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1、機械原理課程設(shè)計,書本打包機設(shè)計,,目 錄,一、設(shè)計題目及工作原理與工藝動作分解 二、各機構(gòu)具體設(shè)計與方案確定 三、機構(gòu)組合及各機構(gòu)運動循環(huán)圖 四、注意事項,一、設(shè) 計 題 目,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(biāo)簽，如圖所示,書本打包機的工作原理及工藝動作分解, 送書：橫向送一摞書。 推書：縱向推一摞書到工位a，使它與工位bg上的六摞書貼緊。 送紙：書推到工位a前，包裝紙已先送到位。包裝紙原為整卷筒紙，由上向下送夠長度后進行裁切。 繼續(xù)推書前進至工位b，由于在工位b的書摞上下方設(shè)置有擋板，以擋住書摞上下方的包裝紙，所以書摞推到b時實現(xiàn)包三面。這個工序中推書

2、機構(gòu)共推動ag的7摞書。,書本打包機的工作原理及工藝動作分解, 推書機構(gòu)回程時，折紙機構(gòu)動作， 先折側(cè)邊(將紙卷包成筒狀)，再折 兩端上、下邊。 繼續(xù)折前角。 上步動作完成后，推書機構(gòu)已進到 下一循環(huán)的工序，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。 推書機構(gòu)又一次循環(huán)到工序時，將工位c的書摞推到工位d。,書本打包機的工作原理及工藝動作分解, 在工位d向兩端涂膠。 在工位e貼封簽。 在工位f、g，用電熱器把 膠烘干。 在工位h時，用人工將包 封好的書摞取下。,二、各機構(gòu)具體設(shè)計方案 1、橫向送書機構(gòu) 2、縱向推書機構(gòu) 3、送紙機構(gòu) 4、裁紙機構(gòu) 5、折邊、折

3、角機構(gòu) 6、涂漿糊、貼標(biāo)簽以及烘干機構(gòu) 7、傳動機構(gòu)的設(shè)計,1、橫向送書機構(gòu),方案一：,,此方案的主要執(zhí)行機構(gòu)為凸輪機構(gòu)和齒輪齒條機構(gòu)，其機構(gòu)簡圖如圖所示。 工作原理：通過主動件凸輪的轉(zhuǎn)動將速度通過齒條2齒條2帶動齒輪1,2轉(zhuǎn)動，并且由齒輪1,2控制不同的傳動比齒輪1帶動齒條1和其上推頭橫向運動完成橫向送書動作。,1、橫向送書機構(gòu),比較方案：,此方案采用傳送帶來完成橫向送書的動作，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 工作原理：輪1為主動件，帶動傳送帶順時針轉(zhuǎn)動，書本放在傳送帶上，利用摩擦力將書本送到工作臺上。,1、橫向送書機構(gòu),橫向送書機構(gòu)方案確定 方案一的機構(gòu)比較復(fù)雜，采用的構(gòu)件較多，加工成本高，但精度高

4、，課程設(shè)計以簡單加工成本低，空間占用小為優(yōu)先考慮。然而，凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損，而且傳遞的動力比較大，磨損就更加嚴(yán)重了。 比較方案的機構(gòu)簡單，容易制造，維護方便，成本低廉；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；能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩(wěn)，噪聲小。但是因為帶傳動受摩擦力和帶的彈性變形的影響，所以不能保證準(zhǔn)確的傳動比, 效率較低。 經(jīng)過比較，推選第二種方案為最佳方案。,2、縱向推書機構(gòu),,縱向推書機構(gòu)的主要執(zhí)行機構(gòu)為凸輪機構(gòu)和連桿滑塊推頭機構(gòu)。 工作原理：凸輪為主動件，凸輪的轉(zhuǎn)動使連桿擺動，從而帶動滑塊推頭做往復(fù)運動，從而完成縱向推書動作。機構(gòu)

5、運動循環(huán)圖如右圖所示?？v向推書機構(gòu)在0120期間向包書機構(gòu)完成縱向推書動作：080完成單摞推書，80120完成七摞推書，120220推頭回退，220360推頭不動。,此方案的機構(gòu)有點復(fù)雜，采用了凸輪、擺桿和連桿滑塊，可承受較大的載荷，利于潤滑，磨損較小，形狀簡單，便于制造加工，安裝簡單，但隨著構(gòu)件和運動副數(shù)目的增加，積累誤差較大，傳動精度不高。,2、縱向推書機構(gòu),對于本機構(gòu)的平面連桿機構(gòu)運動分析 平面連桿機構(gòu)的運動分析方法有很多，其中兩種方法應(yīng)用較廣泛，即瞬心法和桿組法。瞬心法是利用機構(gòu)的瞬時速度中心求解機構(gòu)的運動問題。桿組法的理論依據(jù)為機構(gòu)組成原理。在這里選擇桿組法。 對于凸輪，采用

