机械原理课程设计xin.doc

高新学院机械原理课程设计题 目：书本打包机设计专业班级：机械设计制造及自动化（单）1002班 姓 名：孙 晓 敏 学 号：1001140613 指导教师：程 安 宁时 间： 2012 年 07 月 13 日任 务 书姓名孙晓敏学号1001140613专业及班级机单1002题 目：书本打包机课程设计完成时间： 2012年7月13日 具体内容及进度要求： 1设计要求：设计书本打包机，在连续生产线上实现自动送书，用牛皮纸将一摞（5本）书包成一包，并在两端贴好标签。2功能分析：（1）机构横向纵向推书，因此需设计相应的推书机构。（2）包装书本，需设计相应的包装机构：送纸剪纸机构这上下边，折前角，折后角。（3）涂浆糊，贴标签，所以需设计相应的机构对三个的运动功能做进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动。 推书机构为前后的直线往复运动 包装书本机构，剪纸为直线往复运动，折前角为凸轮回转运动 涂浆糊，贴标签可用一个机构实现，凸轮滑块往复运动3时间安排：第一阶段 查阅资料、熟悉书本打包机 7月2日第二阶段 方案分析、比较选取最优方案 7月3、4日 第三阶段 平面机构尺度综合、运动分析计算 7月5、6日第四阶段 平面动态静力分析 7月9、10日第五阶段 绘制方案图、整理设计说明书 7月11、12日第六阶段 论文答辩 7月13日 设计时间为：7.1日7.13日 共计两周 指导教师： 程安宁 2012 年07月13 日 书本打包机设计机械原理课程是以确定“以设计为主线、分析为设计服务，落脚点为机械系统方案设计”的新课程体系。机械原理课程设计是机械类各专业学生在学习了机械原理课程后进行的一个重要的实践性教学环节，是为提高学生机械系统运动方案设计、创新设计、创新设计和解决工程实际问题能力服务的。机械原理课程设计引导我们综合应用所学过的机构组成原理及各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、组合与创新、分析与综合；注重介绍学科发展的新方向、新内容和新方法，引导我们摆脱纯机械模式的束缚，巧妙利用机、光、电、液等现代交叉学科进行机械系统创新设计；强化应用优化设计、计算机辅助设计等现代设计方法和手段，完成机构分析、综合与仿真的全过程，培养我们应用现代设计理论、手段和方法解决工程实际问题的思维方法和基本技能。一 打包机的功能描述(一)、书摞的包、封工艺顺序1 书本打包机工艺分解，如下图所示： 书本打包机的工序图(二)、书摞的包、封工艺位置2 书本打包机包、封工艺位置 包、封工艺位置示意图3 包封工艺位置对应功能分解1.横向送书（送一摞书）。2.纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位bg上的六摞书贴紧在一起。3.送纸，书推到工位a前，包装纸已经先送到位。包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。4.继续推书前进到工位b，在工位b书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实现三面包装，这一工序共推动ag的七摞书。5.推书机构回程，折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状，再折两端上、下边。6.继续折前角，将包装纸折成如图21实线所示位置的形状。7.再次推书前进折后角，推书机构又进到下一循环的工序4，此时将工位b上的书推到工位c。在此过程中，利用工位c两端设置的挡板实现折后角。8.在实现上一步工序的同时，工位c的书被推至工位d。9.在工位d向两端涂浆糊。10.在工位e贴封签。11.在工位f、g用电热器把浆糊烘干。12.在工位h，人工将包封好的书摞取下。综上分析，可以看出：书本打包机中的主要机构包括：横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构。二 设计方案及数据分析(一)、结构描述 1书本打包机是用牛皮纸将一摞书（5本一摞）包成一包，并在两端涂浆糊和贴好标签，如下图所示：书本打包机的总体功用(二)、原始数据及设计要求2 下图所示为由总体设计规定的各部分的相对位置和有关尺寸。 