全自動書本打包機的推書機構設計畢業(yè)設計

1、1右口渝*學訝技學范畢業(yè)設計（論文）題 目全自動書本打包機的推書機構設計系 另I_專業(yè)名稱_ 機械設計制造及其自動化_班級學號_學生姓名_指導教師_2畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師 的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標 注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成 果，也不包含我為獲得_ 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文 中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：_日 期：_指導教師簽名：_日 期：_使用授權說明本人

2、完全了解_大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本; 學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與 閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論 文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名：_日 期：_3學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究 所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包 含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出 重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到 本

3、聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同 意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許 論文被查閱和借閱。本人授權 _大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描 等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導師簽名：日期：年月日4右g竝/T大學謁技學底學士學位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中 特別加以標注引用的內容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形

4、式的研究 成果，也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究成果作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果 由本人承擔。作者簽名：日期：學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、 使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并 向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索， 可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名：日期：導師簽名：日期：5全自動書本打包機的推書機構設計學生姓名：班級：指導老師：摘要：為了能設計出性

5、能更好、更符合客戶需求的全自動書本打包機推書機構，本 文將根據(jù)書本打包機的工作原理及其要求研究設計更高效節(jié)能的推書機構。在對打包機推書機構的設計中，推書機構要求執(zhí)行構件在工作行程中等速直動并具有急回特 性。經(jīng)過了方案分析比較，本文推書機構由凸輪連桿機構、 齒輪齒條機構以及其他輔 助支件組成。主要完成的工作總結如下：（1）擬定推書機構總體方案并進行方案分析；（2）進行主要零部件的設計與校核計算；（3）設計推書機構的總體裝配圖以及繪制槽形凸輪零件工作循環(huán)圖；（4）對推書機構主要零部件進行了三維建模， 并對總體機構進行了裝配，以清晰直 觀的了解到推書機構的結構和工作原理。關鍵詞：推書機構；方案分析；

6、校核計算；三維建模指導老師簽名:6The design of book pushing mechanism in full automaticpacking machineStude nt n ame：Zhou Na nlanClass088lO53Supervisor:He Hon glinAbstract: In order to desig n a better performa nee, more in line with customer dema nd forfull automatic book bagging machine book pushing mechanism, th

7、is paper will be based onthe book bagging machine working principle and requirements of the design more efficientenergy-saving book pushing mechanism. In the packaging machine book pushingmechanism design, book pushing mechanism requires the implementation of comp onents inworki ng stroke velocity s

8、traight and with quick return characteristics. After the programanalysis and comparison, the paper pushing mechanism by the cam connecting rodmechanism, a gear rack mechanism and other auxiliary supporting comp onent. the majorwork summarized as follows:(1) to push the book body overall pla n and pr

9、ogram an alysis;(2) were the main comp onents of the desig n and check ing calculati on;(3) desig n book push ing mecha nism of gen eral assembly draw ing and draw ing groovecam parts worki ng cycle diagram;(4) the book pushing mechanism of main parts for3D modeling, and the overall organizationof t

10、he assembly, in a clear and intuitive understanding of the book pushing mecha nism of thestructure and worki ng prin ciple.Keywords:book push ing mecha nism；Scheme an alysisCheck ing calculatio n；Three dime nsional modeli ngSign ature of supervisor:71 緒論1.1課題背景與意義.11.2國內外研究現(xiàn)狀.11.2.1包裝打包機國外發(fā)展狀況.11.2.

11、2包裝打包機國內發(fā)展狀況.21.3本文主要框架.42 推書機構總體方案分析2.1工作原理分析.52.2總體方案設計.62.3推書機構的比較和選擇.72.4本章小結.83 槽形凸輪的設計與計算3.1槽形凸輪設計分析.93.2凸輪輪廓線的計算與繪制.93.3本章小結 .114 齒輪齒條的設計與計算4.1齒輪齒條參數(shù)設計 .124.2幾何尺寸的計算 .124.3重合度的校核.134.4齒輪的強度校核 .134.5本章小結.145 其它零部件的設計與計算5.1軸的設計與校核 .155.2鍵的選用.185.3連桿的設計.185.4電動機的選擇.195.5本章小結.2086 推書機構的三維建模6.1 So

12、lidWorks軟件簡介.216.2主要零部件的三維建模.226.3裝配體的三維建模.236.4本章小結.25全文總結.26參考文獻 .27致謝.28南昌航空大學科技學院學士學位論文11 緒論隨著電子技術、計算機技術、自動化技術的快速發(fā)展，對機電一體化產(chǎn)品的技術 含量、性能、功能要求也越來越高。書本打包機就是一種典型機電一體化產(chǎn)品。打包 機正被越來越多的行業(yè)應用在產(chǎn)品包裝工序上。同時伴隨著世界包裝機械制造業(yè)的發(fā)展，以信息技術為代表的現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對打包機機械制造業(yè)提出了更高、 更新的要求，它已伴隨著高新技術和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展而共同進步，并充分體現(xiàn)出打包機 制造技術向智能化、柔性化、網(wǎng)絡化、精

