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鞭炮插引机的设计【说明书+CAD】,说明书+CAD,鞭炮,插引机,设计,说明书,CAD
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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）中 期 检 查 表学 院： 工学院 学生姓名陈广林学 号200940614206年级专业及班级2009级 机械设计制造及其自动化 专业（ 2 ）班指导教师姓名高英武指导教师职称教授论文（设计）题目转盘加工工艺及夹具设计毕业论文（设计）工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1、 对所收集的资料进行了归纳分析，确定了传动方案。2、 拟定了传输所用零件，机构。3、 开始初步绘制的总装图和零件图。1、 需要进一步完善总装图和零件图。2、 整合材料编写设计说明书。指导教师意见 签名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）任务书学生姓名陈广林学号200940614206年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称高英武教授学院工学院20年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要中文参考资料与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目鞭炮插引机构设计选题来源结合科研课题课题名称：生产实际或社会实际其他选题性质基础研究应用研究其他题目完成形式毕业论文毕业设计提交作品，并撰写论文主要内容和要求1主要内容包括:1.1本项目研究的目的、意义、国内外研究的动态；1.2总体方案的拟定和主要参数的设计计算；1.3传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；1.4主要受力零件的强度或寿命校核计算；1.5装配总图、部件图、零件工作图的绘制。2要求2.1主要技术参数：生产率2.2查阅资料15篇以上，翻译一定数量的外文资料；2.3机构设计可靠、布局合理、与各执行机构协调工作；2.4画图相当于3-4张A0图纸的工作量（包括2张以上CAD图纸）；2.5设计计算说明书1万字以上，条理清楚，计算有据。格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求；2.6设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献；鸣谢。注：此表如不够填写，可另加附页。主要中文参考资料与外文资料1裘建新机械原理课程设计指导书M北京：高等教育出版社20042戴娟机械原理课程设计指导书M北京：高等教育出版社20093梁世中生物工程与装备M北京：中国轻工业出版社19834王昆机械设计课程设计M北京：高等教育出版社19955胡长鹰轴流式搅拌器的研制进展J，食品与机械2001，30（5）6中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社.19847谷文英.配合饲料工艺学M.北京.中国轻工业出版社.1999.88-928沈再春.农产品加工机械与设备M.北京.中国轻工业出版社.1993.105-1209庞声海、饶应昌.饲料加工机械使用与维修M.北京.中国农业出版社.2000.工作进度安排起止日期主要工作内容2012、10、20选题2012、10、30下达任务书2012、11、4查找资料，开题2012、12、1设计计算,画图2013、3、20中期考核2013、4、20完善，交设计初稿2013、5、10完善，交设计二稿2013、5、20修改，答辩，交终稿要求完成日期：20年月日指导教师签名：审查日期：20年月日专业委员会主任签名：批准日期：20年月日学院指导委员会签名（公章）：接受任务日期：20年月日学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告 学生姓名陈广林学 号200940614206年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化指导教师及职称高英武 教授学 院工学院 2012年 12 月 03 日 毕业论文（设计）题目鞭炮插引机的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于1000字）选题研究意义： 鞭炮(英文：firecracker)的起源至今有2000多年的历史。鞭炮说法上各个历史时期不同，称谓从“爆竹”“爆竿”“炮仗”、“编炮”一直到“鞭炮”，在鞭炮烟花之乡的江西萍乡上栗，人们仍然将体积大、火药多和爆炸力强的单个鞭炮称为“爆竹”。鞭炮最开始主要用于驱魔避邪，而在现代，华人在传统节日、婚礼喜庆、各类庆典、庙会活动等场合几乎都会燃放鞭炮，特别是在春节期使用量很大。 随着科学技术、工业生产水平的不断发展和人们生活条件的不断改善，消费者的价值观念变化很快，市场需求才出现多样化的特征，机械产品的种类日益增多，例如，各种金属切削机床、仪器仪表、重型机械、轻工机械、纺织机械、石油化工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、办公设备、家用电器以及儿童玩具等等。