6、高副低代的方法進行分析。平面連桿機構(gòu)運動圖與平面連桿機構(gòu)的桿組如圖所示。,2、縱向推書機構(gòu),計算方法：,位置分析:,速度分析:,,,,加速度分析:,3、送紙機構(gòu),送紙機構(gòu)工作原理：用皮帶輪控制另一個主動輪，按額定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，通過不完全齒輪控制摩擦輪的運動，當(dāng)需要送紙的時候使不完全齒輪與完全齒輪相嚙合，實線送紙，不需要時使不完全齒輪的圓滑面與齒輪相切，實現(xiàn)傳紙的間歇。,優(yōu)缺點：機構(gòu)簡單，空間構(gòu)件靈活，穩(wěn)定性好，設(shè)計簡單，精度有保證。但其不完全齒輪加工復(fù)雜，成本高，工作時會產(chǎn)生沖擊，載荷不大，對機構(gòu)整體的穩(wěn)定性影響不大。,3、裁紙機構(gòu),方案一：,方案二：,方案二的工作原理：凸輪為原動件，凸輪推動推

7、桿先前運動，上下兩邊的壓塊先壓緊牛皮紙，刀具再向前將紙裁斷。,方案一工作原理：曲柄為主動件，曲柄的轉(zhuǎn)動帶動擺桿擺動，擺桿的擺動帶動刀具的往復(fù)運動，從而完成裁紙動作。,方案一的機構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡單，制作簡單方便，易裝配，穩(wěn)定性好，并滿足剪紙要求，然而，四桿機構(gòu)的計算難度大，剪紙不夠穩(wěn)定，有急回性。 方案二的機構(gòu)直觀，簡單地實現(xiàn)裁紙工作，使用上下兩邊的壓塊來控制壓緊與切紙，裁紙穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，所占用的空間小。但裝配困難。 比較以上兩種方案，選擇方案二，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造、穩(wěn)定性好，易實現(xiàn)壓緊與剪紙和其它機構(gòu)的運動時間配合。,3、裁紙機構(gòu),裁紙機構(gòu)凸輪分析：,裁紙過程中主軸轉(zhuǎn)角為7080。為了防止從動件

8、運動過程中產(chǎn)生沖擊，要求推程時從動件運動規(guī)律按正弦規(guī)律變化。回程過程中仍舊按正弦加速度規(guī)律設(shè)計凸輪。凸輪的最大推程為50mm，設(shè)計凸輪從動件是直動型的，基圓半徑50mm，滾子半徑10mm。 設(shè)計裁紙刀距離紙張40mm，圖為從動件運動位移與凸輪轉(zhuǎn)角關(guān)系。,3、裁紙機構(gòu),凸輪參數(shù)計算,一、最大壓力角 凸輪機構(gòu)在運動過程中，其壓力角是不斷變化的。為了觀察機構(gòu)壓力角的變化情況，以找出最大壓力角，可對機構(gòu)進行高副低代，換成低副機構(gòu)加以觀察。滾子中心可視為從動件尖端，它與理論輪廓線形成高副接觸。 計算時可將某一位置時滾子中心與凸輪接觸點的曲率中心分別代以轉(zhuǎn)動副鉸接一個虛擬構(gòu)件來代替高副，從而得到一個曲柄滑

9、塊機構(gòu)。 經(jīng)作圖計算，最大壓力角為=36.5<=3038,二、最小曲率半徑 校核實際輪廓線的最小曲率半徑時，由a min +滾子半徑r = min得最小曲率半徑，由高數(shù)公式 =（x2+y2）2/3/xy” - x”y，并逐點求解得最小曲率半徑 min < 。,4、折邊、折角機構(gòu),折邊機構(gòu)方案對比：,,方案一的機構(gòu)通過凸輪較小幅度的回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)了假肢桿件較大幅度的間隙閉合開啟運動，而且可以同時折好上下邊，提高了工作效率。另外，由于凸輪回轉(zhuǎn)幅度較小，因而整體機構(gòu)所占空間小，整體顯得十分緊湊；但是其折邊的品質(zhì)不能夠保證，折的不是非常好，凸輪輪廓設(shè)計較困難。 方案二的機構(gòu)通過模擬人的雙手包東西形式來包

10、書本，雖然其機構(gòu)占用的空間大，但是其保證了包書的品質(zhì)，包得更好。機構(gòu)簡單，易設(shè)計。 通過比較，為了更好地包書品質(zhì)，選擇方案二。,方案一：,方案一的主要執(zhí)行機構(gòu)為凸輪、連桿和擺桿機構(gòu)，通過凸輪的回轉(zhuǎn)運動，帶動連桿擺動，進而實現(xiàn)假肢桿件的間隙閉合開啟運動，實現(xiàn)折上下邊的功能。,方案二的主要執(zhí)行機構(gòu)為槽輪和圓錐齒輪機構(gòu)，由圓柱槽輪機構(gòu)帶動折邊機構(gòu)，行程為150mm，其中折前側(cè)邊與兩端上邊機構(gòu)固連，且兩端的折邊爪比側(cè)邊的折邊爪滯后40mm，下邊機構(gòu)對稱。圓柱槽輪的轉(zhuǎn)動帶動折邊爪上下運動，來完成折邊的工作。,方案二：,4、折邊、折角機構(gòu),折角機構(gòu)方案對比：,方案一：,方案二：,方案一的折前角機構(gòu)的主要執(zhí)