13、密化、綠色化和全球化方向發(fā)展的總趨勢和 時代特征。1.1 課題背景與意義目前，我國各地印刷廠印制好的書籍大部分是采用人工打包，工作強度大，并且 生產(chǎn)效率低。同時很多企業(yè)的包裝水平跟不上生產(chǎn)設備的更新速度，包裝質量不高。 雖然國內少數(shù)企業(yè)憑借自身的雄厚經(jīng)濟實力，從國外引進了部分全自動打包設備，但 其高昂的價格增加了生產(chǎn)成本，絕大多數(shù)企業(yè)仍在使用半自動或人工打包設備，這樣 既使生產(chǎn)效率降低，也浪費了大量勞動力。為此，根據(jù)我國包裝行業(yè)的實際需求和發(fā) 展趨勢，研發(fā)高質量，高可靠性的全自動打包機以替代進口，以非常必要，而且形勢 緊迫。在設計過程中需解決以下存在的問題：1、如何實現(xiàn)打包速度的可調，以適應不

14、同的打包要求。2、如何執(zhí)行構件在工作行程中等速直動并具有急回特性。3、凸輪的精確設計，受凸輪間歇控制和合理協(xié)調連桿與擺桿的運行是完成打包的關鍵。4、如何避免以往打包機械中都伴有煙塵、氣味的情況，保護操作者的身心健康及環(huán)境保 護。本課題將致力研制出一種節(jié)能又高效的打包機縱向推書機構，縱向推書機構作為 全自動書本打包機的重要組成部分，其對實現(xiàn)圖書的自動捆包、完善全自動書本打包 機的功能和促進書本打包機的應用和推廣，以及對包裝工業(yè)自動化和現(xiàn)代化的發(fā)展都 具有重要的理論和現(xiàn)實意義。1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1包裝打包機國外發(fā)展狀況外包裝機械的應用，起始可追溯到本世紀初期，如美國的SIGNODE公司

15、和德國的CYKLOP公司等就涉足打包機捆扎行業(yè)，較早的如日本的下島株式會社、株式會 社，日魯工業(yè)株式會社等。至2001年，日本的打包機械機總產(chǎn)量達94萬臺，約占包裝機械總量的19.5%,總產(chǎn)值達300億日元。每年約有30%的出口，幾乎占領了全部 東南亞市場。由于他們能成功地引進和消化吸收別國的經(jīng)驗，不斷改進發(fā)展。結構較 為簡單，可靠性高，在國際市場南昌航空大學科技學院學士學位論文2上有很大的競爭能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株 式會社，于1969年開始正式生產(chǎn)自動捆扎機，主要從事產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品質量控制和 推銷工作，其零部件加工和裝配均通過擴散的辦法。在國內設有17家分公司和270個代銷點，并在

16、35個國家和地區(qū)設有代理點。產(chǎn)品品種達200多個，正常生產(chǎn)品種 為29種。美國SIGNODE公司則是一家屬于美國ITW上市公司。在美國和其他六個 國家設有分公司該公司自1913年就開始從事打包機械的生產(chǎn)，為100多個國家的工 業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務，并為各國用戶提供24小時內的配件供應服務，他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力，而且還有一支精益求精的研制和開發(fā)隊伍，通過對包裝機械各功能 部件的反復試驗和多方案對比，生產(chǎn)出的打包機械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟壽 命，雖然價格昂貴，但仍然是國際市場上的強手。目前，國外包裝機械水平高的國家 主要有美國、德國、日本、意大利和英國。而德國的包裝機械在設計、制造及技術

17、性 能等方面則居于領先地位。2002年德國包裝機械產(chǎn)值已達34億歐元，其產(chǎn)量的77%為出口產(chǎn)品。隨著世界科技的發(fā)展，發(fā)達國家已經(jīng)把核能技術、微電子技術、激光技 術、生物技術和系統(tǒng)工程融入了傳統(tǒng)的機械制造技術中。新的合金材料、高分子材料、 復合材料、無機非金屬材料等新材料也得到了推廣應用，食品包裝機械的集成化、智 能化、網(wǎng)絡化、柔性化將成為未來發(fā)展的主流。先進的制造技術，使國外打包機制造 商瞄準市場，積極推出了功能多樣的打包機機械，以適應包裝廠商對于打包機的需求。 像意大利制造的延伸吹塑機、美國制造的三面圭寸制袋機、日本制造的電腦包裝噴印機、 法國制造的無菌灌裝機、丹麥制造的低耗稱重包裝機等包裝

18、機械新品相繼迭出。隨著 包裝新材料的出現(xiàn)，打包機技術也有了新的變化。如枯拉伸纏繞膜出現(xiàn)，使得裹包、 收縮、捆扎等工序合為一體，操作得以簡化而快捷。包裝的新思維是超脫現(xiàn)有包裝技 術與產(chǎn)品，將其它相關技術組合應用到包裝上，形成新的包裝技術。如包裝固化技術 將固化與干燥能源更新，從熱轉向光；包裝切割成型技術實現(xiàn)了新型切割與成型器械； 包裝與加工結合技術，能緊密地把包裝與加工相結合于一體；包裝功能借用技術將包 裝功能超出包裝，增值作用大；包裝功能保護技術在包裝材料中加入保鮮、殺菌、防 潮、防靜電、防異味等功能性成分進去?？傊呦蚨喙δ芎蛦我桓咚賰蓸O化，是世 界包裝機械制造技術的時代潮流。1.2.2包