同时，这些机械产品的生产周期也相应缩短。 企业为了赢得市场，必须不断开发符合市场需求的产品。新产品的设计与制造，其中设计是产品开发的第一步，是决定产品的性能、质量、水平、市场竞争力和经济效益的最主要因素。机械产品的设计是对产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以作为制造的工作过程。其中机械产品的功能、工作原理、系统运动方案、机构的运动与动力设计、机构的结构尺寸、力和能量的传递方式等内容是机械原理课程的教学内容。当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，综合国力的竞争日趋激烈。由于现代对于鞭炮的需求量大，所以设计一种鞭炮插引机显得相当重要。这对于鞭炮生产产家快速生产鞭炮提供了可能，也进一步减少了人工成本，提高了生产效率。国内外研究现状：国外插引机的发展慨况： 国外鞭炮插引研究始于六十年代，到七十年代末已经发展成熟，八十年代中期，大部分插引机构都已经发展到比较成熟的阶段。八十年代中期后的一、两年，插引技术发展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动鞭炮插引相继商品化。从而诞生了世界上许多著名的鞭炮厂家。就插引机的结构而言，主轴以空气轴承或滚动轴承为支撑方式的卧式和立式两种。发展到到现在，就插引机的功能而言，已经相当齐全，而且复合化，插引的形式相当之多。国内插引机技术的发展慨况： 我国在插引的研究开发方面虽然已有3O年的历史，近几年来插引机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离，研制的插引机没有得到大面积推广应用主要参考文献与外文资料1 王中康.IC 业材料切割设备发展状况.电子专用设备.2002. 32 王昆.机械设计课程设计.高等教育出版社.2006.123刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.2005. 124 徐学林.互换性与测量技术基础.湖南大学出版社.2006.125 裘建新 机械原理课程设计指导书M 北京：高等教育出版社 20046 戴娟 机械原理课程设计指导书M 北京：高等教育出版社 20097梁世中 生物工程与装备M北京：中国轻工业出版社19838王 昆 机械设计课程设计M 北京：高等教育出版社19959胡长鹰 轴流式搅拌器的研制进展J，食品与机械 2001，30（5）10 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社.198411 谷文英.配合饲料工艺学M.北京.中国轻工业出版社.1999. 88-9212 沈再春.农产品加工机械与设备M.北京.中国轻工业出版社.1993. 105-12013 庞声海、饶应昌.饲料加工机械使用与维修M.北京.中国农业出版社.2000.注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：本设计的研究目的主要在于：1、高工作效率：降低劳动强度，提高生产效益，降低生产成本。2、高适应性：适合各种类型的鞭炮插引。3、高稳定性：系统机构简单，发生故障率低。研究内容和方案： 对其插引工作原理及基本结构进行分析与说明，拟定其传动路线，传动所用零件的类型，尺寸。并绘制零件图，装配图。预期结果:在完成了各项设计后,能实现高速作业,降低劳动强度，提高生产效益。条件保障:1、本设计的大部分工作将在本学校完成. 2、有扎实的理论知识和学校专家的指导. 3、学校的实验设备和相关图书资料.进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）2012.12.202012.12.25 选题、下达设计任务书2012.12.252013.02.24 调研、查找资料、毕业设计开题2013.02.242013.04.15 设计和计算2013.04.162013.04.20 提交毕业设计初稿，中期考核2013.04.212013.05.14 修改2013.05.142013.05.18 提交毕业设计正稿论证小组意见 组长签名： 20 年 月 日专业委员会意见签名： 20 年 月 日学院指导委员会审核意见签名（公章）：20 年 月 日注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。 湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业设计鞭炮插引机构设计DESIGN OF FIRECRACKER FUSE INSERTING学生姓名：陈广林 学 号：200940614206 年级专业及班级：2009级机械设计制造及其自动化（2）班 指导老师及职称：高英武 教授 学 院：工学院湖南长沙提交日期：2013年05月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论设计作者签名： 年 月 日目 录 摘要5 关键词5 目录3 1绪论6 1.1简述6 1.2鞭炮插引机的国内现状6 1.3本课题的研究目的和内容9 1.4本课题的研究意义9 2鞭炮插引机的机械结构原理及运动分析10 2.1鞭炮插引机机构工作原理和工艺动作分解10 2.2根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图11 