打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围其中O为机器主轴的位置，A为机器中机构的最大允许长度，B为最大允许高度， 为工作台面距主轴的高度，（x，y）为主轴的位置坐标，（ ）为纸卷的位置坐标。3 书本打包机具体技术要求为：1.机构的尺寸范围A= 2000 mm，B= 1600 mm。工作台面位置： = 400 mm主轴位置：x = 10001100 mm，y = 300400 mm；纸卷位置： = 300 mm， = 300 mm。为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工作台面以下。2.工艺要求的数据书摞尺寸：宽度a= 130140 mm；长度b= 180220 mm；高度c= 180220 mm。 推书起始位置： = 200 mm。推书行程：H= 400 mm。推书次数（主轴转速）：n= (100.1) r/min（电动机转速：1440 r/min）。主轴转速不均匀系数： 1/4。纸卷直径：d= 400 mm。(三)、设计任务1)根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。内容包括纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊机构，以及从电动机到主轴之间的传动机构。确定传动比分配。2)书本打包机一般应包括凸轮机构、齿轮机构、平面连杆机构等三种以上常用机构。3)按比例画出机构运动简图，标注出主要尺寸；画出包、封全过程中机构的运动循环图（全部工艺动作与主轴转角的关系图）。4)设计平面连杆机构并进行运动分析。绘制从动件运动线图。5)设计凸轮机构。确定从动件运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。6)设计计算其中一对齿轮机构。7)书本打包机进行三维造型和动态仿真，并输出送纸机构、推书机构、裁纸机构的位移、速度、加速度曲线。三 机构设计方案初选机构设计主要包括横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构的设计，以实现书本打包的功能。方案一 横向送书机构1书本打包机横向送书机构横向送书机构的主要执行机构为凸轮机构和齿轮齿条机构，其机构简图如图31所示： 横向推书机构2 横向推书机构的工作原理：(1)、横向推书机构的工作流程：通过主动件凸轮的转动将速度通过齿条2齿条2带动齿轮1,2转动，并且由齿轮1,2控制不同的传动比齿轮1带动齿条1和其上推头横向运动完成横向推书动作。(2)、机构运动循环图 横向送书机构运动循环图横向推书机构在120360期间进行推书运动：120240推头推书，240360推头退回，0120推头不动，横向推书行程H=380mm。(三)、齿轮设计一个横向推书过程，设计齿轮1转动一圈。由H=380mm得，齿轮1的直径为120mm左右。设计齿轮直径为120mm。使用标准齿轮，压力角为20，模数是8，齿数为15。齿轮2直径为40mm，使用标准齿轮，压力角20，模数为4。各个齿轮齿条的数据参数：全部使用标准齿轮齿轮-1 直径D=120mm M=8 Z=15齿轮-2 直径D=40mm M=4 Z=15齿条-1 有效长度380mm齿条-2 有效长度126mm(四)、凸轮设计由上面得知凸轮推程运动角为120。为了防止推书过程中书本出现洒落要求推书过程中加速度从零开始，根据要求凸轮的加速度按正弦规律变化。回程过程中加速度没有要求，我们仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。凸轮的行程有齿轮1可知，h=125.6mm，设计凸轮从动件是直动型的，采用压力角为32，基圆半径80mm。凸轮运动位移、转角示意图3横向推书机构对比机构横向推书机构对比机构图所示的连杆滑块机构也可以实现横向推书的功能，但是通过对比凸轮齿条机构结构简单，易于实现复杂的运动要求比较容易设计各种传动比的要求，而且结构紧凑。连杆滑块机构制造容易，但设计较为困难，连杆机构随着构件和运动副数目的增加，积累误差较大，传动精度不高。