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醫(yī)用棉簽卷棉機設計方案與分析,學院：機械工程學院班級：12機制3班學生姓名：李華磊學號：2014ZSB030112,1.總論及設計要求,全自動棉簽機是按照國家衛(wèi)生標準自動設計和制造的一種自動化程序高、高速、高效生產(chǎn)衛(wèi)生棉簽。自動卷棉設備它填補了國內(nèi)空白.該機能制造棉簽，具有綜合性能強，棉頭飽滿、表面光潔、外形均勻、棉頭與棒體纏繞牢固，產(chǎn)品完全達到國家要求標準，該機可根據(jù)不同用途的棉簽，電子控制調(diào)節(jié)棉頭大小滿足各種使用要求。該機每小時可生產(chǎn)棉簽3600支，克服了傳統(tǒng)手工卷制效率低、棉簽頭大小不均、衛(wèi)生條件差的缺點。本設備適用范圍可以用于個衛(wèi)生材料廠，也適用于棉簽用量大的大中型醫(yī)院，家庭小型企業(yè)，創(chuàng)業(yè)致富的好途徑。我所設計的棉簽機實現(xiàn)了送棉，楸面棉，送簽和卷棉于一體的全自動化功能。其主要設計思路來自于對手工卷棉動作分解,然后按照相應功能的機構(gòu)部件進行設計,對比,選定,以及優(yōu)化組合.綜合利用槽輪機構(gòu)的間歇運動,凸輪連桿的往復運動,不完全齒輪的間歇運動,摩擦輪機構(gòu)以及減速器的定植調(diào)速比的設定.定量送料,定位傳送和摩擦壓力的設計都需要人工數(shù)據(jù)處理.,,1.2原始數(shù)據(jù)及設計要求1）棉花。條狀脫脂棉，寬25-30mm，自然厚4-5mm。2）簽桿。醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉部分約20-25mm。3）生產(chǎn)率。每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約20-25mm。4）卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。,2.工作原理以及工藝動作流程圖,3.機械系統(tǒng)運動方案的擬定,為達到其工藝動作要求，采用的分解動作機構(gòu)及其工作原理如下:3.1送棉將條狀棉通過機構(gòu)定時、適量送入壓棉、揪棉機構(gòu)。輸送的對象是柔軟的棉花，如果采用直線送進方式，則送棉機構(gòu)必須有持棉和直線、間歇、定長送進等功能。持棉的方式可用帶刺構(gòu)件走直線軌跡定時把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出；也可采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進等方式。前者在帶刺構(gòu)件脫出時，要把棉條壓住；后者要實現(xiàn)間歇送進，需與間歇運動機構(gòu)，如棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)或不完全齒輪機構(gòu)等連接。,,3.2揪棉用機器實現(xiàn)這個動作時，可將條狀棉的原料端壓緊在固定面上，然后在另一端既實現(xiàn)壓緊又實現(xiàn)拉扯動作，前者稱壓棉動作，后者稱揪棉動作。實現(xiàn)這些動作的機構(gòu)必須有以下幾個功能：（1）完成壓棉動作的機構(gòu)，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且要將壓力保持一定的時間，使楸棉時，壓頭下的條棉不致滑移；（2）采用適當?shù)膲侯^形式，使條棉容易揪斷。,,3.3送簽在揪下的棉塊落入導棉槽后，將簽桿送至導棉槽與棉塊接觸。要使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，采用一漏斗均勻送出簽桿，為防止漏斗內(nèi)簽桿相互擠卡住，所以可適當使漏斗振動，或用其它方法使漏斗內(nèi)簽桿獲得松動的機會，從而使簽桿能順利地漏出漏斗口。