2.3鞭炮插引机执行机构选型14 2.3.1鞭炮插引机双胶辊的机构方案13 2.3.2鞭炮插引机压引板机构方案15 2.3.3鞭炮插引机切引刀机构方案15 2.3.4鞭炮插引机送料板机构方案16 2.3.5鞭炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计17 2.3.6鞭炮插引机切引刀凸轮机构速度分析21 2.3.7鞭炮插引机压引板曲柄机构的设计23 2.4鞭炮插引机机械运动方案分析22 3鞭炮插引机机械结构设计计算及分析23 3.1鞭炮插引机机械结构设计24 3.2鞭炮插引机机械结构受力分析与计算25 3.2.1鞭炮插引机轴用键受力计算26 3.2.2鞭炮插引机齿轮的设计29 3.2.3鞭炮插引机切刀转动拉伸弹簧设计计算29 3.24鞭炮插引机主轴的设计计算及其校核30 4结论31 参考文献32 致谢33鞭炮插引机构设计学 生：陈广林指导老师：高英武（湖南农业大学工学院，长沙410128）摘 要：目前鞭炮引线插入设备主要采用手动方式，工人劳动强度大，生产效率低。为了提高生产效率，在分析引线插入过程与要求的基础上，开发了自动插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，生产效率高。根据引线插入机构的工作过程，建立了结构关系式，在不同的设计要求（鞭炮的大小与引线的长短）下，实现了插引机的参数化设计。鞭炮是我国的传统产品，历来由手工制作。虽然近几年鞭炮生产的少部分工序采用了一些机械设备，但大部分工序仍沿用传统的手工操作方式，其生产效率低，用工多，劳动强度大，安全隐患多， 自动化程度低。我们根据有关厂家的要求，研制了完成鞭炮引线插装工作一体化设备鞭炮引线插装自动机械。本设备属多工位间歇式装配自动机械，由转位及定位机构、 上料机构、 扎眼机构、 引线插入及剪断机械手和压眼机构等组成。关键词：插引机；鞭炮；Design of Mechanism Firecracker Fuse InsertingStudent：Chen guanglinTutor：Gao yingwu (College of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract：At present the device used in the firecracker production is generally adopted by hand , resulting in low production and high work intensity. In order to enhance production, based on analyses of the fuse-inserted process, an automatic inserting fuse machine is designed, in which by using the special mechanical and electrical mechanism, the automatic inserting fuse and feed of cracker support can be carried out. The device possesses the characteristics of safety and high production, which is three to four times higher that ever before. Then according to the work process of the inserting fuse mechanism, the construction relation equation is built up, so that the parameter design of the inserting fuse can be obtained for different firecracker dimensions and fuse lengths. Key words：Fuse; inserting fuse machine1 绪论1.1 简述燃放鞭炮是人们庆祝重要节日的一个重要内容，特别是随着一些大城市春节期间的解禁，鞭炮在国内外都有很大的需求量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34倍。引线插入是鞭炮生产的一个重要环节， 引线的长短与插入的位置直接影响到鞭炮的质量。引线的插入设备要考虑安全防爆，符合国家安全生产的要求；另外，引线的插入速度应达到高效，并且引线插入设备价格不能太高。 为了安全燃放鞭炮，鞭炮的引线必须在内部与炸药接触，在外部留有一定的长度，以便燃放人员及时到达安全地带。引线的直径一般为1mm，不同鞭炮的直径、高度不一样，引线的长短也不一样。 成品的鞭炮有不同的排列方式，最常见的有两种，一种是以辫子的形式出现，一种是以正六边形排列（如图1 所示）。在鞭炮制作过程中，为了提高插引线的效率，无论是手工插、还是机插，一般是以正六边形排列，这种排列方式既便于捆扎，在包装、运输时也可以最大限度的利用空间。1.2 鞭炮插引机的国内现状浏阳花炮是驰名中外的湖南传统特产和主要出口商品之一，工艺精 美，质量优异，曾获美国芝加哥万国博览会的优等奖。浏阳制作烟花鞭 炮，久负盛名，素有“鞭炮之乡”誉称。