書包打包機課程設(shè)計(機械原理)

1、目 錄1.緒論2 1.1、課程設(shè)計題目2 1.2、工藝動作分解2 1.3、設(shè)計要求42.課程設(shè)計題目分析4 2.1、總功能要求4 2.2、總功能分解4 2.3、書本打包機設(shè)計參數(shù)的選擇5 2.4、各部分執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計5 2.5、書本打包機整體機構(gòu)簡圖7 2.6、整個機構(gòu)的運動循環(huán)圖73.各部分機構(gòu)的設(shè)計83.1、各部分機構(gòu)的簡圖83.2、各部分機構(gòu)的設(shè)計方案說明94.執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計和傳動比的計算9 4.1、電動機到主軸間的減速機構(gòu)計算94.2、推書機構(gòu)的連桿機構(gòu)計算104.3、凸輪機構(gòu)的計算125.課程設(shè)計心得體會166.參考文獻161.緒論 在人類的生產(chǎn)和生活中，需要使用各種機械設(shè)備，用來減

2、輕，或者代替人的勞動力，提高生產(chǎn)率，產(chǎn)品質(zhì)量和生活水平。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，計算機技術(shù)，電子技術(shù)和機械技術(shù)有機結(jié)合，機電一體化的實現(xiàn)，促進機械產(chǎn)品向高速，高效，自動化方向發(fā)展。 可見，人們對機械設(shè)計要求越來越高，所以我們大學(xué)生要帶著自己的設(shè)計理念從理論到實踐中去，努力設(shè)計出方便人類使用的產(chǎn)品，對社會作出貢獻。本文設(shè)計的產(chǎn)品是書本打包機，主要是用在印刷廠里，在大量的書本印刷出來后，將其以一定的數(shù)量為一堆，用牛皮紙將其包裝起來，以便于銷售和運輸。其中設(shè)計機構(gòu)主要分為推書機構(gòu)，送紙機構(gòu)，裁紙機構(gòu)，折邊機構(gòu)，折角機構(gòu)，涂漿糊、帖簽、烘干機構(gòu)和傳動機構(gòu)。在包裝過程中，幾個機構(gòu)相互配合而進行打包

3、。本次設(shè)計涉及到的課程有：機械原理、機械原理課程設(shè)計、CAD等一些機械專業(yè)課程以及一些工具書。1.1課程設(shè)計題目課程設(shè)計題目：書本打包機書本打包機主要是用在印刷廠里，在大量的書本印刷出來后，將其以一定的數(shù)量為一堆，用牛皮紙將其包裝起來，以便于銷售和運輸。這種功能在很多地方都可以用到，比如：包糖機，飯盒包裝機等凡是涉及到要將東西分堆包裝的地方，都可以將其稍微改動即可用于其它地方。1.2工藝動作分解 設(shè)計書本打包機，在生產(chǎn)線上實現(xiàn)自動送書，用牛皮紙將一摞（5本）書打包成一包，并在兩端貼好標(biāo)簽（圖1-1），包，封的工藝順序如圖1-2所示。 圖1-1圖1-2其工藝過程如下所述 ：（1）送書，橫向送一摞

4、書進入流水線。（2）推書，縱向推書前進到工位a，使它與工位bg上的六摞書貼緊在一起。（3）送紙。包裝牛皮紙使用整卷筒紙，由上向下送夠長度后進行裁切。 （4）繼續(xù)推書前進到工位b，在工位b處書摞上下方設(shè)置有擋板，以擋住書摞上下方的包裝紙，所以書摞被推到工位b時實現(xiàn)三面包裝，這一工序共推動ag的七摞書。 （5）推書機構(gòu)回程，折紙機構(gòu)動作，先折側(cè)邊將紙包成筒狀，再折兩端上、下邊。（6）繼續(xù)折前角。 （7）再次推書前進折后角。推書機構(gòu)又進到下一循環(huán)的工序（4），此時將工位b上的書推到工位c。在此過程中，利用工位c兩端設(shè)置的擋板實現(xiàn)折后角。 （8）在實現(xiàn)上一步工序的同時，工位c的書被推至工位d。 （9）

5、在工位d處向兩端涂漿糊。（10）在工位e貼封簽。 （11）在工位f、g，用電熱器把漿糊烘干。 （12）在工位h，人工將包封好的書摞取下。1.3 設(shè)計要求（l）書本打包機一般至少包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)在內(nèi)的三種機構(gòu)。 （2）畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬定運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 （3）設(shè)計凸輪機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，計算凸輪廓線。 （4）設(shè)計計算齒輪機構(gòu)。 （5）對連桿機構(gòu)進行運動設(shè)計。并進行連桿機構(gòu)的運動分析，繪出運動線圖。 （6）編寫

