机械原理课程设计 自动卷棉机

1、齐齐哈尔大学普通高等教育 综合实践 题目题号： 自动卷棉机 学 院： 机电工程学院 专业班级： 机电092班 学生姓名： 贾明洋） 指导教师： 机电专业全体教师 成 绩： 2011年 11月 8 日目 录 1 、设计要求 1 2 、功能分解 1 3 、运动转换 2 4 、执行机构的选择比较 3 5 、原动机的选择 8 6 、运动方案的拟定 10 7 、传动机构 10 8 、运动示意图 12 9 、运动循环图 15 10 、执行机构的计算 15 11 、参考资料 18 12 、心得体会 19 13 、附录 19 1 设计要求医用棉签卷棉机功能和设计要求1.功能医院用棉签日耗量很大，为了提高工效采

2、用卷棉机代替手工卷制棉签。棉签卷制过程仿照手工方式进行动作分解。按手工方式进行动作分解后得到：1） 送棉。将条状棉通过机构作定时适量送入。2） 揪棉。将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定量的条棉。3） 送签。将签杆送至导棉槽上方与定长条棉接触。4） 卷棉。签杆自转并沿导棉槽移动完成卷棉动作。2. 原始数据及设计要求1） 棉花。条状脱脂棉，宽2530mm，自然厚45mm。2） 签杆。医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约2025mm。3） 生产率。每分钟卷60支，每支取棉块长约2025mm。4） 卷棉机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松 紧适度。3.设计方

3、案提示1）送棉可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进方式可采用间歇运动，以实现 定时定量送棉。2） 揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可采用凸轮机构推动推杆压紧棉条 ，为使自动调整压紧力中间可加一弹簧。揪棉可采用对滚爪轮在转动中揪断 棉条。3） 送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可将漏斗作一定 振动。4） 卷棉可将签杆送至导棉槽，并使签杆产生自转并移动而产生卷棉，如采用 带槽的塑料带通过挠性传动来实现。 2 功能分解根据上述分析，卷棉机要求完成的工艺动作有以下个动作：1） 送棉：这个动作包含两个动作压棉和送棉，可以利用两滚轮压紧棉条、对 滚送进、送进方式采用间歇运动，以实现定

4、时定量送棉。2） 揪棉：这个动作采取对滚爪轮在转动中揪断棉条。3） 送签：将签杆送至工作位置，通过间歇运动的带凹槽的轮，运送签杆至工作 位置，采用漏斗口均匀送出签杆至凹槽中，为避免签杆卡在漏斗口， 可避免签杆卡在漏斗口可将漏斗作一定震动。4） 卷棉：用挡板抵住棉花，通过摩擦使签杆转动，产生卷棉。5） 输送：利用签杆的自重，通过重力落入成品箱中。以上五个动作输送、送签动作比较简单，暂时不考虑。因此卷棉机的运动方案设计重点考虑送棉、揪棉，卷棉的三个机构的造型和设计问题。 3 运动转化卷棉机功能分解图通过间歇运动的送棉轮和持续运动的揪棉轮实现棉条的压紧以及定时定量送棉至工作位置。签杆通过自重落入凹槽

5、。通过转轮转动送至工作位置。原料入口1原料入口2签杆转动产生卷棉。工作位置卷棉完毕送至成品箱。成品 转 动卷棉机树状功能图 4 执行机构的选择和比较送棉机构方案1：是标准齿轮过配合，同时通过槽轮达到间歇转动的目的。两个标准齿轮的装配中心距大于标准中心距，从而使棉条从两齿轮中间被运送。优点：结构简单，控制简单，传送稳定，准确度高。将棉条夹紧，防止棉条与送棉轮发生相对滑动，同时压紧棉花使棉花变的松紧适度。缺点：易产生冲击，不适合过高转速。同时由于与槽轮配合所以每个周期的转角较小。方案2：有两个粗糙（或表面带爪勾）的圆筒配合也通过与槽轮配合达到间歇定量的目的。优点：结构更加简单，不易产生冲击。缺点：