3.4卷棉將簽桿送至導棉槽中與棉塊相遇時，簽桿隨即作自轉(zhuǎn)，將棉塊卷上簽桿；或使簽桿一邊自轉(zhuǎn)、一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。此動作可通過卷輪自轉(zhuǎn)并與摩擦片接觸，使簽桿產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并移動而產(chǎn)生卷棉，此時簽桿外露在卷輪外的頭部（約25mm）與導棉槽中的棉花相遇，且有一定的壓緊力，從而完成卷棉動作?；蚴怯脦Р燮У膸鲃优c摩擦片接觸產(chǎn)生自轉(zhuǎn)完成自轉(zhuǎn)及移動的卷棉動作。,4.卷棉機應包括以下部分,(一)凸輪送棉(二)推桿壓棉(三)對滾揪棉(四)漏斗送簽(五)卷輪卷棉,5.各工藝動作不同方案的分析比較,5.1送棉送棉方案1通過滾輪1和滾輪2的相互摩擦將棉條3壓緊并送入導棉槽。缺點：要實現(xiàn)定時定量送入，必須將滾輪與間歇運動機構(gòu)，如棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)或不完全齒輪機構(gòu)等連接。圖5.1.1送棉方案1,,送棉方案2通過主動輪上固接的槽輪構(gòu)成間歇運動機構(gòu)，從而可以有規(guī)律的傳送所需的條棉。缺點：結(jié)構(gòu)較復雜，所用構(gòu)件較多。圖5.1.2送棉方案2,,送棉方案3條狀棉通過雙滾輪送入軌道，雙滾輪為1/4圓周主動凸輪與圓盤組成。凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動，但與圓盤僅有1/4的接觸面，所以機構(gòu)可以將電機的連續(xù)運動轉(zhuǎn)化為間歇運動，且具有較高的機械效率以產(chǎn)生間隙運動。兩輪間留有間隙以使棉條在摩擦力作用下送入，實現(xiàn)定比定量送棉。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，比較容易制造；而且，控制比較方便，可以很好的完成所需的動作，效率高。圖5.1.3送棉方案3,,5.2壓棉壓棉方案1圖中凸輪1是主動件，構(gòu)件3由凸輪帶動實現(xiàn)壓棉動作，并依靠凸輪輪廓的圓弧段使壓緊狀態(tài)能保持一定時間。圖5.2.1壓棉方案1,,壓棉方案2圖中凸輪1是主動件，推動推桿壓緊條棉4，3是彈簧在凸輪回程時推動推桿回到原位。優(yōu)點：能實現(xiàn)壓棉動作的間歇使后面的工序得以完成，而且時間容易控制。圖5.2.2壓棉方案2,,壓棉方案3通過滑塊的移動來實現(xiàn)壓棉動作。缺點：由于要有一定的間隙時間，所以還要加一個間隙轉(zhuǎn)動在曲柄上，所以比較麻煩。圖5.2.3壓棉方案3,,5.3揪棉揪棉方案１該方案由兩套完全對稱的鉸鏈四桿機構(gòu)組成，曲柄上下兩曲柄同步運動。上下剪刃分別與連桿固接。如果將曲柄與搖桿的長度設計得相差不大，剪刃則能近似地作平面平行運動，故剪刃在剪切時刀刃垂直于軋件，使剪切斷面較為平直，剪切時刀刃的重疊量也容易保證。缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，機構(gòu)運動質(zhì)量較大，動力特性不夠好，故刀刃的運動速度不宜太快。,,圖5.3.1揪棉方案1,,揪棉方案２凸輪與推桿將棉條壓緊并使之保持一定時間，此時1/4圓周凸輪１與圓盤２對滾揪斷棉條。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制作較容易；控制比較方便。圖5.3.2揪棉方案2,,揪棉方案3棉條被壓住后，揪棉刀具旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)將棉條揪下，其轉(zhuǎn)速要設置與壓棉機構(gòu)配合好。缺點：轉(zhuǎn)速不容易控制。圖5.3.3揪棉方案3,,5.4送簽送簽方案1漏斗口限制簽桿只能一根一根地通過，再由漏斗口下的輸送構(gòu)件卷輪將簽桿一根一根地送走。缺點：轉(zhuǎn)速控制嚴格，且效率不高。