医用棉签卷棉机设计机械原理课程设计WordWord格式.docx
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绘制方案图、整理设计说明书
7月13日：
答辩
指导教师程安宁
2012年07月02日
医用棉签卷棉机
机械原理课程设计针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。
通过机械原理课程设计，使学生巩固所学机械原理的知识和理论，培养开发创新机械的能力，实现用图解法进行机构的分析计算的基本要求，达到借助计算机对机构进行解析法分析，完成机械运动方案和机构设计。
全自动医用棉签卷棉机能够实现送棉、楸棉、送棉和卷棉的一体化功能。
医院通用的签杆直径约3mm，长约为70mm，卷棉部分长约20—25mm，每分种能生产60支。
卷棉机由送棉机构，压棉机构，楸棉机构，送签机构，卷棉机构以及电动机组成。
选择送棉机构时考虑到棉花很软，要实施持棉以直线、间隙、定长地将适量条状送入压（夹）棉、楸棉机构，可用带刺构件走直线轨迹段把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出，但此时要将棉条压住。
我所设计的两种方案中采用两滚轮压紧棉条，同时，在继续运动中实现楸棉，但需与棘轮、槽轮或不完全齿轮机构联接，以实现间隙送进的功能。
一、课题设计背景及功能描述
随着科学技术和工业生产的飞速发展，机械产品种类日益增多，自动化程度愈来愈高。
这就要求设计者除综合应用各类典型机构的作用外，还要根据使用要求和功能分析，设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、适用性强的机械系统。
机械原理课程设计是机械原理教学中的一个重要环节，是机械类各专业学生在机械原理课程学习后进行的全面、系统、深入的实践性教学，培养学生机械系统运动方案设计、创新设计及应用计算机进行机构分析和工程设计的能力。
它是针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。
具体来说，就是根据给定机械的工作要求，确定机械的工作原理，拟定工艺动作和执行构件的运动形式，绘制工作循环图；
选择原动机的类型和主要参数，并进行执行机构的选型与组合，设计该机械系统的几种运动方案，对各种运动方案进行分析、比较和选择；
对选定的运动方案中的各执行机构进行运动分析与综合，确定其运动参数。
二、总图
三、拟定方案
1、送料机构
方案a:
槽轮机构
图3—1
1——主动销轮2——从动槽轮3，4——滚轮5——棉条
方案a所采用的送棉机构是如图3—1所示的槽轮机构。
其主要由槽轮1—2和滚轮3—4的串联而成，当主动销轮1由传动机构相连而作等速连续转动时，当圆柱销未进入径向槽时，槽轮因锁住而静止；
当圆销进入径向槽时，槽轮2在圆销的驱动下顺时针转动。
当主动轮连续转动时，从动槽轮和滚轮4夹住棉条5向前送进，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。
方案b：
不完全齿轮机构
1——不完全齿轮2——棉条3——滚轮
方案b所采用送棉机构是如图3—2所示的不完全齿轮机构。
其主要由不完全齿轮和一个滚轮串联而成。
当不完全齿轮由传动机构而作等速顺时针连续转动时，当第一枚齿还未到达棉条时，棉条因无摩擦力而不能向前送进；
而当第一枚齿接触到棉条，同时与滚轮啮合时，产生摩擦夹带棉条向前送进，直到最后一枚齿脱离滚轮，而停止送棉。
当主动不完全齿轮作连续转动时，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。
其中不完全齿轮的外圈部分是由橡胶模具制成。
分析其原因如下：
1考虑到棉花很软，如使用钢制不完全齿轮，在抓棉时很容易将棉条抓断；
使用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。
2如果橡胶齿磨损，可以及时更换。
3橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比较，前者较为经济。
2、楸棉机构
凸轮机构
1——凸轮2——弹簧3——冲压板4——底座5——刀具
方案a所采用的楸棉机构如图3—3所示。
其主要由主动凸轮、弹簧、冲压板、刀具和底座组成。
当主动凸轮随传动机构作等速顺时针连续转动时，推动构件3，使之往下运动进而压住棉条，由于构件3刚好与刀具5相切，从而完成压棉、楸棉的动作。
当主动凸轮转到回程时，构件3没有推力，受到弹簧2的弹力回到原处。
与此同时送棉机构将棉条送到构件3下，以此来完成下一次的压楸棉的动作。
安装刀具5和缓冲机构的好处：
1比较锋利的刀具在构件3和下面的缓冲机构保证了棉条顺利的切割。
2切割下来的棉条完整。
方案b:
爪轮机构
1、4——爪轮2——棉条3——橡胶块
方案b所采用的楸棉机构如图3—4所示。
其主要由两个爪轮串联而成。
当主动爪轮1由传动机构作顺时针等速转动时，嵌入爪轮1的橡胶块转到另一个爪轮的橡胶块相遇时，夹送到的条棉2价在其中，靠弹性压紧，继续转动时，将条棉楸断。
