書本打包機機構設計

1、機械原理課程設計設 計 題 目：書本打包機機構設計學院：機電工程學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化專業(yè)姓 名: 學 號：指 導 老 師：目錄一：設計題目書本打包機設計及說 二：工作流程及工藝動作過三原始數(shù)據(jù)與設計要求四 機構設計方案初選（一） 橫向送書機構（二） 縱向送書機構 （三） 送紙機構（四） 裁紙機構 （五）折邊、折角機構 （六）涂膠、貼封簽、烘干機構五、電動機的選擇六整體方案圖七課程總結(jié)一：設計題目書本打包機設計及說 設計書本打包機中的推書機構，送紙機構及裁紙機構1書本打包機是用牛皮紙將一摞書（5本一摞）包成一包，并在兩端涂漿糊和貼好標簽，如下圖所示：二：工作流程及

2、工藝動作過書摞包、封過程工藝順序及各工位布置分別如圖二、三所示，分述如下： （1） 橫向送書(送一摞書)。 （2） 縱向推書前進(推一摞書)到工位a，使它與工位bg上的六摞書貼緊在一起。 （3） 送包裝紙。包裝紙原為整卷筒紙，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，這一工序共推動ag的七摞書。 （5） 推書機構回程，折紙機構動作，先折側(cè)邊將紙包成筒狀，再折兩端上

3、、下邊。 （6） 繼續(xù)折前角。將包裝紙折成如圖三實線所示位置的形狀。 （7） 再次推書前進折后角。推書機構又進到下一循環(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） 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） 

4、;在工位h，人工將包封好的書摞取下三原始數(shù)據(jù)與設計要求： 打包機各部分的相對位置及有關尺寸和范圍1.機構的尺寸范圍A= 2000 mm，B= 1600 mm。工作臺面位置： = 400 mm主軸位置：x = 10001100 mm，y = 300400 mm；紙卷位置： = 300 mm， = 300 mm。為了保證工作安全、臺面整潔，推書機構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a= 130140 mm；長度b= 180220 mm；高度c= 180220 mm。 推書起始位置： = 200 mm。推書行程：H= 400 mm。推書次數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速）：n=10 r/min四 機

5、構設計方案初選機構設計主要包括橫向送書機構、縱向送書機構、送紙機構、裁紙機構、折角、折邊機構、涂漿糊貼標簽烘干機構的設計，以實現(xiàn)書本打包的功能。（一） 橫向送書機構1.機構的運動要求：由橫向推書機構與主軸轉(zhuǎn)角的關系得：橫向推書機構在120°340°期間進行推書運動： 120°340°推頭推書，340°360°推頭退回，0°120°推頭不動。2.運動方案的比較與選擇：初步設計方案如下面三圖所示：方案一方案二方案三對于橫向送書機構來說，有三種機構方案可以選擇。其優(yōu)缺點對比如下圖所示。方案一方案二方案三 優(yōu)點運

6、動機構比較簡單能夠比較精確的控制推書的速度，便于在適當?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應位置運動機構比較簡單，只有連桿和滑塊組成，容易加工制造，并且制造成本比較低。能夠精確的控制推書的速度，便于在適當?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應位置，不妨礙其他機構的執(zhí)行。缺點由齒輪和焊接在齒輪上的連桿組成，容易磨損，加工成本高。運動機構的運動速度比較難控制，不能精確地在規(guī)定時間內(nèi)把書推到規(guī)定的地點。運動復雜，制造成本高 綜合上述對三個方案的全方位比較，選擇方案一機構比較符合我們對于打包過程的準確性和經(jīng)濟的適用性。3.所選方案的工作原理：通過主動件齒輪的轉(zhuǎn)動帶動焊接在齒輪上的連桿運動，從而推動滑塊向前運動，達到推書目的，又因為齒輪和

7、連桿相當于曲柄滑塊運動，所以推書到一定距離后，滑塊退回來，準備進行第二次推書，以此循環(huán)運動下去。4所選方案的數(shù)據(jù)設計因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：rL,又因為滑塊運動距離為H=200+400=600mm，所以可設定L=400mm，r=200mm，齒輪的直徑D=440mm,（二 ） 縱向送書機構1.機構的運動要求:縱向推書機構在機構在0°120°向推書機構在期間完成縱向推書動作：0°80°完成單摞推書，80°120°完

8、成七摞推書，120°220°推頭回退，220°360°推頭不動。2.運動方案的比較與選擇：初步設計方案如下面三圖所示方案一方案二方案三方案一方案二方案三優(yōu)點能夠比較精確的控制推書的速度，便于在適當?shù)臅r間內(nèi)把書推到相應位置。整個機構較簡單，運動也比較簡單。機構簡單，占用空間小，成本低。缺點凸輪的制造成本高，占用空間大。擺桿的運動規(guī)律難以控制。難以控制推書的規(guī)律。綜合上述對三個方案的全方位比較，選擇圖三機構比較符合我們對于打包過程的準確性和經(jīng)濟的適用性。3所選方案的工作原理：通過主動件凸輪的轉(zhuǎn)動帶動連桿擺動再帶動滑塊做往復運動，從而完成縱向推書動作。4所選方