6、棉条易与送棉轮发生相对滑动，传动不精确，爪勾情况下，棉条易被卷在送棉轮上。对后续运动不利。如上图为以齿轮配合槽轮间歇传送棉条的示意图。揪棉机构方案1：通过粗糙（或带爪勾）揪棉轮与传送带的配合，揪棉轮会持续转动，当送棉轮停止时揪棉轮继续运动进而揪断棉条。缺点：结构复杂，尺寸较大，棉条断裂的位置不易控制，会造成棉条长短不一，不易实现定长定时传送。对后续运动造成不利影响。方案2：棉条被绷住后，揪棉刀具旋转，刀具旋转将棉条揪下。优点:结构简单，能够精准地实现定时定量传送；缺点：剪短的棉条缺口较平滑紧实，不易卷棉。方案3：通过一个表面带刺的转轮与一粗糙轮配合，同时配合上一级机构的间歇运动的特性，从而达到

7、揪断棉条的目的。优点：结构十分简单，机构运动稳定。缺点：要求装配精度较高。送签机构：方案1：通过一个带有槽的与槽轮配合间歇转动的转轮来实现送签运动。优点：结构简单，传动稳定，停歇时间较长。缺点：装配要求高。 方案2：使用牙带送棉签。 优点：结构简单，传动准确，时间间隔稳定，方便易行。缺点：难以和送棉条的机构和揪棉机构配合起来。卷棉机构： 方案1：当签杆转至工作位置后，凸轮1的带动套1从而带动卡爪抓紧签杆，卡爪处在持续的自转中带动签杆转动，同时挡板在凸轮2作用下抵住棉花使之压紧在签杆上，模拟手工卷棉。缺点：难以计算尺寸，不适合高速运转。方案二:签杆运动至工作位置挡板在凸轮作用下也到达指定位置，将

8、棉花抵住签杆上，签杆与棉签自转齿轮摩擦自转从而卷棉。优点：结构比较简单，运动比较稳定。 5 原动机的选择第二类原动机的性能比较类 别电动机气压马达液压马达尺寸较大较小最小功率/重量大比电动机大最大输出刚度硬软较硬调速方法和性能直流电动机课改变电枢的电阻、电压或改变磁通进行调速 交流电动机通常是不调速的，需要时则也可通过变频、变极或变转差率进行速用气阀控制，简单、迅速，但不精确通过阀控或泵控制改变流量，调速范围大反转性能通常是单向回转的需要时可采用反向开关，或特殊电路反向，简单通过方向控制阀反向供气，简单、迅速通过方向控制阀反向供油或使变量装置超过中心位置，简单运行温度的控制在正常环境温度下使用

9、，电机采用风冷，温升应低于允许值排气时空气膨胀自冷对油箱进行风冷或水冷高温使用性能受绝缘的限制，采用耐热的绝缘材料和特殊设计，可提高使用温度取决于结构材料的允许使用温度受油液最高使用温度的限制，采用高温油可提高使用温度防燃爆性能需采用防爆电动机介质不会燃爆，可用于易燃易爆的大气中用于易燃环境时，必须使用防燃性油恶劣环境适应性需用防护是，或密封式电动机多用于多尘、潮湿和不良的大气中需用密封结构故障反应运转故障或严重过载，可能烧坏电动机，需要考虑过载保护装置过载不引起部件损坏过载不引起部件损坏噪音噪音小噪音较大，排气口应安装消音器噪音较大初始成本低较高高运转成本最低最高高维护要求较少少较多功率范围

