书本打包机课程设计说明书

课程设计说明书课程名称：机械原理课程设计设计题目：书本打包机设计专业：机械设计制造及其自动化班级：0902学生姓名:宋铮铮学号:0912110201指导教师:汤迎红湖南工业大学科技学院教务部制2011年6月25日-1-目录1.绪论……………………………………………………………21.1、课程设计题目………………………………………21.2、工艺动作分解………………………………………21.3、设计要求……………………………………………32.课程设计题目分析………………………………………42.1、总功能要求…………………………………………42.2、总功能分解…………………………………………42.3、书本打包机设计参数的选择…………………42.4、各部分执行机构的设计…………………………52.5、书本打包机整体机构简图……………………72.6、整个机构的运动循环图…………………………73.各部分机构的设计………………………………………83.1、各部分机构的Pro/E结构简图（附录）…83.2、各部分机构的设计方案说明…………………94.执行机构的设计和传动比的计算……………………104.1、电动机到主轴间的减速机构计算……………104.2、推书机构的连杆机构计算……………………104.3、推书机构中的槽轮机构分析…………………114.4、凸轮机构的计算…………………………………125.课程设计心得体会………………………………………15附：各部分机构的Pro/E结构图-2-1绪论随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的机械产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括机械设备的功能分析、工作原理方案设计和机械运动方案设计等。这些设计内容可作为机械原理课程设计的内容。很明显，产品设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成机械产品灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行机械原理设计能力的培养。为了培养学生的开发和创新机械产品的能力，高等学校工科本科《机械原理课程教学基本要求》中对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中的某些机构进行分析和设计。”在机械原理课程中加强机械运动简图能力的培养，已越来越为广大师生所认识。1.1课程设计题目课程设计题目：自动压片成形机书本打包机主要是用在印刷厂里，在大量的书本印刷出来后，将其以一定的数量为一堆，用牛皮纸将其包装起来，以便于销售和运输。这种功能在很多地方都可以用到，比如：包糖机，饭盒包装机等凡是涉及到要将东西分堆包装的地方，都可以将其稍微改动即可用于其它地方。1.2工艺动作分解书本打包机的用途是要把一摞书（如20本一包）用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签（图1-1）。包、封的工艺顺序如图1-2所示。-3-图1-1图1-2其工艺过程如下所述：①横向送书（送一摞书）。②纵向推书前进（推一摞书）到工位a，使它与工位b～g上的6摞书贴紧。③书推到工位a前，包装纸已先送到位。包装纸原为整卷筒纸，由上向下送够长度后进行裁切。④继续推书前进一摞书的位置到工位b，由于在工位b的书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞推到b时实现包三面，这个工序中推书机构共推动a～g的7摞书。⑤推书机构回程时，折纸机构动作，先折侧边（将纸卷包成筒状），再折-4-两端上、下边。⑥继续折前角。⑦上步动作完成后，推书机构已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推书机构又一次循环到工序④时，将工位c的书摞推至工位d，此位置是两端涂糨糊的位置。1.3设计要求（l）书本打包机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。