9、案的數(shù)據(jù)設計由主軸轉(zhuǎn)過的角度和推書的距離可得知凸輪推程運動角為120°。為了防止推書過程中書本出現(xiàn)灑落要求推書過程中加速度從零開始，根據(jù)要求凸輪的加速度按正弦規(guī)律變化?；爻踢^程中加速度沒有要求，仍舊按正弦加速度規(guī)律設計凸輪。凸輪和機構整體的具體設計尺寸如下圖所示：(1) 按（max）min確定H1和L用圖解法初選L桿長度，找出max和min的大致范圍，并保證滑塊能達到行程H.根據(jù)凸輪機構壓力角1<1，且尺寸愈小愈好的原則設計凸輪輪廓，確定尺寸H1 和基圓半徑R，并求出最大（最小）壓力角。數(shù)據(jù)如下：X1(mm)L5(mm)L4(mm)L6(mm)H(mm)max(°)m

10、in(°)r(mm) R (mm)203370100115040022.118.9 40 250具體計算如下：L1=250mm，L2=453mm,d=40mm;max = arctan(X2/ Y1)=22.1°L3=(L1-L2)/2=(453-250)/2min = arctan(L3/Y1)=18.9°L=800mmH1=400mm（三） 送紙機構1.機構的運動要求:送書機構在機構在0°200°時停止不動，從200°到360°再到70°這一區(qū)間內(nèi)完成送紙運動，在轉(zhuǎn)動130°送書機構再次進行運書運動，

11、以此一直循環(huán)運動。2.運動方案的比較與選擇：方案一 方案二方案一方案二優(yōu)點能夠有效的在主軸轉(zhuǎn)過一定角度后控制所放紙的長度，運動比較精確。機構比較簡單，成本低，占用空間小。缺點所需的構件比較復雜，成本高，齒輪較容易磨損。不能有效的控制放紙的長度，容易影響整個書本打包機構的運行。通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。3所選方案的工作原理： 如圖所示，1為紙筒，2、3和5為半徑相等的橡膠摩擦圓，4為與摩擦圓3相連接在一起的齒輪，6為不完全齒輪，7為與不完全齒輪相連接在一起的傳動輪不完全齒輪6隨著主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪4轉(zhuǎn)動，不完全齒輪6又通過齒輪4帶動橡膠

12、摩擦圓3的轉(zhuǎn)動。最終，橡膠摩擦圓3帶動紙筒轉(zhuǎn)動，完成送書過程。4.所選方案的數(shù)據(jù)設計：（1）對于橡膠摩擦圓2和3的設計根據(jù)書摞的高度b=180220mm，寬度a=130140mm,且所需紙的長度l=3a+b，可以算出所需紙的長度l=570640mm。假設橡膠摩擦圓3轉(zhuǎn)動1圈完成送紙，即d=l，求出橡膠摩擦圓3的直徑d=181203mm。因此可以選擇d=200mm。因為橡膠摩擦圓2和5的作用為使紙張沿著膠摩擦圓3的切線方向垂直向下傳動，所以橡膠摩擦圓2和5的直徑應該與橡膠摩擦圓3的直徑相等。（2）不完全齒輪5，傳動輪6和齒輪4的的設計先假設齒輪4的直徑為100mm。使用標準齒輪，齒數(shù)為20，模數(shù)

13、為5，則不完全齒輪6轉(zhuǎn)過230°（360°-200°+70°）時，齒輪4轉(zhuǎn)過1圈。即100=D*（230°/180°），推出不完全齒輪5直徑D=78mm，并且其光滑面為130°。傳動輪7只起到傳動作用，所以可以設定其直徑為50mm。（四） 裁紙機構1.機構的運動要求:裁紙機構在主軸開始轉(zhuǎn)動70°開始進行裁切，到80°時裁切過程結(jié)束。80°到360°之間，裁紙機構不進行裁切工作，只是繼續(xù)轉(zhuǎn)動回到原位。2.運動方案的比較與選擇：方案一方案二方案一方案二優(yōu)點能夠通過凸輪的轉(zhuǎn)動使擺桿和裁切刃轉(zhuǎn)

14、動達到裁切目的，運動過程簡單且有效。機構比較簡單缺點凸輪磨損，擺桿的擺動角度容易受到凸輪對桿的沖擊的影響。很難控制裁紙的長度和裁紙時間。通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。3所選方案的工作原理：如圖所示，1為凸輪，2為傳動輪， 4為與連桿連接的滾子。當凸輪轉(zhuǎn)動70°時，其開始與滾子5接觸，并推動連桿繞鉸鏈4向下做圓周轉(zhuǎn)動，通過鉸鏈的作用使裁切刃往上轉(zhuǎn)動，達到裁切目的。在凸輪輪2轉(zhuǎn)動到80時，開始與滾子5分開，繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而滾子在彈簧的作用下回到原位，裁切刃也隨著回到原位。4.所選方案的數(shù)據(jù)設計：設定傳動輪2直徑為75mm。因為裁切過程為10

