三面切书机课设说明书.doc

华中科技大学机械原理课程设计说 明 书设计题目： 三面切书机 系 部： 机械科学与工程学院 专 业： 机制1205 学生姓名： 刘明圣 黄定凯 曾康东 学 号： U201210666 U201220669 U201210668 起迄日期： 2015年1月19日 2015年1月30日 指导教师： 刘伦洪 教研室主任： 目 录引言.11 引言切书机是广泛应用于印刷企业印刷前及印刷后的裁剪设备，用于各种纸张印刷品的加工。随着国家经济的迅速发展切书机得以在更为广泛的使用范围来为各行各业服务。三面切书机主要作为装订生产线的组成部分。本文主要介绍的是三面切书机工艺过程，主要部件的设计计算。用三把切刀切净书芯、杂质等的机器称为三面切书机。三面切书机可作为单机使用，也可作为装订联动线中的一个机组，其区别是单机裁切高度大，联动机裁切高度小。具体设计内容包括：直齿轮传动，凸轮，槽轮，皮带传动，连杆以及各种连接用零件。1. 总体方案设计1.1总体布局根据机械生产效率来看，属于中等批量生产，可选用自动机型。从实际简化机构方面考虑，出书机构可略去，切好的书由下一轮书送过来时推出即可。因此，自动三面切书机可由以下三个机构组成：送书机构，压书机构，切书机构。1.2三面切书机设计要求及其参数1.2.1设计题目三面切书机的功能是切去书籍的三个余边。其系统由送料机构、压书机构、侧刀机构和横刀机构四个部分组成。在一个循环周期中（主轴旋转一周）各机构的执行构件完成对书籍的送料、压书、切除余边的工作任务。1.2.2设计任务（1）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图（2）按工艺动作过程拟定运动循环图（3）构思系统运动方案（至少两个以上），进行方案比较，选择较优方案（4）对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计（5）绘制系统机械运动简图1.2.3设计数据（1）被切书摞长宽高尺寸为260mm185mm90mm，质量为5kg。（2）送书行程为370mm，压书行程为400mm，侧刀行程为350mm，横刀行程为380mm。（3）生产率为6摞/min。1.3三面切书机的工作原理把待裁切书刊齐整地放入夹书器内的定位规矩内定位。待夹紧后夹书器沿导轨将书叠自动送至压书板下面的裁切位置。压书板在杆的带动下下降，将书叠压住压紧。压紧后夹书器沿导槽自动退回。左右侧刀同时下落，按规定尺寸裁切书刊的上端和下端，并迅速上升回复到原来停止裁切的位置。横刀在侧刀上升的同时开始下落，按规定尺寸裁切书刊的切口边，裁切完毕后也迅速上升，同样回复到原来停止裁切的位置。压书板自动上升，解除对书叠的压力。此时切书完毕，在下一叠书送进来时，恰好将切好的书叠推出，进行下一个周期循环。故三面切书机大体由送书机构、压书机构、切书机构等组成。1.4三面切书机的运动设计方案1） 我们小组的最初方案为，利用凸轮分别实现送书机构和压书机构的间歇往复直线运动，经查阅资料，一般刀切的运动为绕前刀脚的转动运动与下降运动的结合运动，但经过本小组讨论，此运动略为复杂难以实现，故继续调整方案。2） 送书机构和压书机构利用凸轮实现比较合适，故保留该部分方案。而经过网上查阅视频得知，若侧刀与横刀都垂直下降进行切割，侧刀与横刀会产生干涉，即在同一垂直空间里刀在下降过程中会相撞或摩擦，不太符合实际，故本小组拟定侧刀采用斜向下的方式切割，而横刀垂直切割。3） 但又考虑到侧刀斜切会导致书刊侧边为斜面，对于这个问题，本小组讨论后，若将刀片改为斜角刀片，倾斜角度与侧刀角度相同，则基本可实现理想切书结果。4） 对于如何实现切书机构的间歇运动，本小组采用槽轮机构，附加连杆机构来实现，以达到快速切、快速收的目的。2. 机构组成与运行2.1送书机构如图所示，送书机构由凸轮、滚子及导杆、送书架组成，凸轮通过绕主轴的转动带动滚子及导杆按需求做往复直线运动，与导杆固联的送书架也随之运动，从而实现送书、退回的过程。