19、裝打包機國內發(fā)展狀況我國包裝機械工業(yè)是在改革開放以后發(fā)展起來的。由于起步較晚，大部分設備都 是通過引進設備消化吸收研制出來的。行業(yè)從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來。隨著我國食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，我國的包裝食品機械行業(yè)取得了世 人矚目的進步。產(chǎn)品品種的數(shù)量不斷增加，使包裝和食品機械行業(yè)成為直接為提高人 民生活質量服務，為包裝業(yè)和食品工業(yè)服務、農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工業(yè)服務的新興行 業(yè)。成為我國機械工業(yè)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一?；灸喜娇沾髮W科技學院學士學位論文3上能生產(chǎn)出滿足人民生活需求的各種 各樣、各種檔次的產(chǎn)品，并正在不斷努力、提高、縮小與國外先進水平、先進技術、 先進設備的差距。在全行

20、業(yè)廣大企業(yè)、科研單位技術人員及行業(yè)工作者的共同努力下， 新產(chǎn)品、新技術日益涌現(xiàn)并轉化為生產(chǎn)力。我國人口眾多，民以食為天，包裝與食品 機械產(chǎn)品市場廣闊、潛力巨大。包裝與食品機械在我同的迅速崛起已引起社會的廣泛 關注，即使在東南亞國家遭受金融危機的情況下，該行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱 朝陽工業(yè)” 隨著人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就 有包裝，可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟整體結構的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產(chǎn)品 量大面廣，廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè)。我國包裝機械工業(yè)通過 采用國際標準和吸收國外先進技術，在標準水平、設計制造和產(chǎn)品質量方面都有了較 大的提高

21、。一些企業(yè)的產(chǎn)品質量達到或接近國外同類機器的先進水平。這些企業(yè)采用 先進的企業(yè)管理體系和質量保證體系，不斷改善和提高產(chǎn)品的質量，以質量和售后服 務為企業(yè)的命脈，解決了用戶的后顧之憂。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內市場對包 裝機械產(chǎn)品的需求量與日俱增，年產(chǎn)量也逐年提高，包裝饑械企業(yè)數(shù)量越來越多，并 且企業(yè)性質逐漸從國營轉為私營、集體甚至個體，市場競爭日趨激烈，從過去經(jīng)濟短 缺的賣方市場轉變?yōu)橘I方市場。因此產(chǎn)品在技術、性能、價格上的競爭更為激烈。目前國內產(chǎn)品與國外相比，市場競爭能力偏低。目前我國包裝機械產(chǎn)品普遍存在 質量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術含量低的狀況：隨著我國進入世貿組織(WTO)， 國

22、際先進的技術、設備和管理經(jīng)驗的進入勢必會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè) 造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴峻考驗。我們應該根據(jù)自己的特點，發(fā)揮自 身的優(yōu)勢。包裝機械企業(yè)要想尋找較好的、長遠的發(fā)展必須不斷開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn) 品的技術含金量以及機械的可靠性以適應當前日新月異的發(fā)展形勢，要規(guī)范優(yōu)質服務 標準，努力搞好售后服務。只有這樣，包裝機械企業(yè)才能得以更好地發(fā)展。打包包裝 機械作為包裝設備中的一個主要分支，是將一個或多個包裝物用牛皮紙包裝在一起的 機器，使包裝件便于運輸、保管和裝卸，屬于外包裝設備。我國打包機械生產(chǎn)自1976年開始。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和各行業(yè)對改善產(chǎn)品包裝產(chǎn)品質量的要

23、求日益 迫切，使包裝機械不論在生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術、整機性能等方面都有了很大的提高。 包裝機械業(yè)是包裝工業(yè)的配套工業(yè)，在輕工機械行業(yè)中占有重要的地位。越來越多的 包裝業(yè)人士認為：包裝業(yè)的發(fā)展出路在于包裝機械的發(fā)展。與此同時，我國的包裝機 械行業(yè)在吸收消化國外先進技術的基礎上不斷創(chuàng)新，如今已形成了完整的行業(yè)體系，包裝機械的技術水平不斷提高， 不僅滿足了國內需求， 不少包裝機械還實現(xiàn)了出口創(chuàng) 匯。然而，相對于國外包裝機械的發(fā)展，我國仍有不少的差距。今后一個時期，我國 包裝業(yè)正面臨著大的發(fā)展機遇，包裝機械也將會有較大的發(fā)展。南昌航空大學科技學院學士學位論文41 3 本文主要框架本文設計研究的書本打包機

24、縱向推書機構，以書本包裹為打包對象，研究的主要 內容包括：凸輪的設計和凸輪輪廓線的繪制、 齒輪齒條的設計與校核計算、軸和連桿的 設計、計算以及鍵的選用和電動機的選擇以及各主要零部件及裝配體三維圖等，主要 框架如下圖1.1所示：圖1.1主要框架圖南昌航空大學科技學院學士學位論文52 推書機構的總體方案分析2.1 工作原理分析全自動書本打包機是一種集書摞自動搬運、輸送、書摞包裝紙自動折紙、書摞自動裹包和自動捆扎等多種功能于一體的圖書自動打包系統(tǒng)。其工藝流程圖如圖2.1示:圖2.1工藝流程圖而其中之一的推書機構，是實現(xiàn)圖書自動化捆包的重要功能單元之一，其工作過 程可表述為：由主控裝置發(fā)出電信號指令，