10、0.310000kW，范围极广受气压马达尺寸限制，与供气压力有关。使用范围：15kW以下，与马达类型有关 特别适用于0.75kw以下的高速传动受实际油压（一般最大为34N/mm2）和马达尺寸的限制。 小功率（0.75kw以下）效率低成本高根据以上表格比较，最终选定原动机为Y系列三相异步电动机Y132S-4功率5.5KW，额定转速在1500以下，经齿轮减速转速减为60r/min,该原动机可以防止灰尘，棉絮等杂物浸入电动机内部，且属于节能型电动机。 6 运动方案的拟定功能元方案1方案2方案3送棉与压棉两齿轮配合两粗糙圆轮配合揪棉揪棉轮与传送带配合旋转刀具切断带刺轮和粗糙轮配合送签转筒牙带卷棉卡爪抓

11、住签杆自转粗糙圆轮摩擦转动由上表的形态学矩阵可知，如果列出所有方案可得:N=2x3x2x2=24种方案。从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价，最终选定方案：1+3+1+1。 7 传动机构设计电动机齿轮减速揪棉机构棉签自转齿轮送棉机构槽轮传动齿轮传动签杆转筒槽轮传动轴5 到轴3用三个齿轮传动，m=1.5mm，z=20使之同速同向转动。轴3到轴1通过槽轮传动，轴3 到轴4由一对齿轮传动m=0.5mm，z=30。轴5到轴6通过槽轮传动。轴6轴4主动轴5轴3轴1轴2 8 运动示意图揪棉刺轴5动力输入挡板签杆签杆转筒轴6卷棉轮凸轮揪棉轮轴3轴4轴2轴1送棉齿轮平面图和三维模型图如上，动力以60r

12、/s的速度传入该执行机构的主轴5。轴5上固连有凸轮和卷棉轮。凸轮带动挡板周期性的平动，当棉签与棉签自转齿轮相接触是，将被带动，实现自转。挡板主动轴5棉签转桶和一六槽槽轮固连，由固连在轴5上的转臂带动，做间歇性运动，从而带动签杆转筒作间歇转动。棉签转筒主动轴5揪棉轮分别固连在轴3和轴4 上，轴3上的揪棉轮带有一排尖刺，实现揪棉，两轮表面均为粗糙，可实现传棉。其中，轴3 与轴5 做同向等速转动。与轴4相反。主动轴5揪棉轮轴3轴4轴1和轴2上分别固连有两个送棉齿轮，同时1上固连有一四槽槽轮，槽轮有固连在轴4上的转臂带动。做间歇转动，实现定量送棉。送棉齿轮轴4轴1轴2 9 运动循环图 10 执行机构的

13、计算七、执行机构的计算（单位/mm）1、原始数据棉条：宽度d1=2530mm，厚度h=45mm棉签：直径D1=3mm长度L1=70mm；卷棉长度L2=2025mm；2、试验数据棉签转筒直径D2=28.16mm，长度L3=40mm，槽数N1=6mm；送棉轮传动槽轮 槽数N2=4卷棉齿轮厚 d2=10mm凸轮厚度 d3=10mm其他盘状零件厚度d4=3mm3、计算数据（为确保机构的可行性，此部分计算比较保守）主轴转速w：由于设备要求生产速度为60根/分钟，我们把主轴转一周设为一个周期，所以有w=60r/min；棉签转轮直径D3：由循环图知，卷签的有效时间为1/3T，保守计算条件为此时间内，转轮转过

14、的弧长为30（大于应卷棉条长度），故有方程，mm这里取D3=29mm；揪棉轮直径D4：根据循环图，揪棉轮卷动的时间内，只有3/4T的时间在送棉，同上保守计算，故有方程mm，这里取D4=13mm；轴3,4距离L4=D4+3=16mm送棉齿轮轮直径D5（分度圆直径）：送棉轮在一周期内转过的角度为，所以又方程，这里取D5=30mm,z=10,m=3mm。4、 移动平底从动件盘形凸轮机构设计在设计凸轮轮廓线时，只要保证0，即可使凸轮轮廓全部外凸，并避免廓线变尖或出现交叉。实际设计时，为了防止接触应力过高和减小磨损，通常规定凸轮轮廓的最小曲率半径不得小于某许用值因此得由此确定基圆半径。根据工作要求为保证