烟花品种，名目繁多，主要按燃放效果分为喷花、旋转、旋转升空、火箭、吐珠、践香、小礼花、烟雾、造型玩具、摩擦炮、组合烟花、礼花弹12类，品种近300个。烟花结构新颖，装潢美观，燃放时，绚丽多彩，有声有色，能给人以清心舒畅，欢快旷达的感受。特别是夜间燃放，金花四溅，五彩缤纷，或旋转窜跃于地面，或飞腾闪耀于天空，令人目不暇接。其中尤以玩具烟花和组合烟花最为人们所喜爱。玩具烟花是以其色彩、音响、运动和烟雾造型取胜，被外商誉为“有声有色”的好烟花。如“全家乐”就以其特有声、色组合受到人们的喜爱，可谓浏阳花炮，纵横驰骋，响彻四方。图1 湖南浏阳鞭炮Fig l Hunan Liuyang firecrackers我国鞭炮插引机的制造水平与工业发达国家相比，仍存在着阶段性差距。主要表现在：在鞭炮插引机设计技术方面，极少具有自主知识产权和原创技术；在鞭炮插引机制造工艺和装备方面，仍处在较低加工水平；在关键鞭炮插引机质量方面，仍达不到引进机的先进水平；在鞭炮插引机附加值和价格方面，大大落后于同类引进机型；在鞭炮插引机市场方面，国内加紧恶性竞争，国际缺乏实力竞争；在国内鞭炮插引机行业中，缺少有实力的龙头企业和知名品牌产品。燃放鞭炮是人们庆祝重要节日的一个重要内容，特别是随着一些大城市春节期间的解禁，鞭炮在国内外都有很大的需求量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34倍。在现代科学技术日新月异、现代鞋业迅速发展的今天，在与制造强国差距越来越大的今天，在国内外鞭炮插引机市场的竞争越演越烈的今天，国内鞭炮插引机制造上没有理由不加快观念的转变，没有理由不产生危机感和紧迫感，没有理由不认真找差距，订措施，只有以创新为目标，才能把鞭炮插引机制造技术提高到一个新水平。我国鞭炮插引机使用制造水平有了快速发展及提高，基本实现机械化，这充分说明鞭炮插引机发展所作出的贡献。为鞭炮插引机发展创新提供了难得机遇，并注入了新活力，鞭炮插引机制造企业应当紧紧抓住这一难得机遇转变观念。制定鞭炮插引机创新目标，落实鞭炮插引机创新措施，在不断提高鞭炮插引机技术创新能力的基础上，开发出具有中国特色和自主知识产权的鞭炮插引机新产品，以提高企业在国内市场上竞争力。下图是湖南省浏阳市金池出口鞭炮烟花厂生产的鞭炮插引机。图2 鞭炮插引机Fig 2 Firecrackers inserted cited machine在鞭炮插引机设计技术方面，有投产快、见效快、经济效益好的特点，但是同时也滋长了技术创新的依赖思想。这种那个依赖思想的主要表现是：不思进取，满足于照葫芦画瓢。不深入实际，缺乏对设计、技术、工艺的实践和学习，使得鞭炮插引机设计在工艺教材上，理论滞后生产实际，缺乏对现代技术的总结、研究和提高。鞭炮插引机发展创新的过程，是不断运用新技术和不断推陈出新的过程。国产鞭炮插引机之所以科技含量低，就是因为很少应用新技术的结果。插引机每一次可插十几根，这种机器已为多户人家使用。前些年， 湖南醴陵县有几个青年， 发明了新型插引机， 每一次可插五六十根， 只可惜这种插相机未能面世。究其原因，主要有二：第一， 刀盘选材为不锈钢， 硬度低， 寿命短， 刃口在工作很短的时间后， 即变成圆弧口。 第二， 刃口角度为 钝角， 不锋利，需要很大的推力才能形成挤压剪切，把一小把引线剪断。手工插引的引线是已剪好的一小段，而插引机使用的是引锭。 把引线从引锭上牵拉下来插入纸筒后， 再剪断。 剪断要求很彻底， 必须完完全全剪断才行， 只要有微丝留下， 引锭在上升让开工位时，就会把已插入药物纸筒内的引线带走。更主要的是不安全，因为挤压剪切形成的能量聚合，会迅速造成局部高温， 三要素同时发挥威力而爆炸。此次设计的插引机，是在该机基础上改进的。我们仔细研究了这种新型插引机， 其原理、 结构都很科学先进， 主要是选材不当和刀具角度不合理。我们与发明者一道，选用坚硬异常的合金钢做刀盘，并做适当热处理，刀刃锐角锋利无比。由先进电机带动刀具位移量只有 引线直径为左右 ， 且位移速度极慢 每几秒钟 ， 做剃割剪切， 所需切断力很小。不但一次可插、 可切断 根 实为根 引线， 生产率高， 而且无挤压发热， 自始至终不会形成爆炸封闭环， 既高效， 又安全。1.3 本课题的研究目的和内容鞭炮在国内外都有很大的需求量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34倍。鞭炮插引机课题内容主要包括：1）设计该鞭炮插引机的工作部分使双胶辊、切引刀、压引板、和送料板实现上述运动形式并达到性能参数的要求，绘制机器工作部件的运动循环图；2）定传动系统总体方案，一般包括带传动绘制机械传动系统方案简图；3）分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，并计算主要传动件的几何尺寸；4）设计工作部分中的机械结构。设计工作部分的连杆机构。确定各构件的运动尺寸和执行构件的运动参数，设计工作部分中的间歇运动机构.1.4 本课题的研究意义研究市场已有的鞭炮插引机，分析其机构简图，建立该机器的数学分析计算模型，选取各结构尺寸，求解该机构关键点的位移、速度、加速度等数值，并进行运动仿真，输出各关键点运动学参数并显示运动轨迹，对运动机构机械结构及运动参数进行优化是值得设计人员探索的，使得其参数更至完善。巩固专业知识，加强了实践能力，深入了解了专业课程设计的流程，只有把书本知识在实践中运用，才能将其深刻的理解掌握，总的来说通过这次机械原理课程设计每个人都受益颇多。