25、經(jīng)主傳動系統(tǒng)傳遞的運動驅使槽形凸輪轉 動，凸輪推動擺桿經(jīng)連桿帶動齒輪沿下齒條滾動， 且齒輪同時帶動上齒條作水平移動， 于是上齒條正向推動推書板向前推書，完成正向推書過程。其機構示意圖如圖2.2所示：齒條B圖2.2推書機構示意圖設計推書機構的要求：（1）推書運動循環(huán)：整個機器的運動以主軸回轉一周為一個循環(huán)周期。因此可以 用主軸的轉角表示推書機構從動件（推頭或滑塊）的運動時間。推書動作占時1/3周期，相當于主軸轉120;快速退回動作占時小于1/3周期，相當于主軸轉角100;南昌航空大學科技學院學士學位論文6停止不動占時大于1/3周期，相當于主軸轉角140。每個運動時期縱向推書機構從動件的工藝動作與

26、主軸轉角的關系見下表2.1:表2.1推書機構運動要求主軸轉角推書機構執(zhí)行滑塊的工作主軸轉角推書機構執(zhí)行滑塊的動作0 80。推單摞書前進120 220?；瑝K退回80 120。推七摞書前進，并折后角220 360?；瑝K停止不動%圖2.3縱向推書機構運動循環(huán)圖(2)推書前進和退回時，要求采用等加速、等減速運動規(guī)律。2.2 總體方案設計作為自動化包裝機械，書本打包機械主要由送書機構、推書機構、裁紙機構等組 成，其中縱向推書機構要求執(zhí)行構件在工作行程中等速直動并具有急回特性。為了能 在較短的周期內設計出性能更好、更符合客戶需求的推書機構，本文在對打包機械推 書機構的設計中，對縱向推書機構提出如圖2.4所

27、示的運動方案。縱向推書機構主要由 凸輪連桿機構和齒輪齒條機構組成。該機構要實現(xiàn)間歇推書運動，為確保書摞不倒， 要求執(zhí)行構件工作行程等速運動，快速退回。具體的運動過程為：主軸轉動帶動凸輪 做等角速度轉動，搖桿在凸輪作用下作間歇性的往復擺動，連桿帶動齒輪齒條機構作 間歇性的往復直動。推書滑塊固定在移動齒條上隨齒條做往復運動實現(xiàn)推書動作，齒 輪齒條機構主要是增加推書滑塊的行程?？v向推書機構推書行程H=400mm。圖2.4中hl=l00mm，h2=600mm。推書次數(shù)為：50).1次/分。南昌航空大學科技學院學士學位論文72.3 推書機構的比較和選擇:按照設計要求推書機構只需實現(xiàn)直線往復運動，則擬定了

28、圖2.5間歇運動機構、圖2.6傳動運動機構和圖2.7直線運動機構三種機構進行比較分析。圖2.5間歇運動機構圖2.6傳動運動機構圖2.7直線運動機構其中間歇運動機構可由槽輪機構或不完全齒輪、凸輪機構組成；傳動運動機構可 由圓柱齒輪、圓錐齒輪或蝸輪蝸桿；直線運動機構可由曲柄滑塊或凸輪機構組成。 通過表2.1比較如下：南昌航空大學科技學院學士學位論文8表2.1各運動機構比較縱橫推進機構間歇運動機構傳動運動機構直線運動機構槽輪 機構不完 全齒輪凸輪 機構圓柱 齒輪圓錐 齒輪蝸輪蝸桿曲柄 滑塊凸輪 機構簡單，易 實現(xiàn)，成 本低運動精確運動精確沒沖擊易實現(xiàn)同 向變 速不同方向 傳動 和變速垂直方向 傳動加

29、工簡單成本低運動精 確，沒沖 擊運動 不精確沖擊， 加工復 雜，成 本高易磨損，加 工成本高只可同向 傳動加工復雜成本高， 角度不易 變占空間， 對桿長要 求咼易磨損， 加工成本 高綜上，根據(jù)設計要求，通過三種機構的對比，選擇間歇性運動機構當中的槽形凸輪機構。2.4 本章小結本章主要對推書機構進行了總體設計，并根據(jù)推書機構的要求進行了圖表比較選 用了較合適的推書機構零部件的組合。南昌航空大學科技學院學士學位論文93 槽形凸輪的設計與計算3.1 槽形凸輪設計分析凸輪機構是由凸輪、從動件和機架組成的，三者作相對運動。凸輪機構具有結構 簡單緊湊控制準確有效、性能穩(wěn)定和適應性強等優(yōu)點，而且與其它機構配

30、合可以實現(xiàn) 復雜的運動要求，因此應用非常廣泛，特別是在印刷機、紡織機、內燃機以及各種自 動機中應用更加普遍。充分利用計算機技術，實現(xiàn)凸輪輪廓曲線的計算機輔助設計， 可以提高凸輪輪廓曲線的設計質量與精度，縮短設計周期和提高產(chǎn)品質量。推書機構 要求等加速等減速運動，所謂等加速等減速運動，即從動件在一個推程中先作等加速 運動，后作等減速運動，而在回程時先作等加速運動，后作等減速運動。故推書機構 中的凸輪機構設計為一偏置槽形凸輪機構。凸輪角速度-M=1rad/s，逆時針轉向，推桿最大行程h =25mm，具體尺寸見附零件圖。該機構要實現(xiàn)間歇推書運動，要執(zhí)行構 件（推書滑塊）工作行程等速運動，快速退回。3

