自动订书机方案设计

1、机械原理课程设计报设计题目：自动订书机 班 级：09 机械二班 姓 名： 朱 政 指导教师： 罗海玉目录一、题目3二、设计课题及任务32.1设计课题32.2设计任务32.3设计提示4三、运动方案设计53.1传动装置53.2工作构件6三、尺寸设计84.1齿轮设计84.2凸轮设计94.3支架设计12四、工作总结125.1方案总结 125.2实习总结 13六、参考资料14 一、题目：自动订书机方案设计二、设计课题及任务1、设计课题设计自动订书机在日常生活中， 我们经常遇到批量装订问题， 如打印 店里装订已打印的纸张、出版社小批量装订图书、实验 室装订实验报告册等。 如果使用传统的方法装订， 工作效率

2、太低 而且耗费人力；如果使用大型的装订机，成本太大，不实用。学 习了机械原理课程设计之后， 我们知道了凸轮具有穿地理和运动 的特征，从而连想到把订书机的往复运动与凸轮的往复运动联系 起来。如果使用小型电动机，通过齿轮变速后，可以带动凸轮转 动，奖励和运动传递给订书机，使之形成有规律的周期运动，从 而实现订书功能。 主要构件如下： 电动机、 二级变速齿轮、 凸轮、 之架、螺钉和订书机。本装置采用电动机驱动， 传动方式为机械传动 。技术参数如下： 凸轮转速： 30r/min订书机工作周期： 2s 订书机一次执行的最大订书量：厚度 <=0.3cm2、设计任务1. 自动订书机应包括凸轮机构和齿轮

3、机构两种常用机构2. 根据自动订书机工作周期确定凸轮的转动周期及各齿轮的传动比3. 画出自动订书机的运动方案简图， 并用运动循环图分配各机构 运动节拍4. 凸轮的设计计算。 按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规 律，确定基圆半径，校核最大压力角和最小曲率半径。画出从动 件运动规律线图及凸轮廓线5. 对凸轮机构、支架、订书机最前段进行速度、加速度分析，绘 出运动曲线6. 齿轮机构的设计和计算。 按自动订书机的工作周期确定凸轮的 传动周期及各齿轮的传动比，从而确定其齿数和规格。7. 编写设计说明书3、设计提示1. 支架采用杠杆结构可以使凸轮作用较小的力， 在订书机的一端 获得较大的力，从而可以抵

4、抗纸张的反作用力2. 支架右端使用U型接口，可方便订书机的拆卸。再订数量很少 的时候， 使用自动订书机需要外接电源等步骤， 此时可松下固定 螺钉，卸下订书机，实现人工单个顶书，用完又可装上，既方便 又快捷，不丧失订书机的原本订书功能。3. 支架中间设置一个弹簧装置， 可使一次工作行程完成后， 之间 与凸轮任然保持接触， 订书机被拉起来， 从而为更换加工件赢取 时间。4. 所有设计完成后，应有一个包装箱，将凸轮、机架、电动机及 传动齿轮固定在上面，之后订书机露在外面方便拆卸。三、运动方案设计1、传动装置根据设计要求，从动件周期为2s,故选用较低转速的电动机。根据题意在市场上容易实现的电动机且转速

5、较低的电动机为8 极同步转速电动机， 750r/min 。方案一：皮带轮传动采用皮带轮传动， 实现离合运动从电动机传动到凸轮。 优点 是传送带靠 摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小；缺 点：容易打滑，不能实现较大力的传动，且两轮之间存在空隙， 占用较大的空间，是整个机构先的臃肿方案二：齿轮传动 用定轴轮系减速，由于传动比较大，故采用二级齿轮减速。 此方案的优点是，标注直齿轮便于加工，设计简单容易实现。缺 点：一方面， 传动比过大， 用定轴轮系传动时， 占用的空间较大； 另一方面，齿轮机构传递运动，当级数较多时，容易使传动比发 生变化，从而影响整个机构的工作周期 。综合两种方案， 根据我们

6、提出的设计要求， 本装置应该注重 方便、快捷、小巧。皮带轮更适合在高速旋转的机构中，我们的 设计中电动机的转速为 750r/min ，转速较低，故选择方案二，即用方案二齿轮进行传动。2、工作构件订书机在一次订书任务中的工作流程图如下：0-0.33s为工作行程， 0.33-0.66s 为回程， 0.66-2s 为近休。当一周期内处于 .66-2s 时，工人完成送料。方案一：用四连杆机构实现推杆的往复运动用四连杆机构实现推动推杆实现往复运动， 当原动件 1 做周 转运动时，从动件 2 做摆动，从而带动推杆运动。该方案连杆机 构可传递较大的力。耗材少，制作简单，轻巧方便，节省空间。缺点是：由于运动复

7、杂，分析较为困难，杆系较多，设计时累积 误差较大。方案二：用凸轮机构实现推杆的往复运动 用凸轮机构传递运动和力。凸轮从电动机传递过来的主动 力，带动凸轮做周期运动。在近休阶段，支架杆保持静止；在推 程阶段，凸轮推动支架杆运动， 支架将凸轮作用力传递给订书机， 使之完成订书任务；在回程阶段，支架由于左边重力大于右边， 将于凸轮保持接触，订书机被拉起来。缺点：凸轮的轮廓由于长 时间传递较大的力而发生磨损， 影响工作精度， 甚至能导致订书 工作不能正常完成。优点：设计简单，运动模型易实现。综合以上两种方案， 根据我们的设计要求， 两种工作构件均 能满足，但凸轮机构有近休，允许工人在更长的时间内换料，

