以設推桿推程為 x,單個夾指轉角為 ，則： tan=x/20 （式 4-1）而單個夾指上升距離近似為： h= 20sin/sin40 （式 4-2） h/x=cos/sin4

19、0 （式 4-3）當 x=5 時，由上述關系可求得 h=7.55.也就是說這時夾指會張開 15 毫米，足夠讓杯子掉下，而在此同時下面的夾杯子機構在按下按鈕之前的作用是讓杯子不會掉下，上面的夾指機構張開將杯子分離后，下面兩環(huán)在水平夾指機構的武漢工程大學機械原理課程設計說明書16作用下向外拉開距離使得杯口能夠通過。下面是對下部分機構運動行程可行性分析：圖圖 4-6同樣的，設推桿推程為 x，夾指水平張角為 : tan=x/20 （式 4-4）單個夾指近似水平移動距離為 s=63.85*tan，則: s/x=63.85/20=3.2 （式 4-5）當 x=5 時，s=16,也就是說當推桿前進 5 毫米時，夾指張開 32 毫米，而32+60=92 顯然遠大于杯口直徑 75，因而杯子可以輕松掉下。武漢工程大學機械原理課程設計說明書17參考文獻參考文獻1 鄭文緯,吳克堅.機械原理（第七版）.高等教育出版社,1997:21.2 沈乃勛.機械原理課程設計.高等教育出版社,1998:02.3 王國業(yè).pro engineer wildfire 5.0.機械工業(yè)出版社,2009:06.武漢工程大學機械原理課程設計說明書18致致 謝謝課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所