31、.2 凸輪輪廓線的計算與繪制對推書機構進行設計時，要求機構的傳力性能好，推書滑塊勻速推書并快速退回， 而推書機構凸輪廓線設計是否合理，對該類機構的正常工作影響很大，所以下面將在 對該類機構工作原理和工作要求進行分析的基礎上，用解析法分析符合工作要求的凸 輪輪廓曲線方程，并繪制凸輪廓線圖。建立如圖3.2所示的坐標系xNy.圖3.2機構安裝及輪廓尺寸簡圖由圭寸閉向量三角形NKM得矢量方程式：rq= l411以復數(shù)形式表示：re=|4 l1ei南昌航空大學科技學院學士學位論文10歐拉展開得：l1si n 二rsi nr11cos 二 r cosJ-丨削去 得：所以，凸輪的理論廓線方程為：r =r)理

32、r cos 日-l4costg - sin。其中 r 為凸輪向徑，為搖桿擺角， 是中間變量， ， 可用如下方法求解。 由圖3.2所示 封閉四邊形NABC的封閉矢量方程式：I3llos以復數(shù)形式表示：l3e l2e-l0- sei0。其中由機構安裝尺寸確定。歐拉展開得：* sin 二 ssin-gn l2cos 一： = l0scos0-13cosA+:A2+B2_C2削去令得： =2arctg，其中 B-C丿A=2sl3sin,B=2l3(l0scos0),C = l22-l32-(l0scos0)2s2sin，l2， l3為相應桿長，lo由機構安裝尺寸確定。聯(lián)解上式即可求得凸輪輪廓曲線方程r

33、()。假設機構的極位夾角為i(可由給定的行程速度變化系數(shù)求出)，推書齒輪的工作行程為h(即為H 2 =244.4mm)，取凸輪向徑角度二和h相同的等分數(shù)為N，則凸輪向徑的轉角二可表 示為：180t - 900+勺 j 推書齒輪的位移：s = h-0.5 i，其中t為其等分數(shù)，Ni 2丿IN丿取值范圍為(0 ,N)。根據(jù)凸輪曲線方程 r()及從動件位移方程，繪制出凸輪廓線圖如圖3.3示：南昌航空大學科技學院學士學位論文11南昌航空大學科技學院學士學位論文12圖3.3凸輪輪廓曲線和運動規(guī)律3.4 本章小結本章重點介紹了凸輪的設計，主要內容包括：槽形凸輪的分析和凸輪相關計算并在AutoCAD上完成凸

34、輪輪廓曲線和凸輪運動規(guī)律的繪制,使設計、計算、繪圖于一體， 非常方便，同時讓推書機構實現(xiàn)了間歇推書運動，使得執(zhí)行構件（推書滑塊）工作行程等速運動，快速退回，完成了設計的要求。7實際輪廓線r南昌航空大學科技學院學士學位論文134 齒輪齒條的設計與計算4.1 齒輪齒條參數(shù)設計齒輪傳動是近代機器中最常見的一種機械傳動，是傳遞機器動力和運動的一種主 要形式，是實現(xiàn)旋轉運動和直線運動相互轉換的一種極佳傳動方案。齒輪齒條傳動的 特點是：齒條齒廓為直線，齒廓上各點具有相同的壓力角，且在傳動過程中始終保持 相同的標準齒形角，和與其它傳動相比，具有傳遞的功率大、速度范圍廣、效率高、 工作可靠、壽命長、結構緊湊、

35、能保證恒定傳動比等特點。齒輪齒條在傳動的過程中 是相當穩(wěn)定的，所以在相似的技術當中算是比較穩(wěn)定的一種，齒輪傳動是應用最為廣 泛的一種傳動形式。所以根據(jù)推書機構的設計要求選用了齒輪齒條傳動機構，其中齒 輪為圓柱直齒輪，現(xiàn)設計齒輪齒條參數(shù)如下表4.1所示：表4.1齒輪齒條參數(shù)名稱符號齒數(shù)（Z1 ）齒條(Z2 )模數(shù)m22齒數(shù)z21287壓力角a2020齒頂咼系數(shù)ha*11頂隙系數(shù)c0.250.254.2 幾何尺寸的計算(1)分度圓直徑d:d1= mz1= 2 21 = 42mm齒頂高ha:ha1 = ha2二 ham = 1 2 = 2mm齒頂圓直徑da:da1=(乙2ha)m = (21 2 1

36、)2 =46mm齒根圓直徑 df:南昌航空大學科技學院學士學位論文14df1二（乙一2ha-2c ）m二（212 1-2 0.25） 2=37mm(5)基圓直徑 db:db1= d1co =42 cos20= 39.47 mm4.3 重合度的校核齒輪齒條傳動機構具有傳動效率高和結構緊湊等優(yōu)點，齒輪齒條設計中重合度的 大小對設計的合理性和傳動的平穩(wěn)性影響較大。所以對打包機縱向推書機構中齒輪齒 條的重合度進行校核驗算是非常重要的。在安裝時要根據(jù)上表的設計參數(shù)計算出重合 度，以校核該齒輪齒條設計能否滿足工作要求。根據(jù)上述的幾何尺寸經(jīng)計算得荷=31，繪出的齒輪齒條嚙合重合度如圖4.1所示:z1（tan