设计时先对各机构运动进行分解，进而确定各机构的运动类型，筛选出各执行机构的机构方案，进一步熟悉了不同机构的运动形式、优缺点以及适用场合，懂得了根据机构特点和机器功能要求评价不同方案的合理性，在设计过程中熟练了对CAD、WORD等软件的操作，强化了软件操作能力。并结合鞭炮插引机的工作原理，对其进行设计优化，以达到工人师傅操作方便，更进一步减轻其劳动强度为目的，设计了这款鞭炮插引机，并为鞭炮插引机的设计生产提供理论依据。对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。2 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析2.1 鞭炮插引机机构工作原理和工艺动作分解鞭炮插引机包括机架、工作台板、支架、切引机构、引饼移动机构、导引管调整板、导引管、输引主动辊轴、引线导向板、引线对准板、主动立轴、同步伞齿轮等组成，所述机架上方的工作台板上垂直设置有一支架，均布排列开有一行半圆形口的导引管支承板固装在支架内侧中部的适当位置，导引管活动套装于导引管支承板上的半圆形口内，导引管下部置有导引管调整板，导引管调整板上对应导引管开有一行均布的圆孔，导引管调整板两端活动套装在调整板导柱上；导引管支承板上面平行装置可调式带齿轮的输引主动辊轴和带齿轮的输引从动辊轴，在输引主动辊轮和输引从动辊轴之间形成的上下扇形口处各置有一块引线导向板，引线导向板上开有一行均布的引线孔，引线导向板的上方对应固装一块均布排列有引线孔的引线对准板，切引机构装置在导引管的下方，引饼移动机构成斜线设置在工作台板中部与导引管对应垂直面的适当位置并置于工作台板上面支架右边支柱的外侧，在主动立轴的顶端和下部依次设有二组同步伞齿轮，两组伞齿轮分别啮合传动装置在工作台板上面的引饼移动机构和支架内侧中部的输引主动辊轴，切引机构凸轮套装于主动立轴下部伞齿轮上方适当位置；导引管为顶部球状的针形管。鞭炮插引机结构示意图如下图3所示。图 3 鞭炮插引机结构示意图Fig 3 Firecrackers cited shaper structure diagram鞭炮插引机包括机架1、工作台板2、支架3、切引机构4、 引饼移动机构5、导引管8、输引主动辊轴10、引线导向板11、引线对准板12、 同步伞齿轮15、20、主动立轴17、所述机架1焊接组成，工作台板2用螺栓与机架1固连，支架3用螺栓 垂直固装在工作台板2板面中线的相应位置，导引管8用不锈钢管材加工成上端 带球体的针杆形状(还可以用铜管或工程塑料硬质管加工制成，规格为内径2mm， 管长200-250mm)，导引管支承板9上开有一行均布排列的中心带穿孔的半圆形 口，导引管支承板9采用不锈钢或塑料板加工制成，用螺栓固装在支架3中部内 侧的7字形支板上面，针形状导引管8从导引管支承板9上的半圆形口穿入，垂 直于工作台板2活动吊装，上面固装一块与导引管8上端球体中心孔对应的带孔 盖板，导引管8设置为5根以上，二根调整板导柱7的上端靠导引管8两边垂直 固装在导引管支承板9下面，下端由定位调整螺栓活动套装一块用不锈钢板加工 成的导引管调整板6(板厚度3mm)，导引管调整板6上面均布开有一行与导引管 8大小相匹配的圆孔，导引管8下端从该圆孔中穿入对应引饼移动带23上面的 引饼19中的鞭炮筒子口活动套装，可使导引管调整板6沿调整板导柱7上下滑 动，并根据引饼19不同筒口规格或不规则排列筒口的引饼都可任意调整导引管 8下端管口之间的间隙和导引管8的排列形状，从而保证筒口个个能插上引线； 左端带齿轮的输引主动辊轴10和左端带齿轮的输引从动辊轴29平行活动套装在 输引辊轴支座14内，二辊轴均加工成扇形偏心轴，由螺母调节二辊轴之间的距 离，输引辊轴支座14固装在导引管支承板9上面紧靠导引管8两边的适当位置， 引线导向板11由上导向板和下导向板组成，用铝质材料铸成梯形状(也可用工 程塑料板加工制成)，板上均布加工有一行引线孔(孔距10-20mm，孔数为10个 以上)，上下引线导向板11分别装置在输引主动辊轴10和输引从动辊轴29之间 形成的上下扇形口内，安装后由主动立轴17顶端垂直固装的一组同步上伞齿轮 15啮合传动输引主动辊轴10转动，输引主动辊轴10左端上的齿轮带动输引从 动辊轴左端上的齿轮反向同步转动，达到间隙向导引管8输送引线的动作实 现；均布排列有引线孔的引线对准板12由螺栓固装在支架顶部内侧的7字形支 板上，引线13从引线架上引入，通过引线对准板12上的引线孔伸入到导引管8 内。切引机构4由带橡胶条档引助力板、刀片压板、刀片、刀片架、支座、移动 销轴、压缩弹簧、弹簧套、弹簧罩组成，刀片由二块以上不锈钢剃须刀片组 合并用刀片压板平装在刀片架上面，刀片架由销柱活动安装在支架下部内侧的7字形支板上，刀片紧靠导引管8的下口面，刀片架右端7 字形支板上固装一个右端带弹簧罩的弹簧套，套装有压缩弹簧的移动 销轴活动套装在弹簧套内，由切引机构凸轮间歇传动移动销轴，从 而驱动刀架向前移动切引，带橡胶条的档引助力板与刀片架平行固装 在7字形支板上。 工作台板2上面的适当位置成斜线开有二个长条形槽(与工作台板2横向中 线成60度角)，二根引饼移动辊轴21活动套装于长条形槽下面的引饼移动辊轴支座内，引饼移动带23活动绕装在二根引饼移动轴21上，引饼移动带23用帆布加工制成，引饼移动机构5支杆的一端紧靠支架3右边主动立轴17下部一组伞齿轮20处固装在工作台板2上，L形引饼移动爪用螺栓垂直固装在移动机构支杆的另一端，与引饼移动带23的左端带面紧贴；出轴用联轴套22与主动立轴 17固连接，使其传动固装在主动立轴17上的同步上伞齿15、同步下伞齿20、 切引机构凸轮18转动，以实现输引、下引导向、对准插引、变位、切引、移动引饼的全部动作，达到连续生产的目的。 