圖5.4.1送簽方案1,,送簽方案2主動輪上有槽，剛好只能容納一個棉桿下落，上有撞針，用來撞動箱體。優(yōu)點：可以比較好的分離棉桿。并且可以達到間歇送簽。圖5.4.2送簽方案2,,送簽方案3用牙帶送棉簽，非常方便。缺點：難以和送棉條的機構(gòu)和揪棉機構(gòu)配合起來。圖5.4.3送簽方案3,,5.5卷棉卷棉方案1簽桿通過漏斗進入小齒輪2的小孔3中，并由扣環(huán)4抱緊。小齒輪2繞大齒輪1轉(zhuǎn)動，使其產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并沿固定槽移動。缺點：齒輪磨損較大。圖5.5.1卷棉方案1,,卷棉方案2簽桿通過漏斗3落入帶凹槽的卷輪1，卷輪轉(zhuǎn)動帶著簽桿移動與棉條接觸，卷輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動簽桿跟摩擦片接觸。簽桿產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并隨卷輪移動，達到卷棉的效果。棘輪2保證簽桿按要求定時落入卷輪。擺子4給漏斗一定的振動，使簽桿順利送出。優(yōu)點：動作有確定性，卷棉穩(wěn)定。圖5.5.2卷棉方案2,,卷棉方案3該方案是使簽桿一邊自轉(zhuǎn)、一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。圖a)為簽桿由漏斗形簽箱漏入卷輪的槽中以后，即被卷輪帶離簽箱，進到與靜止摩擦片接觸后，在摩擦力的作用下簽桿一面前進，一面自轉(zhuǎn)，從而簽桿完成卷棉工作。圖b)是用帶槽的帶２分取簽桿，３為靜止摩擦片，因為帶是撓性體，所以下面用托板５支承，使簽桿４能與摩擦片３壓緊，產(chǎn)生摩擦面自轉(zhuǎn)。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，配合要求高。,,圖5.5.3卷棉方案3,6.最終方案運動簡圖,上端凸輪與圓盤機構(gòu)實現(xiàn)定時定量送棉.凸輪推桿機構(gòu)實現(xiàn)壓棉并保持一定時間.中間凸輪與圓盤機構(gòu)實現(xiàn)揪棉動作.卷輪帶動從漏斗送出的簽桿與棉條接觸.在轉(zhuǎn)動過程中與摩擦片接觸,簽桿隨卷輪移動并自轉(zhuǎn).從而達到卷棉的目的.圖6.1機構(gòu)運動簡圖凸輪直徑50mm壓輪直徑50mm帶輪直徑70mm曲柄30mm連桿60mm壓桿90mm揪棉抓68mm卷棉輪直徑250mm,7.機構(gòu)路線傳動圖,圖7.1機構(gòu)路線傳動圖生產(chǎn)率分析及機構(gòu)運動循環(huán)圖∵QT=1/TP=60件/min∴TP=1/60min=1s而TP=TK+Tf=(0.25+0.75)s即TK=0.25sTf=0.75s令Tf=0，∴k=1/Tk=1/0.25=4件/S且η=Tk/TP=0.25/1=25%,8.運動循環(huán)圖,圖8.1圓周式機構(gòu)運動循環(huán)圖,,圖8.2直角坐標圖,9.電動機的選擇,電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算：其中：T——工作機的阻力矩，；n——工作機的轉(zhuǎn)速，；由于該醫(yī)用卷棉機功率小、載荷低、體積和轉(zhuǎn)速也很小，所以選擇的電動機功率和轉(zhuǎn)速都不宜過大。故選擇Y系列（IP44）封閉式三相感應電動機Y90S—6，其額定功率P=0.75KW，滿載時轉(zhuǎn)速n=720。,10.卷棉機的優(yōu)點及缺點,（一）優(yōu)點：1.結(jié)構(gòu)較為緊湊，簡單，生產(chǎn)成本低。2.執(zhí)行原件間運動關系靠齒輪來完成，穩(wěn)定性好。3.間歇運動機構(gòu)采用不完全齒輪，可靠性高，條件適應性強（由于此機械的加工材料為棉花，會有棉絮產(chǎn)生，因此對機械的條件適應性有一定要求）。4.加工的過程為流水線式加工，一旦工件出現(xiàn)問題，查找及維修較容易。5.