37、 a1 tan 8）+小cossin d圖4.1齒輪齒條嚙合簡圖計算結果表明，推書機構中齒輪齒條傳動的重合度數(shù)值為1.78,根據(jù)相關資料, 認為重合度在1.52.0范圍內比較合理。據(jù)此判斷，推書機構中齒輪齒條機構的設計 參數(shù)合理，能夠滿足工作要求。4.4 齒輪的強度校核2ham21 tan 3102 二-tan2002 1 2cos20osin 20=1.78南昌航空大學科技學院學士學位論文15齒輪齒條傳動，不存在高轉速、長時間工作條件(要求)，且應力循環(huán)次數(shù)比齒 輪傳動小的太多了，所以，就不存在輪齒彎曲疲勞強度、接觸疲勞(點蝕等)強度計 算問題。比起直齒輪傳動，齒輪齒條傳動的重合系數(shù)要高，每

38、個齒承受的力相對要 小。所以，對齒輪齒條傳動進行強度校核，只要通過輪齒受力分析計算，滿足輪齒彎 曲強度即可。1選材：圓柱直齒輪，40Cr,調質處理，硬度300HBS;2許用彎應力：查表有： 二Flimbi= 600N/mm2所以取 KFL=1，則有：6】1 二KFCKFL=300N /mm2SF3驗算彎曲應力:其中 z=20,YF=4.15(x=0),T1=20.473N*m，Kv=1.08d1=40mmd= 1,k = 1.17,mn= 2mmYF2T1KRKV2貝U；F1-廠 一=62.13N/mm2：J d1dmn所以齒輪彎曲強度符合要求。4.5 本章小結本章重點介紹了齒輪齒條機構的設計

39、，主要內容包括：(1) 分析設計了齒輪齒條機構的參數(shù)；(2) 對齒輪齒條進行了重合度的校核及對齒輪彎曲強度的校核。；十F lim blSFKFCKFL取 SF=2，單向傳動取 KFC=1，因為,NFV= NH= 3.69108NF0=4 1062T；K:KVanYF13004.152= 72.23N/mm=YF南昌航空大學科技學院學士學位論文165 其它零部件的設計與計算5.1 軸的設計與校核推書機構的齒輪傳動軸和凸輪軸都采用平鍵。電動機正常工作的轉速為no=96Or/min。齒輪的轉速ni=no/ii=96O/2=48Or/min;功率Pi=10KW。凸輪軸的轉速n2=ni/i2=480r/

40、min；功率P2=10KW。因此各軸的轉速如下：齒輪軸：ni=480r/min；凸輪軸：n2=480r/min；1.確定齒輪軸最小直徑PT9550000軸的扭轉強度條件為：T=-TWT0.2d3式中：.T扭轉切應力，單位MPa;T軸所受的扭距，單位N mm;WT軸的抗扭截面系數(shù)，單位 mm3;n軸的轉速，單位r / min；P軸傳遞的功率。單位KW；d計算截面處軸的直徑，單位 mm；T許用扭轉切應力，單位MPa；由上式可得軸的直徑：、9550000PI9550000P ITA“d一333A03- 0.2T n 0.2冇Vn Yn選取軸的材料為45鋼，調質處理。A0查表取112，P=10KW，n

41、=480r/min帶入 得：軸最小直徑的初始值：d 19.65mm。所以根據(jù)要求現(xiàn)設計尺寸為齒輪軸小端直徑為20mm，長度為60mm ；大端直徑為25mm，長度為200mm。用同樣方法可確定凸輪軸的尺寸。2.軸的校核南昌航空大學科技學院學士學位論文17進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取-二1,用公式計算軸的應力：匚ca軸的計算應力，單位MPa；M軸所受的彎距，單位N mm；T軸所受的扭距，單位N mm；W軸的抗彎截面系數(shù)，單位 mm3。計算公式如下:二 d4(D _d) (D d)2zb32D找出齒輪軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面處的 MH、MV及 M總的值列表如下:

42、表5.1載荷值計算載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=302.8N, FNH2=237.5NFNV1= 111.53N, FNV2=84.85N彎矩MMH=29596N mmMV=13542.37N mm總彎矩M總=J295962+13542.372=30045N mm扭矩TT =8057.9N mm畫出軸的載荷分析圖。如圖5.1示:caM2CT)2W3二南昌航空大學科技學院學士學位論文18故安全。3飛輪的計算與安裝飛輪是具有適當轉動慣量、起貯存和釋放動能作用的轉動構件。它是安裝在機器 回轉軸上的具有較大轉動慣量的輪狀蓄能器，飛輪可以用來減少機械運轉過程的速度 波動。所以為了加強推書機構運動