15、既无刚性冲击又无柔性冲击，选用3-4-5次多项式运动规律，推程角为60度，回程角为60度，h=5。根据计算机辅助计算最终确定=18mm。（程序见附录）凸轮参数基圆半径为18.000mm 角度 s v a 半径 x y 0 0.000 0.000 0.000 18.000 0.000 18.000 10 0.000 0.000 0.000 18.000 3.126 17.727 20 0.000 0.000 0.000 18.000 6.156 16.915 30 0.000 0.000 0.000 18.000 9.000 15.589 40 0.000 0.000 0.000 18.000

16、11.570 13.789 50 0.000 0.000 0.000 18.000 13.789 11.570 60 0.000 0.000 0.000 18.000 15.589 9.000 70 0.000 0.000 0.000 18.000 16.915 6.156 80 0.000 0.000 0.000 18.000 17.727 3.126 90 0.000 0.000 0.000 18.000 18.000 0.000 100 0.000 0.000 0.000 18.000 17.727 -3.126 110 0.000 0.000 0.000 18.000 16.915 -

17、6.156 120 0.000 0.000 0.000 18.000 15.589 -9.000 130 0.177 0.303 0.305 18.185 13.894 -11.721 140 1.049 0.776 0.244 19.056 12.150 -14.672 150 2.500 0.982 0.000 20.500 10.115 -17.832 160 3.951 0.776 -0.244 21.945 7.392 -20.669 170 4.823 0.303 -0.305 22.815 3.916 -22.484 180 5.000 0.000 0.000 23.000 0.

18、000 -23.000 190 5.000 0.000 0.000 23.000 -3.994 -22.651 200 5.000 0.000 0.000 23.000 -7.867 -21.613 210 5.000 0.000 0.000 23.000 -11.500 -19.919 220 5.000 0.000 0.000 23.000 -14.784 -17.619 230 5.000 0.000 0.000 23.000 -17.619 -14.784 240 5.000 0.000 0.000 23.000 -19.919 -11.500 250 5.000 0.000 0.00

19、0 23.000 -21.613 -7.867 260 5.000 0.000 0.000 23.000 -22.651 -3.994 270 5.000 0.000 0.000 23.000 -23.000 -0.000 280 5.000 0.000 0.000 23.000 -22.651 3.994 290 5.000 0.000 0.000 23.000 -21.613 7.867 300 5.000 0.000 0.000 23.000 -19.919 11.500 310 4.823 -0.303 -0.305 22.815 -17.514 14.633 320 3.951 -0

20、.776 -0.244 21.945 -14.204 16.736 330 2.500 -0.982 0.000 20.500 -10.385 17.676 340 1.049 -0.776 0.244 19.056 -6.631 17.859 350 0.177 -0.303 0.305 18.185 -3.204 17.893 360 0.000 0.000 0.000 18.000 -0.000 18.000 5、 挡板尺寸6、几何计算（由以上数据和经验，确定各机构的具体位置）s 11 参考资料1. 机械原理教程（第2版） 清华大学出版社 申永胜主编2. 机械原理课程设计手册 高等教育出

21、版社 邹慧君主编3. 中国机械CAD论坛 4. 中国期刊网 5. 程序设计基础（C语言） 北京航空航天大学出版社 丁海军、何坤金、王 林、景雪琴编著 12 心得体会这次课程设计我们小组的课题是自动卷棉机，我们小组由四人组成。完成这次课程设计，我们大概分为了四个阶段，分别是：个人构思，小组讨论，具体实现，小组总结。刚拿到方案时比较茫然不知道从何下手，后来通过查找资料，浏览一些网上的成熟的方案，我们有了初步的想法，进行了几次讨论，然后进入了具体实现阶段。在这个阶段我主要负责的是凸轮计算程序的编写，我查找了一