執(zhí)行原件多為底副，噪音較小。6.具有良好的擴充性，如加裝氣動或PLC后，可以使原件間傳動的關系更為簡便。7.自動化程度高，全過程完全不需要有人參與。8.整體運動過程中沒有速度突變，原件受用壽命較高。9.體積小。,,（二）缺點：1.由于是四桿機構(gòu)，所以機械效率較低。2.不完全齒輪在工作的時候小輪會有一定的震動，盡管采用了變?yōu)樾拚ň唧w尺寸可參照上面尺寸設計的表格），但小輪磨損仍可能較快，因此加工的時候應采用特殊處理工藝。3.四桿機構(gòu)的使用是系統(tǒng)不夠緊湊，體積上比第一種方案大。,,（三）解決方案：1.當用戶對系統(tǒng)的工作效率要求較高時，可采用齒輪齒條機構(gòu)代替四桿機構(gòu)作為卷棉機構(gòu)。2.在允許成本有一定提高的情況下，可以將進棉條機構(gòu)采用步進電機控制齒輪機構(gòu)，可以獲得更好的機械性能。,總結(jié),通過本次機械原理課程設計，我對機械原理這門課程有了更深入的了解，我深刻認識到自己平時在課堂上學到的知識是遠遠不夠的，在這次實踐的過程中學到了一些除技能以外的其他東西，領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。當我們面對很多問題的時候所采取的具體行動也是不同，這當然也會影響我們的結(jié)果。很多時候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài)，而不是看我們過去的能力到底有多強，那是一種態(tài)度的端正和目的的明，,只有這樣把自己身置于具體的問題之中，我們才能更好的解決問題。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中，口角的斗爭在所難免，關鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?，而不是一味的計較和埋怨。,致謝,經(jīng)過四周的忙碌，我們自動機械設計課程設計已經(jīng)整理完，這次的課程設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及遇到的問題和同學一起探討，想要完成這個設計是難以想象的。在這里首先要感謝我的指導老師。姜老師平日里工作繁多，但在我們做課程設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，整個過程中都給予了我們細心的指導。我平時的基礎不好，很多基礎問題都不太懂，肖老師細心指導我設計，幫助我解決一個個難題。除了敬佩姜老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我們永遠學習的榜樣，并將積極影響我們今后的學習和工作。其次要感謝我們的同學對我無私的幫助，在設計方面給我提供了很大幫助，才讓我們的課程設計得以順利完成。,參考文獻：,[1]徐灝.機械設計手冊（第3、4、5卷）.北京：機械工業(yè)出版社.2001[2]王曉晴.機械制圖.武漢：湖北科學出版社.2004[3]何兆太.畢業(yè)設計指南.武漢：中國地質(zhì)大學出版社.2003[4]吳宗澤.高等機械設計.北京：清華大學出版社.2005[5]彭文生等主編.機械設計.武漢：華中理工大學出版社.2004[6]黃錫愷,鄭文偉.機械原理.北京：高等教育出版社.2004[7]鄧星鐘.機電傳動控制.武漢：華中理工大學出版社.2007[8]機械工程手冊編委會.機械工程手冊（第八卷）.機械工業(yè)出版社.2006,,[9]藤森洋三（日）.機構(gòu)設計實用構(gòu)思圖冊.機械工業(yè)出版社.2003[10]朱正心.機械制造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2001[11]蘇建修.機械制造基礎.北京：機械工業(yè)出版社.2005[12]陳立德機械設計基礎，北京：高等教育出版社.2002[13]張定華工程力學北京：高等教育出版社.2005[14]劉毅機械原理課程設計武漢華中科技大學出版社.2006,,謝謝觀賞,