43、的平穩(wěn)性，要計算飛輪的轉動慣量，并確定飛輪安 裝在哪根軸上較合適來達到設計要求。飛輪轉動慣量計算如下：摩擦系數(shù)為 f=0.03，周期為t=2s則包書速度為：v = 0.15/1 = 0.075m/ s安全系數(shù)為k =1.2又由上述可算得：平均力矩m=688.98m/s所以總功率：P =m-k上圖中c截面為危險截面前已選定軸的材料為圖5.1軸的載荷分析圖通過計算得:-caM2CT)l56.93MPa45鋼，調質處理，查得.=90MPa。因此,Fnv2M總南昌航空大學科技學院學士學位論文19而CD=2nn/60主軸轉速為：10r/mi nP = 865.36所以，飛輪應該裝在推書機構凸輪軸上較合理

44、，并且轉動慣量J : J =N max/，m、. = 1675kg - m其中，0.255.2 鍵的選用選用A型平鍵(GB/T1096-1979)，按帶輪和齒輪的寬度由手冊查得:b h I二6mm 6mm 8mm強度校核，按公式計算:P2000T1P dkL（許用擠壓應力），k=0.5h=2.5,L=L-b=13mm鍵聯(lián)接傳遞的轉矩為:T1=8.058N m鍵的工作面壓強P為:綜上，鍵聯(lián)結強度合格。5.3 連桿的設計連桿機構的示意圖如下圖5.3所示:查得參數(shù)二FF=100N/mm22000T1P =dkL2000a。58=35/2MPa：；FF=100MPa14 2.5 13南昌航空大學科技學

45、院學士學位論文20B為連桿機構的一般位置，A和C分別為連桿端點的左右極限位置。又因為推書 行程為H= AC = 400mm。設R為等效曲柄半徑，d為連桿長度，aA = x當機構出于拉直共線和重合共線兩種位置時，連桿的推程分別取最大值和最小 值。由幾何關系可列出（d RR2（H x）22R：d,x =d -h/2根據(jù)關系式可?。篟 =200mm d = 600mm5.4 電動機的選擇電動機的作用是將電能轉換為機械能，現(xiàn)代各種生產(chǎn)機械都廣泛應用電機來驅 動。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別是三相異步電動機。它被廣泛地用來驅動 各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳動帶、鑄造機械、功率不大的通風機及

46、水泵 等。（1）三相異步電動機的構造三相異步電動機分成兩個基本部分：定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。三 相異步電動機的轉子根據(jù)構造上的不同分為兩種型式：鼠籠式和繞線式。鼠籠式和繞 線式只是在轉子構造上的不同，它們的工作原理是一樣的。鼠籠式電動機由于構造上 簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，就成為生產(chǎn)上應用最廣泛的一種電動機。（2）電動機的轉動原理下圖5.4是三相異步電動機轉子轉動的原理圖，圖中N，S表示兩極旋轉磁場， 轉子中只示出兩根導條。當旋轉磁場向順時針方向旋轉時，其磁力線切割轉子導條， 導條中就感應出電動勢。在電動勢的作用下，閉合的導條中就有電流。這電流與旋轉 磁場相互作用。而使轉

47、子導條受到電磁力F。電磁力的方向可應用左手定則來確定。電磁力產(chǎn)生電磁轉矩，轉子就轉動起來。N5南昌航空大學科技學院學士學位論文21圖5.4電動機轉子轉動原理圖(3)三相異步電動機的選擇要為一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要考慮電動機的功率，合理選擇電動機的 功率具有重大的經(jīng)濟意義。如果電動機的功率選大了，雖然能保證正常運行，但是不 經(jīng)濟。因為這不僅使設備投資增加和電動機未被充分利用，而且電動機經(jīng)常不是在滿 載荷下運行，它的效率和功率也都不高。如果電動機的功率選小了，就不能保證電動 機和生產(chǎn)機械的正常運行，不能充分發(fā)揮機械的效能，并使電動機由于過載而過早地 損壞。根據(jù)執(zhí)行機構摩擦輪的功率和轉速情況

48、，選擇電動機型號：丫160L-6額定功率:11KW;滿載轉速：970r/mi n。圖5.5電動機(4)三相異步電動機的三維建模在整個設計方案中，電動機屬于外購部分，不需要另行設計，故在三維圖中可用 簡單的模擬圖形來代替。5.5 本章小結本章重點介紹了包裝帶捆扎機總體結構和各部件的設計，主要內容包括(1)進行了軸的設計及其校核計算、飛輪的計算與安裝和連桿的設計；根據(jù)設計要求選用了鍵和電動機。6 推書機構的三維建模6.1 SolidWorks 軟件簡介SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與C

49、V公司的副總裁 發(fā)起，當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模 型設計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今，至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售 與分銷該產(chǎn)品。南昌航空大學科技學院學士學位論文222011年9月20日，DS SolidWorks推出SolidWorks2012新品，這也是SolidWorks的CAD軟件史上發(fā)布的第20個版本。SolidWorks2012新增 了和完善了200多項功能，可以更好的幫助提高企業(yè)創(chuàng)新能力和設計團隊的工作 效率。在這個版本中增加了大型審閱圖和走查等眾

50、多功能，其中大型審閱圖可以 快速打開復雜的大型裝配體，節(jié)省系統(tǒng)資源。走查功能可以模仿人眼的觀察走向，可以更加清晰的看到復雜的構造內部。SolidWorks軟件功能強大，組件繁多。在SolidWorks中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWork的性能得到極大的提高。SolidWorks可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。同時SolidWorks可以從三維模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標注，增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成 剖