因此我们确定凸轮齿条方案为横向推书机构。 方案二 纵向送书机构(一) 1 书本打包机纵向送书机构纵向送书机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆滑块推头机构，其机构见图如图所示： 纵向推书机构2 纵向送书机构的工作原理一、纵向送书机构的工作流程：通过主动件凸轮的转动带动连杆摆动再带动滑块做往复运动，从而完成纵向推书动作。（二）、机构运动循环图 纵向推书机构运动循环图纵向推书机构在机构在0120向推书机构在期间完成纵向推书动作：080完成单摞推书，80120完成七摞推书，120220推头回退，220360推头不动。3 纵向送书机构对比机构下图所示机构也能实现纵向推书功能，具体分析同横向推书机构对比机构。 纵向推书机构 送纸机构1 书本打包机送纸机构送纸机构的主要执行机构为连杆弹簧机构和凸轮机构，其机构简图如图38所示：送纸机构2 送纸机构的工作原理：一、送纸机构工作原理：送纸机构主要实现当有一摞书推来时从包装纸筒上扯下一定长度的包装纸，然后剪断。根据书本尺寸，每份包装纸的尺寸700mm400mm。送纸采用橡胶摩擦轮传动，凸轮转动带动连杆摆动，与纸卷接触的滚子摩擦系数较大，连杆摆动使滚子与纸筒接触并产生相对滚动，从而将纸自上而下的传送，传送定量距离后将纸裁断。二、送纸机构设计送纸机构中的滚纸筒直径D=50mm，可绕纸筒中心轴自由转动，凸轮运动规律与横向送书机构的凸轮运动规律相似，故其轮廓与其相似。裁纸机构1 书本打包机裁纸机构裁纸机构的主要执行机构为凸轮顶杆机构和连杆滑块机构，如下图39所示：裁纸机构简图2 裁纸机构的工作原理：通过主轴的运动将速度V传递到凸轮上，使其转动，将力与速度通过连杆传递给剪刀，通过剪刀截断合适尺寸的纸，最后达到裁纸的工作过程。主轴转速应与送纸机构中的速度相匹配。纸的有效长度为400mm，故要使得其送的纸的长度大于400mm，所以凸轮陷进的部分应大于120度，设其工作部分为140度，其中剪刀设计与竖直纸相隔50mm。裁纸机构中，凸轮的轮廓大致形状即为图中所示，凸轮在链轮带动下传动，再由连杆机构使得裁刀做往复运动，达到裁纸功能。在几个步骤进行后，书本三面被包上纸：3裁纸机构对比 裁纸机构对比机构图也是一种裁纸机构，通过对比，虽然结构比较简单，但是该机构很难控制裁纸时间，因而难以控制裁纸长度；而上述图的裁纸机构，不仅结构紧凑，而且可以通过改变左边机构的回转半径来准确控制裁纸刀的间隙时间，从而达到对纸张长短的控制。1 书本打包机折角机构一、折上下边机构1）折上下边机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆机构，折上下边机构简图如下图311所示：2）折上下边机构工作原理： 通过凸轮的回转运动，带动连杆摆动，进而实现假肢杆件的间隙闭合开启运动，实现折上下边的功能。 3）机构优点： 该机构主要优点是通过凸轮较小幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的间隙闭合开启运动，而且可以同时折好上下边，提高了工作效率。另外，由于凸轮回转幅度较小，因而整体机构所占空间小，整体显得十分紧凑。折上下边机构4）折上下边机构对比 图也可以实现折上下边，但是该机构只能折一边（上边或下边），因此要实现同时折好两边，需要两个对称的机构，而且曲柄连续回转难以控制好折边时间，因而精确度不如图311所示机构高，同时运动幅度也比较大，占空间大，所以选择图311机构比较合理。 折上下边对比机构二、折前角机构 1）折前角机构的主要执行机构为一个随轴回转的半球形转子，其机构示意图如下图45所示：折前角机构 2）折前角机构工作原理：该机构随轴转动，上下边折好后，半球形转子刚好转过来实现折前角的功能。后角利用固定挡板折好。 3）机构优点：该机构十分简单，容易实现，而且制造成本低，性价比很高。1 书本打包机涂浆糊、贴标签、烘干机构 涂浆糊贴标签烘干机构的主要执行机构为凸轮摆杆机构，其机构简图如图315所示：将此机构分解成四部分，涂浆糊 贴标签 烘干 二次烘干。如图314所示：涂浆糊贴标签烘干示意图它们的机构都可以用凸轮摆杆滑块机构实现。凸轮的转动使得滑块往复运动，完成各个动作。