根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程是，机构应由双胶辊、切引刀、压引板和送料板的运动组成。各构件的运动形式为：（1）双胶辊，每一个运动周期的开始转动一定角度将引线进给35mm，做间歇运动，其运动规律如图4示：图4 双胶辊运动循环图Fig 4 Shuangjiao roll motion cycle chart（2）切引刀，引线向下进给达到指定位置并且压引板压紧引线后，切引刀切断引线，之后压引板压紧引线插入鞭炮。其运动规律如图5所示：图5 切引刀运动循环图Fig 5 The cut cited knives motion cycle chart（3）压引板，引线向下进给后，压引板水平方向正向进给5mm压紧引线，切引刀切断引线后再竖直向下进给10mm，使引线插入鞭炮，之后水平负方向退回5mm，再竖直向上进给10mm，准备下一个运动周期的循环。其运动规律如图6所示： 图6 压引板运动循环图Fig 6 The pressure cited plates motion cycle chart（4）送料板，压引板将引线插进鞭炮并松开引线后，水平进给S=3.464mm。其运动规律如图7所示：图6 送料板运动循环图Fig 6 Feed plate motion cycle chart2.2 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图根据以上分析，拟定鞭炮插引机运动循环图如图2-6示，制定运动循环图的目的是确定鞭炮插引机各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。图7 插引机运动循环图Fig 7 Cited shaper motion cycle chart2.3 鞭炮插引机执行机构选型由以上各机构工艺动作分解可知该机器共有四个执行机构双胶辊、压引板、切引刀和送料板。根据运动分析拟定各执行机构的方案如下：2.3.1 鞭炮插引机双胶辊的机构方案由以上双胶辊的工艺动作分解可知双胶辊机构需要实现间歇性的旋转运动，根据要求拟定如下两种方案，如图8不完全齿轮，图9槽轮机构所示。图8 不完全齿轮Fig 8 Incomplete gear图9 槽轮机构Fig 9 Geneva mechanism2.3.2 鞭炮插引机压引板的机构方案由以上压引板的工艺动作分解可知压引板机构需要实现水平和竖直方向的间歇性的矩形运动轨迹，根据要求拟定如下两种方案，如图10杆-凸轮组合机构，图11机构所示。图10 连杆-凸轮组合机构Fig 10 Connecting rod-cam combination mechanism图11 曲柄滑块机构Fig 11 Slider-crank mechanism2.3.3 鞭炮插引机切引刀的机构方案由以上切引刀的工艺动作分解可知切引刀机构需要实现间歇性的往复摆动运动，根据要求拟定如下两种方案，如图12杆机构，图13机构所示。图12 导杆机构Fig 12 Leader Mechanism图13 凸轮机构Fig 13 Cam mechanism2.3.4 鞭炮插引机送料板的机构方案由以上送料板的工艺动作分解可知送料机构需要实现间歇性的单向进给运动，根据要求拟定如下两种方案，如图14传动-不完全齿轮机构，图15轮机构所示。图14 链传动-不完全齿轮机构Fig 14 Chain drive - not exactly gear mechanism图15 棘轮齿条机构Fig 15 Ratchet rack mechanism2.3.5 鞭炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计（1）凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。（2）凸轮机构中的作用力 直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等) G 的关系为 F = G /cos(+1)-(l+2b/l)sin(+1)tan2 （1）（3）凸轮机构的压力角 推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角，用表示在凸轮机构中，压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下，压力角愈大，则分母越小，作用力 F 将愈大；如果压力角大到使作用力将增至无穷大时，机构将发生自锁，而此时的压力角特称为临界压力角c ，即 arctan1/(1+2b/l)tan2-1 （2）为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角max小于临界压力角c 。在生产实际中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角。其值一般为：推程对摆动推杆取 3545 ；回程时通常取 7080。凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度来确定的，初步定基圆半径r0=20m，凸轮厚25mm, ,滚子半径r=4mm。凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为： ， （3）（4）求凸轮理论轮廓曲线：a）推程阶段 = b）远休阶段 7.5 c)回程阶段 d) 近休阶段 e)推程段的压力角和回程段的压力角 （4）将以上各相应值代入式（A）计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中时应注意：在推程阶段取，在远休阶段取，在回程阶段取，在近休阶段取。根据推瓶机构原理，推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮，凸轮的基本尺寸在近休时尺寸为20mm,达到最远距离时尺寸为38mm。(5)求工作轮廓曲线： 有公式的 （5） 其中： （6） （7）a）推程阶段 （8） = （9）a)远休阶段 b)回程阶段 c)近休阶段 （10） （11）从动件为滚子从动件，滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损较小，也可用来传递较大动力，对于切引刀这种中高速机构比较合适。滚子半径根据基圆半径确定，其大小为rr=（0.10.15）r0 。系数取1.33计算得rr=6mm 。采用反转法设计出如图16示的切引刀凸轮机构。图16 切引刀凸轮机构设计图Fig 16 Cut the lead the knife cam mechanism design2.3.6 鞭炮插引机切引刀凸轮机构的速度分析根据切引刀工艺动作分解可知切引刀的运动速度并不高，而且属于低载荷机构，所以拟定了等速运动规律作为凸轮的运功规律，画出运动图线如图17所示。图17 切引刀凸轮速度分析Fig 17 Cut a clean cut cam velocity analysis2.3.6 鞭炮插引机压引板曲柄滑块机构设计根据压引板的动作要求所设计的曲柄滑块机构简图如下图：该曲柄滑块机构的设计主要采用极限位置分析法，其中的滑块的行程为固定值10mm，AC的竖直距离也为固定值24mm，经作图法得到AB的长度为20mm，BC的长度为160mm。2.4 鞭炮插引机机械运动方案分析综合以上机构选型以及功能要求，拟定以下四种方案：方案一:图18Fig 18方案二：图19Fig 19 方案三： 图20Fig 20方案四：图21Fig 21图18，19方案的压引板机构均采用凸轮连杆组合机构实现压引板的矩形轨迹要求，凸轮连杆组合机构可以实现多种预定的运动规律和运动轨迹，该机构以自由度为2的五杆机构为基础机构，而两个自由度为1的摆动凸轮机构则形成附加机构。凸轮连杆组合机构克服了单一凸轮无法整周转动的缺点，使机构可以做精确地运动。而图20，21均采用双凸轮机构实现压引板的矩形轨迹要求，双凸轮机构自由度为2，不仅运用了凸轮可以实现精确运动的特性，也克服了凸轮从动件不能做周转运动的缺点。综合比较凸轮连杆组合机构和双凸轮机构，二者都可以实现预定的轨迹要求，且均用于轻载场合。但凸轮连杆组合机构制造工艺较为复杂，所占空间较大。而双凸轮机构机构简单，便于制造。因此压引机构采用双凸轮机构更为合理。图18，19采用链传动与不完全齿轮结合的机构实现单向间歇性进给运动，链传动结构简单，传动比准确，对环境要求低。附加机构为不完全齿轮实现间歇运动。图18，19采用棘轮齿条机构，输出运动为单向间歇性的，行程可调而且准确。但冲击和噪音较大，适用于低速轻载场合。综合比较二者都用于轻载场合，但链传动较棘轮齿条机构制造成本较低，结构简单。送料机构采用链传动与不完全齿轮结合的机构更加合理。综上比较采用方案三如图20所示最为合适，即双胶辊由不完全齿轮与标准齿轮组成；切引刀由凸轮组成，齿轮做传动机构；压引板由双凸轮机构组成，标准齿轮传动；送料板由不完全齿轮-链式输送机组成，链传动作为传动机构。鞭炮插引机的动作执行机构有双胶辊（）、切引刀（）、压引板（）和送料板（）。双胶辊，由不完全齿轮与标准齿轮组成;切引刀，由凸轮组成，齿轮做传动机构；压引板，由凸轮，压引板组成，标准齿轮传动；送料板，由不完全齿轮和带式输送机组成，传送带作为传动机构；7、8为带传动,作为减速机构。一个周期内的运动规律：每一个运动周期的开始双胶辊先转动一定角度将引线进给35mm，然后停止转动；引线向下进给后，压引板水平方向正向进给5mm压紧引线；压引板压紧引线后，切引刀摆到切割位置切断引线；随后压引板竖直向下进给10mm，使引线插入鞭炮，之后水平负方向退回5mm，再竖直向上进给10mm然后停止运动；压引板向上进给的同时送料板水平进给S=6.928mm，准备下一个运动周期的循环。图22 总机构运动简图Fig 22 Total kinematic diagrams3 鞭炮插引机机械结构设计计算及分析3.1 鞭炮插引机机械结构设计鞭炮插引机包括机架、工作台板、支架、切引机构、引饼移动机构、导引管调整板、导引管、输引主动辊轴、引线导向板、引线对准板、主动立轴、同步齿轮等组成，。鞭炮插引机结构示意图如下图23所示。图23 鞭炮插引机结构示意图Fig 23 Firecrackers cited shaper structure diagram1、机架；2、工作台板；3、支架；4、曲柄；5螺母；6、连杆；7、压引板；8、引线导向板；9、胶辊轴座；10胶辊轴；11、开口销；12、引线导向滚筒；13、转轴；14、对辊齿轮；15、不完全齿轮；16、圆螺母；17、传动齿轮；18、手摇手柄；19、圆螺母；20、六角螺母3.2 鞭炮插引机机械结构受力分析与计算机架采用Q235钢铸造而成，杆件均采用45钢机加工制造，该鞭炮插引机整机重25KG。3.2.1 鞭炮插引机轴用键受力计算(1）输入轴上键的选择及校核输入轴伸出的输出端与小带轮联结需用键实现周向固定。