51、中剖視圖、部件的圖層支持、 熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。SolidWorks功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質量SolidWorks不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它 可以方便地管理CAD文件。在強大的設計功能和易學易用的操作 （包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同

52、下，使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設計是可 百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。南昌航空大學科技學院學士學位論文236.2 主要零部件的三維建模1槽形凸輪：機械的回轉或滑動件，它把運動傳遞給在槽面上自由運動的針桿，或者 它從這樣的滾輪和針桿中承受力。該機構要實現(xiàn)間歇推書運動，為確保書摞不倒，要 求執(zhí)行構件工作行程等速運動，快速退回。如圖6.1所示：圖6.1槽形凸輪2擺桿：在推書機構中，連接凸輪與連桿的連接件，如圖6.2所示:3連桿：連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件，如圖6.3所示：南昌航空大學科技學院學士學位論文24南昌航空大學科技學院學

53、士學位論文254齒輪軸：齒輪軸指支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件，如圖6.4所示：圖6.4齒輪軸5齒輪：輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械元件，齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件，如圖6.5所示：圖6.5齒輪6齒條：具有一系列等距離分布齒的平板或直桿，如圖6.6所示:圖6.6齒條6.3 裝配體的三維建模本文研究設計的縱向推書機構是由槽形凸輪、擺桿、連桿、齒輪、齒輪軸、齒條 和推書擋板等組成，其中槽形凸輪與擺桿連接以實現(xiàn)機構的間歇運動，擺桿與連桿連 接傳遞運動與力，齒輪軸兩端同時連接著連桿和齒輪，把力傳遞給齒輪，讓齒輪齒條 嚙合傳動，從而實現(xiàn)推書擋板的運動，其裝配體

54、三維圖如圖6.7所示：南昌航空大學科技學院學士學位論文26圖6.7推書機構裝配圖圖6.8推書系統(tǒng)結構圖1南昌航空大學科技學院學士學位論文27圖6.8推書系統(tǒng)結構圖26.4 本章小結本章詳細的介紹了SolidWorks設計軟件以及用SolidWorks對推書機構各主要零 件的三維建模。并對整體機構進行了裝配，使我們清晰直觀的了解了推書機構的結構 和工作原理。南昌航空大學科技學院學士學位論文28全文總結通過歷時近半年的籌備與研發(fā)，本文成功的設計出書本打包機縱向推書機構，能 很好的滿足對書本的推動要求，運行穩(wěn)定。推書機構作為書本打包機的重要組成部分， 它的研制成功，極大的提高了我國書籍包裝的自動化和

55、標準化水平，減輕工人勞動強 度。本論文是對設計推書機構工作的總結，所作的主要工作包括：(1)國內企業(yè)對于書本打包機的需求以及應用前景的分析，了解和掌握國內與國 際上關于包裝機械的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。(2)研究確定書本打包機縱向推書機構的工作流程和系統(tǒng)總體設計方案。(3)關鍵機械部件一凸輪機構的研究分析。闡述了凸輪的工作流程，并繪制出凸 輪輪廓圖。(4)設計齒輪齒條機構，并進行了重合度的計算和齒輪的校核計算。(5)其它零部件的設計。完成軸的設計和校核計算，連桿的設計，鍵的選用及電 動機的選用。書本打包機縱向推書機構是一個實踐性很強的設計項目，并具有廣泛的應用前 景。通過研制書本打包機縱向推書機

56、構，我學習了機、電及計算機控制一體化的現(xiàn)代 化高科技設備的研究開發(fā)過程，在鍛煉自己科研能力的同時，鍛煉和提高我的實際動 手能力及項目科研管理能力，可以深入到我國工業(yè)現(xiàn)代化裝備的第一線，了解我國目 前國有大中型工業(yè)企業(yè)的設備現(xiàn)狀，深深的感受到我國的工業(yè)技術水平與國外先進水 平還有很大差距，要不斷縮小這種技術水平差距正需要我們當代科研技術工作者的不 懈努力。我們研制的書本打包機雖然已經(jīng)能較好的完成對書籍打包的功能，但其在整體性 能、自動化程度以及功能的完善性方面跟國外先進的全自動打包機相比還有一定的差 距。在書籍打包方面，我們需要努力的方向是：縮短打包周期以及打包機的工作穩(wěn)定及 可靠性。南昌航空大

57、學科技學院學士學位論文29參考文獻1陳守強.機械裝備導論M.西安：西安電子科技大學出版社，2008.09.2李斌.剖析 SDB-I 型平裝書籍打包機J.印刷技術，2007( 02):51-52.3王中剛，張秀親.機械設計實踐M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.4成大先.機械設計手冊全卷M.北京：化學工業(yè)出版社，1999.5高德.包裝機械設計M .北京：化學工業(yè)出版社,2005.黃穎為.包裝機械結構與設計M .北京：化學工業(yè)出版社,2006.7孫懷遠，郭志杰.微型直角封口包裝機研制J.包裝工程,2005,26:65 -67.8劉揚，賀兵.枕式包裝機橫封機構平衡設計J.包裝工程,2008,

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