涂浆糊、贴标签、烘干机构2 涂浆糊贴标签烘干机构的工作原理：通过凸轮的转动带动与凸轮连接的轮轴，并使其上面的水平板块做水平往复运动，四个长方体相邻两长方体间隔130140mm（书摞的宽度），恰好为两摞书中点之间的距离，在推书机构把第二摞书推到涂浆糊处，第一摞书恰好到达贴标签处。直至最后完成烘干。3 凸轮机构的设计要求1）贴标签工艺是在折角之后完成的，故工作时间为180340之间。2）凸轮推程运动角=45，从动件在推程时按正弦加速度运动，设计其行程为24mm，凸轮机构的许用压力角=304 机构运动循环图可以看出180至340为工作区域。5 涂浆糊贴标签烘干机构的对比机构图所示为滚子从动件机构，凸轮的转动带动滑块的左右移动，从而实现涂浆糊、贴标签、烘干功能。但与涂浆糊贴标签烘干示意图比较，涂浆糊贴标签烘干示意图加了一个摇杆，从而使传动更为稳定，且冲击明显少于后者。因此，我们选择涂浆糊贴标签烘干示意图机构。 涂浆糊贴标签烘干机构运动循环图涂浆糊贴标签烘干机构对比机构四 机构计算的确定综上所述，优选择方案一：横向送书机构 送纸机构 裁纸机构 涂浆糊、贴标签、烘干机构1、 机构综合设计推头行程范围为377mm；齿轮1直径120mm，凸轮的最大行程是125.6mm，工作台与凸轮轴的垂直距离应大于325.6mm，设计为400mm。2、凸轮设计以及机构整体尺寸由图得知凸轮推程运动角为120。为了防止推书过程中书本出现洒落要求推书过程中加速度从零开始，根据要求凸轮的加速度按正弦规律变化。回程过程中加速度没有要求，我们仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。凸轮和机构整体的具体设计尺寸如下图所示： 凸轮设计图1) 按（3max）min确定AB和BC用图解法初选BC杆长度，找出max和min的大致范围，并保证滑块能达到行程H.2) 根据凸轮机构压力角11，且尺寸愈小愈好的原则设计凸轮轮廓，确定尺寸lAB 和基圆半径r0，并求出最大（最小）压力角。数据如下：X1(mm)Y1(mm)Y(mm)X2(mm)H(mm)max()min()rr(mm) r0 (mm)203370100115040022.118.9 40 250具体计算如下：max = arctan(X2/ Y1)=22.1 L=(453-250)/2min = arctan(L/Y1)=18.9 Lbc=800mmLab=400mm五 机构的综合设计1将所有机构汇总如图所示：书本打包机总简图上图所示为书本打包机总简图，该图按加工顺位表达了书本打包的运动情况。该图中分别表达了横向推书机构、纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折上下边机构、折前角、涂浆糊、贴标签、烘干机构的机构简图。通过该简图可以了解书本打包机的运行过程和打包过程。2 机构总运动循环图机构总运动循环图如下图所示： 机构总运动循环图六 设计心得体会：经过这次短暂而有意义的课程设计，我们对这一整个学期学习到的机械原理知识有了更加深入的体会和认识，使零散的知识形成了有机的网络体系，同时通过对相关书籍的查阅，也拓宽了我们对这门课程以及本专业的认识。 这次的课程设计让我们看到了团队的力量，三人分工协作，将各个部分分成不同的小步骤。我们先积极地查阅了大量的资料，然后把资料进行汇总，并集体讨论了整个的设计思路，之后三人分工协作，将各个部分分成不同的小步骤。设计过程中，不仅让大家学以致用，还大大培养了团队合作的精神。因为在课程设计中我们渐渐明白，只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道的，否则一个人的失误，就可能导致整个团队的工作失败。 一个多星期里，我们将时间合理分配，根据个人的优势将工作内容合理分配。但每一个机构的完成，绝对不只是具体某个人的功劳。当自己思考出了一个机构的雏形，小组就会积极开展讨论。比如在对凸轮的设计中，凸轮在任意两个角度的速度分析，受力情况，加速度分析和动态的静力分析等，我们经历了激烈讨论，悬而未决，再次修改直至最终大家一致通过。但由于对matlab等编程软件不熟悉，我们还是未能拟合出精确的凸轮轮廓。可是这每一个机构，都是我们小组成员反复思考，辩论，查阅资料