机械原理课程设计-书本打包机设计

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：船机修造班级：2班学生姓名:丁帅学号:学生姓名:郭哲睿学号:指导教师:毕艳丽书本打包机设计一、工作原理及工艺动作过程书本打包机的用途是要把一摞书(如五本一包)用牛皮纸包成一包，并在两端贴好封签(图1)。包、封的工艺顺序如图2所示,各工位的布置(俯视)如图3所示。其工艺过程如下所述(各工序标号与图2、3中标号一致)。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上的六摞书贴紧。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。图1书本打包机的功用图2包、封工艺顺序图图3打包过程各工位布置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的七摞书。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，此位置是两端涂浆糊的位置。⑨涂浆糊。⑩在工位e贴封签。在工位f、g用电热器把浆糊烘干。在工位h时，用人工将包封好的书摞取下。因此书本打包机中的主要机构包括：纵向推书机构、送纸机构及裁纸机构。二、原始数据及设计要求图4表示由总体设计规定的各部分的相对位置及有关尺寸。其中轴o为机器主轴的位置。图4机构布置图(1)机构的尺寸范围及其它数据机器中机构的最大允许长度A和高度B：A≈2000mm，B≈1600mm。工作台面高度：距地面y≈700mm；距主轴y0≈400mm。主轴水平位置：x≈100～1100mm。为了保证工作安全、台面整洁,推书机构最好放在台面以下。(2)工艺要求的数据书摞尺寸：a＝130～140mm；b＝180～220mm。推书起始位置：X0＝200mm。推书行程：H＝400mm。推书次数(主轴转速)：n＝10±0.1r/min。主轴转速不均匀系数：δ≤0.25。(3)纵向推书运动要求整个机器的运动循环以主轴回转一周为一个周期。因此，可以用主轴的转角表示推书机构从动件的运动时间。推书动作占1/3周期，相当于主轴转120º；快速退回动作时间小于1/3周期，相当于主轴转角小于100º；停止不动时间大于1/3周期，相当于主轴转角大于140º。纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系见下表：主轴转角纵向推书机构从动件(推头)的工艺动作0º～(80º)(80º)～120º120º～220º220º～360º推单摞书推七摞书(同时完成折后角的动作)从动件退回从动件静止不动（4）其它机构的运动关系见下表所示。工艺动作主轴转角横向送书折侧边,折两端上下边折前角、涂浆糊、贴封签、烘干150º→340º180º→340º180º→340º送纸裁纸200º→360º→70º70º→80º(5)各工作阻力的数据1)每摞书的质量为4.6kg；2)横向送书机构的阻力可假设为常数，相当于主轴上有阻力矩：Mc4=4000Nm。3)送纸、裁纸机构的阻力也认为是常数，相当于主轴上有阻力矩：Mc5=6Nm。4)折后角机构的阻力，相当于四摞书的摩擦阻力。5)折边、折前角机构的阻力总和，相当于主轴上受到阻力矩6cM，其大小可用机器在纵向推书行程中(即主轴转角0º～120º范围中)主轴所受纵向推书阻力矩的平均值8cmM表示为：866cmcMM3cmM可由下式算出：nMMniiccm133式中icM3为推程中各分点上主轴所受的阻力矩：n为推程中的分点数。