11、行機構(gòu)為一個隨軸回轉(zhuǎn)的半球形轉(zhuǎn)子，該機構(gòu)隨軸轉(zhuǎn)動，上下邊折好后，半球形轉(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。,方案二的主要執(zhí)行機構(gòu)為一個隨軸轉(zhuǎn)動的矩形框和齒輪機構(gòu)，該機構(gòu)為由齒輪帶動的，做圓周運動的機構(gòu)。初始狀態(tài)下，兩滾輪所在平面平行于書運動方向，以便書兩邊所帶的紙能夠順利通過。當(dāng)側(cè)邊與兩端上下邊折起來之后，齒輪帶動其繞豎直軸作半周圓周運動，使豎直滾輪掠過前角邊，將其折起。此方案的機構(gòu)的工作效率更高，因此選擇方案二。,5、涂漿、貼標(biāo)簽、烘干機構(gòu),涂漿貼標(biāo)簽烘干機構(gòu)的工作原理：通過凸輪的轉(zhuǎn)動帶動與凸輪連接的輪軸，并使其上面的水平板塊做水平往復(fù)運動，四個長方體相鄰兩長方體間隔130

12、140mm（書摞的寬度），恰好為兩摞書中點之間的距離，在推書機構(gòu)把第二摞書推到涂漿糊處，第一摞書恰好到達貼標(biāo)簽處。直至最后完成烘干。,機構(gòu)主要執(zhí)行機構(gòu)為移動凸輪和曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄的轉(zhuǎn)動帶動移動凸輪上下移動，使涂漿貼標(biāo)簽烘干觸頭前后移動，從而完成涂漿貼標(biāo)簽和烘干的工作。,6、傳動機構(gòu),傳動裝置設(shè)計：,傳動裝置的高速級齒輪z1做成斜齒輪，低速級齒輪做成直齒輪。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但齒輪對于軸承對稱布置，載荷沿齒寬均勻發(fā)布，軸承受載均勻。適合運用于變載荷場合。電動機選擇常用1000r/min的電機。,傳動比計算：,由選定的數(shù)據(jù)：電動機轉(zhuǎn)速n1=1000r/min，主軸轉(zhuǎn)速n4=10r/min，傳動比為10

13、0可通過計算得到各個齒輪的齒數(shù)。 計算過程： i14=d2*z2*z4d1*z1*z3=100 取輪1直徑d1=15mm ，輪2直徑d2=25mm ，z1=20 ，z2=135 ，z3=18 ，z4=160，模數(shù)m=2 ，壓力角=20,各機構(gòu)運動循環(huán)圖,以主軸O的轉(zhuǎn)角表示運動時間，說明如下： 主軸O 轉(zhuǎn)動150為橫向送書機構(gòu)靜止時間；再轉(zhuǎn)動190橫向送書機構(gòu)將書推送到位；再轉(zhuǎn)動20期間橫向送書機構(gòu)回到起始位置。 2 主軸從0轉(zhuǎn)動到120為推書時間；從120到220為快速退回時間；從220到360為停止不動時間。 主軸O轉(zhuǎn)動330為裁切機構(gòu)靜止的時間；再轉(zhuǎn)動10為裁刀裁切的時間；再轉(zhuǎn)動20為

14、裁刀復(fù)位的時間。 主軸O 轉(zhuǎn)動180為折側(cè)邊、折兩端上下邊、折前角各機構(gòu)靜止的時間；再轉(zhuǎn)動160為各機構(gòu)折邊的時間；再轉(zhuǎn)動20為各機構(gòu)復(fù)位的時間。,四、方案設(shè)計注意事項,1)要求推書機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的運動為間歇移動。能滿足這一運動要求的有移動從動桿圓柱凸輪機構(gòu)，移動從動桿圓盤凸輪機構(gòu)或凸輪機構(gòu)與曲柄滑塊機構(gòu)的組合機構(gòu)等。 2) 送紙機構(gòu)可采用橡膠摩擦輪傳動，將紙自上而下地傳送，傳送一定量距離后，與最后一個摩擦輪同軸的盤形凸輪推動裁紙刀將紙裁斷。 3)折邊機構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件可采用曲柄搖桿機構(gòu)或擺動凸輪機構(gòu)的擺桿來擔(dān)任。 4)實現(xiàn)各分功能要求的機構(gòu)由同一主軸驅(qū)動，在一個循環(huán)周期內(nèi)，各執(zhí)行構(gòu)件交替動作，不能互相干涉和延遲，在設(shè)計中應(yīng)考慮給予一定的余量。 5）要求所設(shè)計機構(gòu)的性能要良好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，節(jié)省動力，壽命長，便于制造。,,