（2）画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。（3）设计凸轮机构，自行确定运动规律，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。（4）设计计算齿轮机构。（5）对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线图。（6）编写设计计算说明书。（7）学生可进一步完成机器的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。2课程设计题目分析2.1总功能要求将若干本一摞书用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签。2.2总功能分解设计书本打包机，其总功能可以分解为以下几个工艺动作：（1）、推书机构：为间歇性运动，分为横向、纵向运输机构。这一动作可以通过两个槽轮带动连杆运动来实现。（2）、送纸机构：采用橡胶摩擦轮通过摩擦来实现传动。（3）、裁制机构：裁刀为间歇性的进给运动。由皮带带动齿轮，在齿轮上安装一凸轮，凸轮连接连杆机构带动裁刀将牛皮纸裁断。（4）、折边机构：用凸轮带动连杆来实现折上下边的两块挡板同时运动。（5）、折角机构：折后角用一个凸轮机构来实现。书通过挡板时则实现折-5-前角。（6）、涂浆糊、帖签、烘干机构：可以通过凸轮连杆带动滑块来实现。（7）。电动机到主轴间的传动机构：通过齿轮系的变速来实现各个机构应有的转动速度。2.3书本打包机设计参数的选择电动机：电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有点动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机等。电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数采用电动机。电动机设计参数的选择：1、类型：三相异步电动机；2、转速：1000r/min生产率：20摞/min成品尺寸：长，180~220；宽，130~140；高，180~220；2.4各部分执行机构的设计所选执行机构优缺点详细比较机械形式优点缺点带传动1）能起缓冲和吸振作用，可使传动平稳，噪声小。2）过载时，带在轮面上打滑，可以防止损坏其他零件，起安全保护作用。3）适用于两轴中心距较大的场合。4）结构简单，容易制造，维护方便，成本低廉。1）因为带传动受摩擦力和带的弹性交形的影响，所以不能保证准确的传动比。2）效率较低-6-齿轮传动1）能保证恒定的瞬时传动比，传递运动准确可靠。2）传递功率的范围比较宽，可以从很小的功率直到几万马力经过磨齿的齿轮传动圆周速度可达100米／秒；3）机械传动效率比较高，一般圆柱齿轮传动效率可达98％以上，而且使用寿命也较长。4）齿轮机构的结构紧凑，体积比较小。1）传动噪音比较大，对冲击比较放敏感，不宜用在轴线距离较大的部件上。2）齿轮制造精度要求比较高，不能缓冲，高速传动精度不够是有噪音，无过载保护，相应的成本也比较高凸轮机构设计适当的凸轮轮廓曲线便可以获得任意预定的运动规律而且结构简单、紧凑。凸轮和从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损，一般只用于传递动力不大的场合。连杆机构运动副均为低副，可承受较大的载荷，利于润滑，磨损较小，形状简单，便于制造。但原动件的运动规律不变可用改变构件的相对长度得到不同的运动规律由于连杆结构的运动必须经过中间关键进行传递，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，机械效率降低。在运动过程中，连杆及滑块的质心都在做变速运动，所产生的惯性力难以消除，不宜用于高速运动。各部分机构的选用方案：基本功能执行构件工艺动作机构执行推书滑块或推板直线往复运动槽轮机构和连杆机构折上下边平板摆动往复运动凸轮连杆机构折后角扇形轮往复回转运动凸轮回转机构折前角挡板固定挡板图浆糊、贴标签、烘干滑块直线往复运动连杆或凸轮机构-7-2.5、书本打包机整体机构简图2.6、整个机构的运动循环图-8-坐标轴示意图如下：3.