6)涂浆糊、贴封签和烘干机构的阻力总和，相当于主轴上受到阻力矩7cM，其大小可用3cmM表示为：378cmcMM三、设计任务（1）根据工艺动作要求拟定运动循环图并绘制在图纸上；（2）进行纵向推书机构、送纸机构及裁纸机构的选型；（3）机械运动方案的评定和选择；（4）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；（5）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算；（6）在图纸上画出机械运动方案简图；（7）进行飞轮设计；（8）编写设计计算说明书。横向送书机构：方案一:工作原理：通过主动件凸轮的转动将速度通过齿条2→齿条2带动齿轮1,2转动，并且由齿轮1,2控制不同的传动比→齿轮1带动齿条1和其上推头横向运动完成横向送书动作。方案二:工作原理：轮1为主动件，带动传送带顺时针转动，书本放在传送带上，利用摩擦力将书本送到工作台上。方案比较：方案一的机构复杂，采用的构件较多，加工成本高，但精度高，课程设计以简单加工成本低，精度高为优先考虑。然而，凸轮和从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损。比较方案的机构简单，容易制造，维护方便，成本低廉；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；能起缓冲和吸振作用，可使传动平稳，噪声小。但是因为带传动受摩擦力和带的弹性变形的影响，所以不能保证准确的传动比,效率较低。经过比较，选第一种方案为最佳方案。纵向送书机构：方案一:工作原理：凸轮为主动件，凸轮的转动使连杆摆动，从而带动滑块推头做往复运动，从而完成纵向推书动作。方案二:方案比较：方案二的连杆滑块机构也可以实现横向推书的功能，但是通过对比方案一的凸轮齿条机构结构简单，易于实现复杂的运动要求比较容易设计各种传动比的要求，而且结构紧凑。连杆滑块机构制造容易，但设计较为困难，连杆机构随着构件和运动副数目的增加，积累误差较大，传动精度不高。经方案比较：选取方案一为最佳方案。送纸机构：方案一:工作原理：用皮带轮控制另一个主动轮，按额定的转速转动，通过不完全齿轮控制摩擦轮的运动，当需要送纸的时候使不完全齿轮与完全齿轮相啮合，实线送纸，不需要时使不完全齿轮的圆滑面与齿轮相切，实现传纸的间歇。方案二:工作原理：凸轮为原动件，通过凸轮转动而使与滚纸筒相邻的滚子与滚纸筒接触或者相离，当接触时，由于摩擦较大，滚子转动，带动纸张下滑，当相离时，由于无摩擦，纸张停止下滑。方案比较：方案一机构简单，空间构件灵活，稳定性好，设计简单，精度有保证。但其不完全齿轮加工复杂，成本高，工作时会产生冲击，载荷不大，对机构整体的稳定性影响不大。方案二机构也相对简单，但控制起来精度不高，误差大，工作时会产生冲击，对机构的载荷比较大，对机构整体的稳定性影响较大。经过方案比较，拟选取方案一为最佳方案。裁纸机构：方案一:工作原理：凸轮为原动件，凸轮推动推杆先前运动，上下两边的压块先压紧牛皮纸，刀具再向前将纸裁断。方案二:工作原理：通过主轴的运动将速度V传递到凸轮上，使其转动，将力与速度通过连杆传递给剪刀，通过剪刀截断合适尺寸的纸，最后达到裁纸的工作过程。方案比较:方案一的机构直观，简单地实现裁纸工作，使用凸轮的推动运动来控制压紧与切纸，裁纸稳定，结构紧凑，所占用的空间小。装配略困难。方案二的机构复杂，构件多，所积累的误差较大，同样是使用凸轮的运动来控制压紧与切纸，但所占用空间大，装配较困难。经过方案比较：选择方案一为最佳方案。折边机构：方案一:工作原理：主要执行机构为凸轮、连杆和摆杆机构，通过凸轮的回转运动，带动连杆摆动，进而实现假肢杆件的间隙闭合开启运动，实现折上下边的功能。方案二：方案比较：方案二也可以实现折上下边，但是该机构只能折一边（上边或下边），因此要实现同时折好两边，需要两个对称的机构，而且曲柄连续回转难以控制好折边时间，因而精确度不如方案一机构高，同时运动幅度也比较大，占空间大。经比较：选取方案一为最佳方案。折前角机构：方案一:工作原理：主要执行机构为一个随轴回转的半球形转子，该机构随轴转动，上下边折好后，半球形转子刚好转过来实现折前角的功能。