22、些关于这方面的论文，最终完成了编写。同时在完成后我发现了原有方案的一些不足。于是对原有的方案进行了重新的计算，设计，以及3D模型的绘制。最后小组的总结也说出了各自机构的优势和不足，从中也学到了很多。1）在做设计时遇到很多不明白的，效率较低，查书查资料占用了很多时间，体现出我们平时的积累不够。 2）团对合作的重要性，每个的想法和创意都是有局限性的，通过小组的讨论每个人的关点不同，看待问题的角度也不同，而正是这些不通的角度，让我们的思维更加开阔，看问题也更加的全面。3）这次的大作业，让我深刻认识到理论和实践之间的距离。一个产品的生产，哪怕是最司空见惯的东西，如果没有一点理论常识，要想设计出来也不是

23、那么容易的。总的来说这次大作业让我学到了很多，我相信这些经验教训会在以后的学习生活中给我很多帮助。 13 附录include stdio.h#include#define PI 3.1415926float Pow(float a,int n)int i;float s=1;for(i=0;i(c+c1+c3)d=1.0*(b-c-c1-c3)/c2;s=h*(1-10*Pow(d,3)+15*Pow(d,4)-6*Pow(d,5);else if(b(c+c3)d=1;s=h;else if(bc3)d=1.0*(b-c3)/c;s=h*(10*Pow(d,3)-15*Pow(d,4)+6*

24、Pow(d,5);else s=0;return s;float f1(float b,float h,float c,float c1,float c2,float c3)float d;float f1;if(b(c+c1+c3)d=1.0*(b-c-c1-c3)/c2;f1=-1.0*h/c2*(30*Pow(d,2)-60*Pow(d,3)+30*Pow(d,4);else if(b(c+c3)f1=0;else if(bc3)d=1.0*(b-c3)/c;f1=1.0*h/c*(30*Pow(d,2)-60*Pow(d,3)+30*Pow(d,4);elsef1=0;return f

25、1;float f2(float b,float h,float c,float c1,float c2,float c3)float d;float f2;if(b(c+c1+c3)d=1.0*(b-c-c1-c3)/c2;f2=-1.0*h/(c2*c2)*(60*Pow(d,1)-180*Pow(d,2)+120*Pow(d,3);else if(b(c+c3)f2=0;else if(bc3)d=1.0*(b-c3)/c;f2=1.0*h/(c*c)*(60*Pow(d,1)-180*Pow(d,2)+120*Pow(d,3);elsef2=0;return f2;float fv(f

26、loat b,float h,float w,float c,float c1,float c2,float c3)float d;float fv;if(b(c+c1+c3)d=1.0*(b-c-c1-c3)/c2;fv=-1.0*w*h/c2*(30*Pow(d,2)-60*Pow(d,3)+30*Pow(d,4);else if(b(c+c3)fv=0;else if(bc3)d=1.0*(b-c3)/c;fv=1.0*w*h/c*(30*Pow(d,2)-60*Pow(d,3)+30*Pow(d,4);elsefv=0;return fv;float fa(float b,float

27、h,float w,float c,float c1,float c2,float c3)float d;float fa;if(b(c+c1+c3)d=1.0*(b-c-c1-c3)/c2;fa=-1.0*h*w*w/(c2*c2)*(60*Pow(d,1)-180*Pow(d,2)+120*Pow(d,3);else if(b(c+c3)fa=0;else if(bc3)d=1.0*(b-c3)/c;fa=1.0*h*w*w/(c*c)*(60*Pow(d,1)-180*Pow(d,2)+120*Pow(d,3);elsefa=0;return fa;float fp(float rb,f

28、loat b,float h,float c,float c1,float c2,float c3)float p;p=rb+fs(b,h,c,c1,c2,c3)+f2(b,h,c,c1,c2,c3);return p;float fx(float rb,float b,float h,float c,float c1,float c2,float c3)float x;x=(rb+fs(b,h,c,c1,c2,c3)*sin(b*PI/180)+f1(b,h,c,c1,c2,c3)*cos(b*PI/180);return x;float fy(float rb,float b,float h,float