各部分机构的设计3.1各部分机构的Pro/E结构简图（见附录）顺序依次是：1、推书机构2、送纸机构3、裁纸机构4、折边机构5、折角机构6、涂浆糊、贴封签、烘干机构7、电动机到主轴间的传动机构（见第四章的齿轮系传动比计算）-9-3.2各部分机构的设计方案说明(1).横纵向推书机构方案比较如下：纵横推进机构间歇运动机构传动运动机构直线运动机构槽轮机构不完全齿轮凸轮机构圆柱齿轮圆锥齿轮蜗轮蜗杆曲柄滑块凸轮机构简单，易实现，成本低运动精确运动精确没冲击易实现同向变速不同方向传动和变速垂直方向传动加工简单成本低运动精确，没冲击运动不精确有冲击，加工复杂，成本高易磨损，加工成本高只可同向传动加工复杂成本高，角度不易变占空间，对杆长要求高易磨损，加工成本高通过三种机构的对比，选择间歇性运动机构当中的槽轮机构。（2）送纸机构：方案优点：结构简单，要求的目的动作易于实现，功耗较小，经济实惠。缺点：此机构是由摩擦力来实现送纸，压轮使用时间长可能会出现打滑现象。（3）裁纸机构：图中所示的是可控摆动剪纸机构，带轮和凸轮为一整体机构。带轮转动从而凸轮也一起随之而转动，再由凸轮的回转带动杆做上下往复运动，再通过连杆将运动传递到摆叉上，摆叉做一定角度的摆动，随之带动裁刀作前后的间隙运动，从而实现裁纸的目的。方案优点：结构简单且操作性强。缺点：间隙时间不易控制，机构的精度要求较高。（4）折边机构：方案优点：通过凸轮机构带动连杆做间歇性的上下运动，使得折纸板能较为准确的完成折边任务。缺点:凸轮和从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损。（5）折角机构：利用凸轮机构来实现折后角，然后当书本经过挡板时实现折前角。（6）涂浆糊、帖签、烘干机构：方案优点：涂浆糊、贴封签、烘干三个动作均由一个整体机构完成，工作效率较高，且结构简单方便，比较经济。-10-缺点：装浆糊，装标签都需要人工操作，很难时时掌控盒内是否满足机构工作的需要；涂浆糊机构中可能会出现浆糊涂抹不均匀的情况，而江湖容易随刷子的摆动而溢出，易造成浪费；贴封签机构中标签的多少直接影响弹簧的弹力大小，容易造成漏贴。（7）电动机到主轴间的传动机构（减速机构）：由于电动机的转速太大，不适合各机构的转速要求。所以必须经过变速后才能适应主轴的转速。通过直齿轮的减速机构来减速容易计算和安装，且可以得到较为稳定的传动比。4.执行机构的设计和传动比计算4.1电动机到主轴间的减速机构计算减速机构的示意图如下：电动机由选定的数据：电动机转速n1=1000r/min，主轴转速n4=10r/min可通过计算得到各个齿轮的齿数，传动比为10。计算过程：i14=z2*z3*z4÷z1*z2’*z3’=100可取：z1=24z2=75z3=60z4=160z2’=15z3’=20模数m=2压力角α=20°-11-4.2推书机构的连杆机构计算连杆机构的示意图如下所示：ＲＯＡＢＣＨａｄB为连杆机构的一般位置，A和C分别为连杆端点的左右极限位置。又因为推书行程为H=︱AC︱=400mm。设R为等效曲柄半径，d为连杆长度，︱aA︱=x当机构出于拉直共线和重合共线两种位置时，连杆的推程分别取最大值和最小值。由几何关系可列出：(d+R)²=R²+（H+x）²2Rdx=d-H/2联立上式解得：R（d+1）=36单位：m根据关系式可取：R=300mmd=1100mm4.3推书机构中的槽轮机构分析槽轮机构的示意图：-12-两槽轮的运动时序如下：主轴转角机构运动规律0-90度横向槽轮运动90度：带动横向推进机构运动一个来回90-110度横纵向机构均不运动110-200度纵向槽轮运动90度：带动纵向推进机构运动一个来回200-360度送书机构停止，包书机构工作4.4凸轮机构的计算4.4.1裁纸机构的凸轮分析要使裁刀间歇性的进给运动，就必须利用凸轮轮机构来实现。设计的凸轮机构如下图所示：-13-ＯＡＯ’裁刀的进给距离与摆叉的摆动角度有关，由图可看出滚子从动件的上下运动距离为OA，于是OA的长度可通过摆叉的所摆动的角度来计算。4.4.2折边机构的凸轮分析由凸轮的转动带动滚子从动件上下运动，而凸轮的轮廓设计要通过折纸板的摆动角度来确定。假设折纸板的长度为L，最大摆动角度为α，则滚子从动件所在的杆端A的运动距离可根据α来计算。其距离为h=Lsin(90°-α)。假定该凸轮的基圆半径为R，滚子从动件的半径为r