8、要 求较低， 减少工人的疲劳度， 最终确定传递力和运动选择凸轮机 构最终确定的方案总设计简图14四、尺寸设计1、齿轮设计-采用标准齿轮模数(mrjn压力角齿数分度圆直径(mm齿轮11202020齿轮2120100100齿轮31202020齿轮4120120100传动比：Z=Z1*Z2=Z5齿轮安装时注意事项：各齿轮之间应精密配合，中心距严格控制在误差允许的范围之内，由于齿轮传动会产生较大的切向推力，应留有一定的的传动侧系，以保证储油润滑。齿轮 2 与齿轮 3 应固结在一起，中间不要有较长的轴连接，这样在传动力的过 程中轴不会产生太大的力矩， 同时又能节省空间。 齿轮 1 直接与 电动机相连，齿

9、轮 2 直接与凸轮相连接。2、凸轮设计设计参数基圆半径： r=50mm推杆行程： h=40mm偏心距： e=0凸轮运动角速度：w=2n 13.逆时针转动近休止角S 1=4 n /3推程运动角S 2=n /3远休止角S 3=0回程运动角S 4= n /3推程许用压力角a 1=30?回程许用压力角a 1=70?凸轮转动一周分三个阶段：1） 近休，此过程推杆保持静止，近休角为4n /32）推程运动，此过程推杆左端向上运动，右端向下运动，属于工作行程，推程运动角为n /33）回程运动，此过程推杆左端向下运动，右端向上运动，回程运动角为n /3设计提示：1、推程运动选用正弦加速度运动规律。因为凸轮的转速

10、为 30r/min ，采用正弦加速度运动，可避免冲击。订书机工作时， 会产生较大的反作用力，同时，订书机订书在装订过程中，尺寸 要求严格，故凸轮的轮廓尺寸必须严格控制在误差的范围之内， 这就要求凸轮在长时间工作时不发生大的磨损。 若有刚性冲击或 柔性冲击，凸轮就会受到较大的惯性力，从而产生磨损。正弦加 速度运动既无刚性冲击也无柔性冲击， 故凸轮推程运动选择正弦 加速度运动。2、回程运动选择余弦加速度运动规律。在订书机完成一次订书 任务后，没有力的作用，即对凸轮没有磨损，余弦加速度运动不 会产生刚性冲击，故回程运动选用余弦加速度运动。3、不设计远休，并且近休止角较大都是为了有充足的时间在工 作台

11、上移走已订好的纸张，移入下一批待钉纸张。4、推程运动角设计较小是为了使订书机在较短的时间内发生较 大的位移，产生较大的角速度，从而在订书时有很大的惯性力， 更能保证订书工作的完成。推杆一周期内位移曲线如下图所示：推杆位移曲线方程：1、推程：s=h* (5 / 5 2)-sin(2* n * 5 / 5 2)/(2 n )(0<=5 <= n /3)2、回程：s=h*(1 -cos( n * 5 / 5 2)/2(n /3< 5 <=2* n /3)3、近休：s=0 (2* n /3< 5 <=2* n )凸轮轮廓曲线方程：1、 推程：x=(50+40*(3*

12、 5 / n -sin(6* 5 )/(2* n )*cosy=(50+40*(3*5 / n -sin(6* 5 )/(2* n )*sin(0<=5 <= n /3)2、回程： x=(50+20*(1-cos(3*5 )*cos 5y=(50+20*(1-cos(3*5 )*sin 53、近休： x=50*cos 5y=0*csin5s，凸轮根据公式，5每 5? 取一个值，计算出相应的推杆位移轮廓坐标( x， y)通过计算可得凸轮轮廓曲线如下图所示：3、支架设计当订书机处于订书位置时，推杆应处于最大位移，如图 r+h=90mm可根据杠杆原理及几何知识，设计出支架的参数。由 于订

13、书机在订书过程中会承受较大的反作用力， 而凸轮的推力有 限，故 L1 比 L2 大。给出参数如下：L1=160mm L2=80mm L0=32.36mm支架杆 L 应大于 240mm五、工作总结1、方案总结本设计方案采用齿轮机构 、凸轮机构，齿轮带动凸轮的转 动，用支架将他们与订书机连接起来， 既能实现订书机的自动订 书功能。其中，齿轮机构可以实现力和运动的传递，通过齿轮的 二级变速，从而将凸轮的转动角速度确定。凸轮机构中，利用凸 轮的推程运动， 推动支架杆， 在支架杆的另一端产生向下的压力。 支架采用杠杆原理， 凸轮作用较小的力便可在订书机上产生较大 作用的力。本方案中，订书机可以随时拆卸

14、，方便了小批量订 书的工作。本方案的缺点：订书机的运动不够精确，订书机承受的最 大反力不够大，适用范围不够广泛，只能用来订报告书等。 2、实习总结通过对机械课程的设计， 我感触良多， 这次课程设计让我看 到了自己的不足之处，也让我体会到了课程设计的乐趣和意义。 理论联系实际这一重要思想，在这里体现得淋漓尽致。我现在 最缺乏的就是实际工作经验， 而理论联系实践并不像我们想象的 那么简单， 他需要坚实的理论基础和实际工作经验。 坚实的理论 基础决定了我必须坚持学习新的知识新的理论， 完善了自己的知 识结构， 才能在以后的实际中轻松面对， 才能设计出更好的更有 益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。 严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必 须一丝不苟、态度认真。俗话说： “失之毫厘，谬之千里。 ”在机 械设计上尤其应该注意。 在以后的工作中， 你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失， 甚至给用户带去生命危险， 而自 己也会为自己的不负责任行