6、設(shè)計計算說明書。 （7）學(xué)生可進一步完成機器的計算機演示驗證、凸輪的數(shù)控加工等。2.課程設(shè)計題目分析2.1 總功能要求用牛皮紙將一摞（5本）書包成一包，并在兩端貼好封簽。2.2總功能分解設(shè)計書本打包機，其總功能可以分解為以下幾個工藝動作：（1）推書機構(gòu)：為間歇性運動，分為橫向、縱向運輸機構(gòu)。這一動作可以通過兩個槽輪帶動連桿運動來實現(xiàn)。（2）送紙機構(gòu)：采用橡膠摩擦輪通過摩擦來實現(xiàn)傳動。（3）裁紙機構(gòu)：裁刀為間歇性的進給運動。由皮帶帶動齒輪，在齒輪上安裝一凸輪，凸輪連接連桿機構(gòu)帶動裁刀將牛皮紙裁斷。（4）折邊機構(gòu)：用凸輪帶動連桿來實現(xiàn)折上下邊的兩塊擋板同時運動。（5）折角機構(gòu)：折后角用一個凸輪機構(gòu)

7、來實現(xiàn)。書通過擋板時則實現(xiàn)折前角。（6）涂漿糊、帖簽、烘干機構(gòu)：可以通過凸輪連桿帶動滑塊來實現(xiàn)。（7）電動機到主軸間的傳動機構(gòu)：通過齒輪系的變速來實現(xiàn)各個機構(gòu)應(yīng)有的轉(zhuǎn)動速度。2.3書本打包機設(shè)計參數(shù)的選擇電動機：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有點動機、內(nèi)燃機、蒸汽機、水輪機、汽輪機等。電動機結(jié)構(gòu)簡單、工作控制方便、維護容易，一般機械上大多數(shù)采用電動機。電動機設(shè)計參數(shù)的選擇：1.類型：三相異步電動機；2.轉(zhuǎn)速：1600r/min 生產(chǎn)率：20摞/min 成品尺寸：長：180220mm；寬：130140mm；高：180220mm； 2.4各部分執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計 所選執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)缺點詳細比

8、較機械形式優(yōu)點缺點帶傳動1）能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩(wěn)，噪聲小。2）過載時，帶在輪面上打滑，可以防止損壞其他零件，起安全保護作用。3）適用于兩軸中心距較大的場合。4）結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，維護方便，成本低廉。1）因為帶傳動受摩擦力和帶的彈性交形的影響，所以不能保證準(zhǔn)確的傳動比。2）效率較低 齒輪傳動1）能保證恒定的瞬時傳動比，傳遞運動準(zhǔn)確可靠。2）傳遞功率的范圍比較寬，可以從很小的功率直到幾萬馬力經(jīng)過磨齒的齒輪傳動圓周速度可達100米秒；3）機械傳動效率比較高，一般圓柱齒輪傳動效率可達98以上，而且使用壽命也較長。4）齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，體積比較小。1）傳動噪音比較大，對沖擊比較放敏感，不

9、宜用在軸線距離較大的部件上。2）齒輪制造精度要求比較高，不能緩沖，高速傳動精度不夠是有噪音，無過載保護，相應(yīng)的成本也比較高凸輪機構(gòu)設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€便可以獲得任意預(yù)定的運動規(guī)律而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損，一般只用于傳遞動力不大的場合。連桿機構(gòu)運動副均為低副，可承受較大的載荷，利于潤滑，磨損較小，形狀簡單，便于制造。但原動件的運動規(guī)律不變可用改變構(gòu)件的相對長度得到不同的運動規(guī)律由于連桿結(jié)構(gòu)的運動必須經(jīng)過中間關(guān)鍵進行傳遞，因而傳遞路線較長，易產(chǎn)生較大的誤差積累，機械效率降低。在運動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在做變速運動，所產(chǎn)生的慣性力難以消除，不宜用于高