后角利用固定挡板折好。方案二：工作原理：主要执行机构为一个随轴转动的矩形框和齿轮机构，该机构为由齿轮带动的，做圆周运动的机构。初始状态下，两滚轮所在平面平行于书运动方向，以便书两边所带的纸能够顺利通过。当侧边与两端上下边折起来之后，齿轮带动其绕竖直轴作半周圆周运动，使竖直滚轮掠过前角边，将其折起。方案比较:方案一与方案二工作原理相似，但由于方案一为半球形转子，力度更大，因此精度就越高，效率也就越高。经比较，选取方案一为最佳方案。涂浆糊贴标签烘干机构：方案一:工作原理：通过凸轮的转动带动与凸轮连接的轮轴，并使其上面的水平板块做水平往复运动，在推书机构把第二摞书推到涂浆糊处，第一摞书恰好到达贴标签处。直至最后完成烘干。方案二：工作原理：凸轮的转动带动滑块的左右移动，从而实现涂浆糊、贴标签、烘干功能。方案比较：方案一虽然多了一个摇杆，传动稳定，但机构较多，运动复杂，容易积累误差。而方案二相对来说机构简单明了，搭建也方便。经比较，选取方案二为最佳方案。机构总方案汇总横向送书机构纵向送书机构送纸机构裁纸机构折边机构折前脚机构涂浆糊贴标签烘干机构机构总运动循环图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°横向推书机构中凸轮机构的设计：(matlab程序在附录)由上面要求设定凸轮推程运动角为120°。为了防止推书过程中书本出现洒落要求推书过程中加速度从零开始，根据要求凸轮的加速度按正弦规律变化。回程过程中加速度没有要求，我们仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。凸轮的行程有齿轮1可知，h=200mm，设计凸轮从动件是直动型的，采用压力角为30°，基圆半径110mm。基圆最小半径表达式：Rmin=将推程位移曲线中ds/dφ最大斜率带入得：Rmin=83.3mm选取基圆半径110mm83.3mm凸轮从动件位移表达式：S=·φ-sin3φ（0φ2π/3）S=h-·(φ-)+sin3(φ-)(2π/3φ4π/3)S=0;(4π/3φ2π)位移曲线凸轮从动件速度表达式：V=·ω-·ωcos3φ（0φ2π/3）V=-(·ω-·ωcos3(φ-)(2π/3φ4π/3)V=0(4π/3φ2π)速度曲线凸轮从动件加速度表达式：a=sin3φ（0φ2π/3）a=sin3(φ-)(2π/3φ4π/3)a=0(4π/3φ2π)加速度曲线凸轮理论轮廓曲线用解析法对牛头刨床六杆机构运动分析（C语言版，程序在附录）牛头刨床机构简图牛头刨床三维立体图1.位置分析：2.速度分析：将上式对时间求一阶导得：将上式写成矩阵式得：3.加速度分析：将速度分析式对时间再次求一阶导得：将上式写成矩阵式可得：(L1=0.125m;L3=0.6m;L4=0.15m;L6=0.275m;L6`=0.575m;w1=1rad/s;)最后利用C语言（高斯消元法）对矩阵式进行求解，可得从动件位移，速度，加速度数据，最后利用matlab将数据连成曲线，最终得出如图所示曲线（单位皆为国际单位制）图解法验证：当原动件角度为0°时：利用CAD标注选项得出位移S=10.11mm×10=0.1011m;与原图相符。速度验证：因为Vb3=Vb2+Vb3b2;大小？w1*l1?方向⊥BC⊥AB∥BC可求得Vb3=0.052m/s;Vd=Vb3/S3*L3=0.103m/sVe=Vd+Ved大小？w3*l3?方向∥EF⊥CD⊥DE可求得Ve=-0.085m/s与原图相符。加速度验证：ab3n+ab3t=ab2+ab3b2K+ab3b2r大小V2b3/S3?V2b2/L12*w3*Vb3b2?方向B→C⊥CD⊥AB⊥BC∥BC可求得ab3；在通过影像原理可求得ad的大小和方向。ae=ad+aedn+aedt大小？√V2ed/l4?方向∥EF√D→E⊥DE可求得ae=