输入轴传递的转矩为T=8Nmm,与轴的周向定位可用A型普通平键联接, 按d=8mm进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=338 , 为保证输入轴有较好的对中性,取配合为 H7/r6。键联接选择计算,普通平键在轴上传递转矩T时,键的工作面受到压力N的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。当键用45钢制造时，主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是： （12）键的受力简图如下图所示：图24 轴键设计参数示意图Fig 24 The shaft key design parameter diagram其中k是键与轮毂（或轴槽）的接触高度，mm，k=h/2 ,查设计手册得到 k=7 mm,L为键的工作长度，b为键的宽度 。查手册得到45钢在冲击载荷静联接下键的许用挤压应力为60100。此时联结带轮和输入轴的键的挤压强度为 （13） 从上面计算可得出输入轴键的强度能够满足强度要求。输出轴上键的选择及校核输入轴上有两处需布键以实现动力的传输：输入端的带轮与轴以及输出端的轴与齿轮。键材料用#45钢，其=60100。（1）输入轴即带轮轴上的转矩T=8Nmm,带轮与轴的周向定位可用A型普通平键联接, 按d=8mm进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=338。键的选择计算,与上面的一样，普通平键在轴上传递转矩T时,键的工作面受到压力N的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。带轮与轴的连接的键可采用45钢，所以它的主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是： （14）将已知数据代入挤压强度公式得： （15） 从上面计算可得出带轮处轴上键的强度能够满足强度要求。与输入轴上小齿轮配合的轴直径d10mm，查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=338,为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度公式，有： （16）由上述计算得到单个平键的强度不够，但差得不多，故采用双键联接。小齿轮轴键的选择及校核小齿辊轴上共有两处需布键：齿轮与小齿辊轴的周向固定以及齿环与小齿辊轴的周向固定。键材料用#45钢，其=60100 。小齿辊轴上的扭矩：T8 N.mm。（1）与齿轮配合的轴直径d10mm，查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=338,为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度计算公式，有 （17） 从上面计算可得出小齿辊上齿轮处轴上键的强度能够满足强度要求。（2）与齿环配合的轴直径d10mm。查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=3310。为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度公式，有： （18）从上面计算可得出齿环处轴上键的强度能够满足强度要求。3.2.2 鞭炮插引机齿轮受力计算及校核由于整个鞭炮插引机功率及载荷都比较小，齿轮的设计关键在于设计其齿数。根据动作循环要求整个机构除不完全齿轮外传动比均为1，齿数为20，不完全齿轮齿数为7，模数为2，材料为45号钢,根据载荷类型选用渐开线直齿圆柱齿轮。设计主要参数为：m=220d=mZ=40=（Z+2）m=44=（Z+2-2）m=43s=p=3.143.2.3 鞭炮插引机切引刀转动拉伸弹簧设计计算该圆柱螺旋拉伸弹簧设计（1）圆柱螺旋拉伸弹簧结构尺寸选取计算接下来，设计一普通圆柱螺旋拉伸弹簧，中径，外径。当弹簧拉伸变形量时，拉力。 弹簧直径d/mm 由强度计算公式确定弹簧中径D2/mm D2=Cd =2.75mm弹簧内径D1/mm D1=D2-d =2.5mm弹簧外径D/mm D=D2+d =12mm弹簧指数C C=D2/d=5一般4C6 螺旋升角g/ 对压缩弹簧，推荐g59 ，取为g6有效圈数n 由变形条件计算确定 n=10圈总圈数n1 压缩n1n(22.5)=12自由高度或长度H0/mm 两端圈不磨平n1n2=12时，H0np+3d=15mmLI型H0(n+1)d+D1 L型 H0(n+1)d+2D1L型H0(n+1.5)d+2D1工作高度或长度Hn/mm HnH0ln =12mm HnH0+ln，ln变形量 节距p/mm p1mm间距d/mm dpd =0.5d0.5压缩弹簧高径比b bH0/D2 b=5展开长度L/mm L=pD2n1/cosg L=25o mm该圆柱螺旋拉伸弹簧材料为II级热处理弹簧钢带，其硬度不小于48-53HRC，承受。（2）圆柱螺旋拉伸弹簧强度刚度校核依据圆柱螺旋拉伸弹簧强度计算公式得： （19）所选弹簧。满足强度要求。 （20）式中，K 为曲度系数，F 为载荷；C 为弹簧指数（亦称旋绕比），C = D2/d=5mm； 为弹簧材料的许用扭转
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