（注：在退回过程中，由于滚子与凸轮不是连接件，会出现滚子脱离凸轮的现象，根据实际机械设计制造，一般会在导杆另一端加一个弹簧，以保证滚子与凸轮始终接触。从简化设计的角度考虑，可以不考虑弹簧，图中也不予画出）图12.2压书机构由于压书机构也作直线往复运动，故结构与送书机构类似，由凸轮、滚子及连杆、压书板组成。考虑到整体设计机构中，凸轮离主轴较远，因此采用皮带传动，两皮带轮分别与两凸轮固联，以达到较远距离的传动。在凸轮的带动下，滚子及导杆按要求时序上下移动，压书板与导杆固联，实现压紧、退回的过程。（同样不考虑弹簧）图22.3侧刀机构切书机构分为两个侧刀机构和一个横刀机构，其中两侧刀机构对称，故只分析其一。同样，侧刀机构也离主轴较远，因此也采用皮带传动。侧刀机构由槽轮、齿轮、连杆、导轨、滑块及刀片组成，左槽轮在皮带的带动下转动带动右槽轮间歇转动，与右槽轮固联的大齿轮带动小齿轮转动，大、小齿轮的配合转动带动AB杆运动，从而使得BC杆运动，同时滑块带着刀片沿导轨滑动，一切一退，实现一次切割。图3（a）下图为主要部件放大图，图示为机构初始状态，即AB、BC杆共线，滑块在导轨最上方。图3（b）2.4横刀机构横刀机构主要部分与侧刀类似，由槽轮、齿轮、连杆、导轨、滑块与刀片组成，其传动运行原理与侧刀相同。不同之处在于，槽轮并非用皮带与主轴相连来传动，而是利用锥齿轮与压书机构的凸轮轴相接来获得动力，图中与槽轮上的两个齿轮即为传动锥齿轮。（由于不知在平面上如何表达锥齿轮，暂用一般齿轮图代替）图42.5机构运动循环分析切书机工作流程大致为：进本定位输送压书定位切上下两侧切旁侧选定主轴，即为送书机构中的凸轮轴。送书到位后，压书板才能压到书上，然后送书架和压书板二者要有一小段共同压书时间，然后送书架退回，等待装下一摞待切书刊；压书板压紧书摞后，即压书板降到最低点后，侧刀才能与最上面的书相接触，并进行两侧的裁切；切完上下两侧后，侧刀上升复位离开一段距离后，横刀才能下降到与书摞最上面的书相接触，完成切旁侧任务后再返回复位，到此一个切书周期完。此时送书架已装好下一摞书，当其推送过来时，可将前面切好的一摞书推出工作台，以此往复。自动三面切书机运动循环图如下：图53. 设计计算由于生产率为6摞/min，则一次切割周期为606=10秒，要求主轴转一圈切书机工作一个周期，则主轴每秒转36010=36。3.1送书机构的设计计算已知条件为：送书行程为370mm，偏心距为0，压力角取303.1.1凸轮基圆半径的确定加大基圆半径rb，可减小压力角，从而改善机构的传力性能，但同时加大了机构的总体尺寸。根据基圆半径计算公式rb1=，取偏心距e=0，s=0，则Rb1=509.979 mm为计算与画图方便，取rb1=500 mm。另外，经组员查阅资料得知，凸轮基圆半径rb还可由诺模图估算出。如图6所示，上半圆弧为凸轮转角，下半圆弧为压力角，取上半弧的72和下半弧的30，将两点对应连接，与等速运动直线相交坐标约为0.7，即=0.7，由此可算出rb=529mm。在误差范围内可认为此方法可行。图6在求得基圆半径后，凸轮轮廓可根据其运动循环图来确定，使用软件如CAD等画出。3.1.2其他构件尺寸的确定在确定主轴中心与工作台中心后，滚子、连杆等构件的尺寸可根据配合送书推程以及凸轮尺寸来确定，原则是越利于机构工作越好，如图1所示。3.2压书机构的设计计算已知条件为：压书行程为400mm，偏心距为0，压力角取303.2.1凸轮基圆半径的确定与3.1.1同理，可算得rb2=882.126 mm为计算与画图方便，取rb2=800 mm。在求得基圆半径后，凸轮轮廓可根据其运动循环图来确定，使用软件如CAD等画出。3.2.2工作台尺寸的确定根据1.2.3（1）所要求，被切书摞长宽高尺寸为260mm185mm90mm，质量为5kg，故工作台大小可与被切书摞等长等宽，即l=260mm，d=185mm。初始状态下，压书板距工作台平面的高度可根据压