10、速運動。各部分機構(gòu)的選用方案： 基本功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動作 機構(gòu)執(zhí)行 推書滑塊或推板直線往復(fù)運動槽輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)折上下邊平板擺動往復(fù)運動凸輪連桿機構(gòu)折后角扇形輪往復(fù)回轉(zhuǎn)運動凸輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)折前角擋板固定擋板圖漿糊、貼標(biāo)簽、烘干滑塊直線往復(fù)運動連桿或凸輪機構(gòu)2.5、書本打包機整體機構(gòu)簡圖2.6、整個機構(gòu)的運動循環(huán)圖 坐標(biāo)軸示意圖如下：3.各部分機構(gòu)的設(shè)計3.1各部分機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖 順序依次是：1、 推書機構(gòu)2、 送紙機構(gòu)3、 裁紙機構(gòu)4、 折邊機構(gòu)5、 折角機構(gòu)6、 涂漿糊、貼封簽、烘干機構(gòu)7、 電動機到主軸間的傳動機構(gòu)3.2各部分機構(gòu)的設(shè)計方案說明 （1） 橫縱向推書機構(gòu) 曲柄連桿滑塊機構(gòu) 方案優(yōu)

11、點：比較熟悉，可以運用的比較好，機構(gòu)較簡單，分析較明確。 缺點：機構(gòu)比較復(fù)雜，強度剛度難以保證。 （2）送紙機構(gòu)： 方案優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，要求的目的動作易于實現(xiàn)，功耗較小，經(jīng)濟實惠。 缺點：此機構(gòu)是由摩擦力來實現(xiàn)送紙，壓輪使用時間長可能會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 （3）裁紙機構(gòu)：圖中所示的是可控擺動剪紙機構(gòu)，帶輪和凸輪為一整體機構(gòu)。帶輪轉(zhuǎn)動從而凸輪也一起隨之而轉(zhuǎn)動，再由凸輪的回轉(zhuǎn)帶動桿做上下往復(fù)運動，再通過連桿將運動傳遞到擺叉上，擺叉做一定角度的擺動，隨之帶動裁刀作前后的間隙運動，從而實現(xiàn)裁紙的目的。 方案優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單且操作性強。 缺點：間隙時間不易控制，機構(gòu)的精度要求較高。 （4）折邊機構(gòu)： 方案優(yōu)點

12、：通過凸輪機構(gòu)帶動連桿做間歇性的上下運動，使得折紙板能較為準(zhǔn)確的完成折邊任務(wù)。 缺點: 凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損。 （5）折角機構(gòu)：利用凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)折后角，然后當(dāng)書本經(jīng)過擋板時實現(xiàn)折前角。 （6）涂漿糊、帖簽、烘干機構(gòu)： 方案優(yōu)點：涂漿糊、貼封簽、烘干三個動作均由一個整體機構(gòu)完成，工作效率較高，且結(jié)構(gòu)簡單方便，比較經(jīng)濟。 缺點：裝漿糊，裝標(biāo)簽都需要人工操作，很難時時掌控盒內(nèi)是否滿足機構(gòu)工作的需要；涂漿糊機構(gòu)中可能會出現(xiàn)漿糊涂抹不均勻的情況，而江湖容易隨刷子的擺動而溢出，易造成浪費；貼封簽機構(gòu)中標(biāo)簽的多少直接影響彈簧的彈力大小，容易造成漏貼。 （7）電動機到主軸間的傳動機

13、構(gòu)（減速機構(gòu)）：由于電動機的轉(zhuǎn)速太大，不適合各機構(gòu)的轉(zhuǎn)速要求。所以必須經(jīng)過變速后才能適應(yīng)主軸的轉(zhuǎn)速。通過直齒輪的減速機構(gòu)來減速容易計算和安裝，且可以得到較為穩(wěn)定的傳動比。4.執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計和傳動比計算 4.1電動機到主軸間的減速機構(gòu)計算減速機構(gòu)的示意圖如下： 由選定的數(shù)據(jù)：電動機轉(zhuǎn)速n1=1600r/min，主軸轉(zhuǎn)速n4=10r/min 可通過計算得到各個齒輪的齒數(shù)，傳動比為160。計算過程： =（z2*z3*z4）÷（z1*z2*z3）=160可?。?z1=24 z2=120 z3=60 z4=160 z2=15 z3=20 模數(shù)m=20 壓力角=20° 4.2推書機構(gòu)的

14、連桿機構(gòu)計算yy12ABO1DC34圖四 縱向推書機構(gòu)運動簡圖1、推書機構(gòu)的基本數(shù)據(jù)為了保證工作安全、臺面整潔，推書機構(gòu)最好放在工作臺面以下。2、工藝要求的數(shù)據(jù) 書摞尺寸：寬度130140mm；長度180220mm；高度180220mm。推書起始位置：表中數(shù)據(jù)。方案（mm）（mm）（mm）（mm）( o )（mm）( o )( o )（mm）( o )( o )( o )(kg)11103006501001002004045101201001405推書行程：400mm。推書次數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速)： (10±0.1)rmin。（電動機轉(zhuǎn)速：1600r/min)主軸轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù)：14。3、縱