15、6;，所以可設定ABD=10°，L1長度為200mm，L2長度為200mm。滾子4直徑d為40mm，根據(jù)裁切機構的運動過程可設定凸輪1的運動規(guī)律為正弦加速度運動，最小基圓半徑為58.8，推程為98.8mm，壓力角為20°。（五）折邊、折角機構1.機構的運動要求:折邊機構的作用區(qū)間為180°到340°，0°到180°之間折邊機構不進行折邊工作，340°到360°，折邊機構退回原位。2.運動方案的比較與選擇：（1）折邊機構方案一 方案二方案一方案二優(yōu)點能夠一次性完成折邊工作，效率高機構較簡單，占用空間小缺點占用空間較大

16、，機構比較復雜只能折上面和兩側(cè)的邊，工作效率低通過上表對于兩種機構的優(yōu)缺點的綜合比較，選擇方案一比較符合我們的設計要求。1）所選方案的工作原理：如圖所示，1、2、3、4、5、6、都是長方形的板塊，齒輪輪隨著主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，通過焊接在齒輪上的連桿推動，是長方形板塊1、2、3向下移動，4、5、6向上移動，從而達到折邊目的。1、2、3、4、5、6、都是長方形的板塊示意圖如下：2）.所選方案的數(shù)據(jù)設計：根據(jù)書摞的高度和寬度，可以算出長方形板塊1和4的長為300mm，寬為100mm。而長方形板塊2,3,5,6的長度為100mm，寬度為100mm。又因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足

17、桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：r2L1以及rL4.設定書摞高度H=200mm根據(jù)其運動規(guī)律可算出其他桿的尺寸，如下圖所示L1(mm)L2(mm)L3(mm)L4(mm)r(mm)R(mm)r2 (mm)R2(mm)200100100200100240100240（2）折角機構折前角機構的主要執(zhí)行機構為一個隨軸回轉(zhuǎn)的長方形轉(zhuǎn)子。如下圖所示:該機構隨軸轉(zhuǎn)動，上下邊折好后，長方形轉(zhuǎn)子剛好轉(zhuǎn)過來實現(xiàn)折前角的功能。后角利用固定擋板折好。折前角機構十分簡單，容易實現(xiàn)，而且制造成本低，性價比很高。其中1和2為直齒錐齒輪，可設定1和2直齒錐齒輪

18、的齒數(shù)為25，直徑為100mm，模數(shù)m=4. 長方形轉(zhuǎn)子的寬L1=75mm，長度L2=100mm。（六）涂膠、貼封簽、烘干機構1.機構的運動要求:涂膠、貼封簽、烘干機構的作用區(qū)間為180°到340°，0°到180°之間涂膠、貼封簽、烘干機構不進行工作，340°到360°，涂膠、貼封簽、烘干機構退回原位。2.運動方案的比較與選擇：方案一方案二方案一方案二優(yōu)點能夠一次性完成涂膠、貼封簽，烘干工作，占用空間小。傳動更為穩(wěn)定機構運動比較簡單缺點運動有不確定性很難控制其運動規(guī)律，凸輪制造成本高，其有兩個凸輪，成本比方案一的高3所選方案的工作原理

19、：如圖所示，1、2、3都是長方形的板塊，其中1為涂膠，2為貼封簽,3為烘干。齒輪輪隨著主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，通過焊接在齒輪上的連桿推動三個長方形板塊向下移動，從而達到涂膠、貼封簽、烘干目的。當轉(zhuǎn)過一定角度后，三個長方形板塊開始向上回收。達到循環(huán)運動下去。4.所選方案的數(shù)據(jù)設計：根據(jù)書摞的高度和寬度，長方形的板塊1、2、3的長度都可設為100mm，寬度可設為50mm。又因為齒輪和連桿、滑塊相當于做曲柄滑塊運動，所以必須滿足桿長條件，且在設計的時候把齒輪的圓心和滑塊的中心設計在同一水平面上，即e=0，所以其桿長條件為：rL1，設定書摞高度H=200mm，因為涂膠、貼封簽、烘干的區(qū)域在書摞的中間部位，所

20、以三個長方形板塊需向下移動150mm，所以可設定r=150mm，L1=300mm，L2=150mm，L4=50mm。又根據(jù)書摞的寬度a=135mm，可設定L3=270mm。五、電動機的選擇根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速n=10r/min,所選的電動機轉(zhuǎn)速n=1000r/min，所以i=1000/10=100,設有六個齒輪進行減速。計算過程：i14=（z2*z3*z4）÷（z1*z2*z3）=100可?。?z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z2=15 z3=20 模數(shù)m=3 壓力角=20° 根據(jù)D=mz可知，D1=-72mm，D2=225mm，D3=480mm，D2=45mm，D3=60mm。 減速