15、向推書運動要求 （1）推書運動循環(huán)：整個機器的運動以主軸回轉(zhuǎn)一周為一個循環(huán)周期。因此，可以用主軸的轉(zhuǎn)角表示推書機構(gòu)從動件(推頭或滑塊)的運動時間。 推書動作占時13周期，相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)120 o； 快速退回動作占時小于13周期，相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)角100 o； 停止不動占時大于13周期，相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)角140 o。具體的每個運動時期內(nèi)縱向推書機構(gòu)從動件的工藝動作與主軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下表所示： 主軸轉(zhuǎn)角推書機構(gòu)執(zhí)行滑塊的動作主軸轉(zhuǎn)角推書機構(gòu)執(zhí)行滑塊的動作推單摞書前進滑塊退回推七摞書前進，同時折后角滑塊停止不動如圖五所示為推書機構(gòu)運動循環(huán)圖圖五 縱向推書機構(gòu)運動循環(huán)圖（2）推書前進和退回時，要求采用等加速、等

16、減速運動規(guī)律。4.3凸輪機構(gòu)的計算 4.3.1裁紙機構(gòu)的凸輪分析要使裁刀間歇性的進給運動，就必須利用凸輪輪機構(gòu)來實現(xiàn)。設(shè)計的凸輪機構(gòu)如下圖所示：裁刀的進給距離與擺叉的擺動角度有關(guān)，由圖可看出滾子從動件的上下運動距離為OA，于是OA的長度可通過擺叉的所擺動的角度來計算。 4.3.2折邊機構(gòu)的凸輪分析 由凸輪的轉(zhuǎn)動帶動滾子從動件上下運動，而凸輪的輪廓設(shè)計要通過折紙板的擺動角度來確定。假設(shè)折紙板的長度為L，最大擺動角度為，則滾子從動件所在的桿端A的運動距離可根據(jù)來計算。其距離為h=Lsin(90°-)。假定該凸輪的基圓半徑為R，滾子從動件的半徑為r。設(shè)彈簧B到O的距離為S，則滾子從動件的推

17、程為H（與S、r、R、h有關(guān)的代數(shù)式）。該機構(gòu)的示意圖如下： AOB所夾的大于180°的角為（-）。 AOB所夾的小于180°的角為。滾子從動件的運動線圖如下： 運動擬定：通過凸輪的轉(zhuǎn)動控制搖桿的擺動角度，用杠桿放大原理進行行程的放大，當(dāng)凸輪達到最大推程時，杠桿把書剛好退到b的位置，而當(dāng)回程到基圓時，凸輪近休，杠桿間歇停止140°，等待系統(tǒng)的下一周期循環(huán)。優(yōu) 點： 杠桿結(jié)構(gòu)簡單，加工和安裝比較方便，加工成本低，容易控制和調(diào)節(jié)，運動清晰明了，可滿足運動要求。缺 點： 杠桿的承載力不大，容易索性變形，杠桿結(jié)構(gòu)運動擺幅大，占空間，效率低，凸輪加工難，易磨損，成本高。4.

18、3.3涂漿糊、貼封簽、烘干機構(gòu)的凸輪分析1）貼標(biāo)簽工藝是在剪紙過程之后完成的，其工作時間為180°340°之間。2）凸輪從動件在推程時按等速運動規(guī)律，設(shè)計其行程為h，凸輪機構(gòu)的壓力角為。設(shè)凸輪基圓半徑為R，滾子從動件的半徑為r，通過彈簧的作用使?jié)L子從動件貼緊凸輪表面。從動件的推程可通過彈簧、連桿移動副的移動距離來計算。凸輪及從動件的位移線圖如下：4.3.4各工作阻力的數(shù)據(jù)（1） 每摞書的質(zhì)量為4.6kg，推書滑塊的質(zhì)量為8kg。（2） 橫向送書機構(gòu)的阻力可假設(shè)為常數(shù)，相當(dāng)于主軸上有等效阻力矩4N·m。（3） 送紙、裁紙機構(gòu)的阻力也假設(shè)為常數(shù)，相當(dāng)于主軸上有等效阻力矩6N·m。（4） 折后角機構(gòu)的阻力，相當(dāng)于四摞書的摩擦阻力。