在实现压棉和楸棉时，还需要在方案b中的送棉机构（图3—1所示）的配合，因为没有它的压紧力，本机构就不能完成该功能。
3、卷棉机构
1——漏斗状签箱2、4——输送机构3——签杆5、8——条棉6——导棉槽7——静止摩擦片
方案a所采用的卷棉机构如图3—5所示。
起主要由主动输送机构、漏斗状签箱和导棉槽组成。
将一堆签杆放入漏斗状的签箱1内，漏斗口限制签杆3只能一根一根地通过，由漏斗口下的输送构件2和4同步将签杆送入到导棉槽，进至与在导棉槽7内的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆3自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，使条棉卷在签杆上。
方案b
1——漏斗状签箱2——签杆3——条棉4——输送机构5——齿行带6——拖板7——静止摩擦片8——弹簧9——压板10——卷轮
方案b所采用的卷棉机构如图3—6所示。
起主要由卷轮、漏斗状签箱、送棉机构、拖板和静止摩擦片压板组成。
将一堆签杆放入漏斗状的签箱1内，漏斗口限制签杆2只能一根一根地通过，由漏斗口下的卷轮5带离签箱1，，进至与在压板9的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆2一面前进，一面自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，且有一定的压紧力，使条棉卷在签。
4、拟定运动循环图
分配轴转角
0°
30°
60°
90°
120°
150°
180°
210°
240°
270°
300°
330°
360°
送棉机构
定量送棉
间隙运动
压棉楸棉机构
爪轮间隙运动
爪轮转动摩擦楸断棉
送签机构
带轮转动送签
压板提供压紧力
卷棉机构
开始卷棉
四、执行方案
根据上述，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。
现在对它们进行最佳组合。
如图
方案a
1——漏斗状签箱2、4——输送机构3——签杆5——凸轮机构
6——正压机构7——底座8——不完全齿轮9——滚轮
1——主动销轮2——槽轮3——滚轮4，11——爪轮5——橡胶块6——齿形带
7——压板8——支板9——漏斗状签箱10——签杆12——卷轮
五、方案的评价
评价方案表：
方案评价
（1）
序号
评价项目
评价等级
评价尺度（评价分数）
1
功能目标完成情况
很好
好
较好
不太好
不好
10
8
5
3
2
工作原理的先进性
先进
较先进
一般
落后
4
系统的工作效率
高
较高
低
系统机械传动的精度
系统的复杂程度
简单
较复杂
复杂
6
系统方案的可靠性
可靠
较可靠
不可靠
新颖
7
系统方案的新颖性
较新颖
不新颖
系统方案的实用性
实用
不实用
9
系统方案的经济成本
较低
系统方案的环保问题
项目
方案
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
累计得分
a
58
b
72
方案评价
（2）
“＋＋”：
“很好”，“＋”：
“好”，“－”：
“不好”。
方案评价标准
成本低
++
+
便于加工
结构简单
便于方便
操作方便
总计
7“+”，
1个“—”
5个“+”
显而易见，综上所评方案a为最佳方案。
六、系统设计数据处理（尺寸）
6.1方案a的数据处理
1——漏斗状签箱2、4——输送机构3——签杆
5——凸轮机构6——正压机构7——底座8——不完全齿轮
9——滚轮
设计数据如下：
卷棉机的生产率：
60支/分钟
卷棉机构和送签机构5的转速：
v5=0.1m/s卷轮的转速n=2（rad/s）
楸棉机构：
不完全齿轮的转速3：
n3=2π（rad/s）
送棉机构：
输送机构2的转速：
n1=8π（rad/s）机构4的转速n2=2π（rad/s）
零件尺寸设计：
r1=60/πmmr2=50/πmmr3=50/πmmr5=100/πmm
履带长600mm压板15cm履带缺口深度3mm
6.2传动机构的尺寸设计及数据处理
1，2——带轮3，4，5，6——传动齿轮
图6—2所示是图2—1的俯视图。
计算传动装置的总传动比及分配各级传动比
在前面的方案设计中已确定此次设计的减速器为齿轮传动，并且采用展开式传动。
分配原则：
1、使各级的传动的承载能力大致相同（齿面的接触强度大致相等）。
2、使减速器能获得最小的外形尺寸和重量。
3、使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等，润滑方便。
选用减速器为三级传动，先经过三级减速后，再经过分流得到轧辊所需要的转速和方向，经过综合考虑选得：
i1=28.25i2=4i3=π
轴名
参数
ⅠⅡⅢⅣⅤ
转速（rad/s）
输入功率KW
7108π2π22
2.22.0461.981.9251.905
传动比
效率
28.254π1
0.930.970.970.99
传动齿轮设计：
齿轮
3456
齿数
8321632
模数mm
5555
6.3凸轮5的设计
1）确定凸轮机构的基本尺寸
等加速等减速运动规律的运动规律表达式为：
等加速段：
（
）
等减速段：
由以上两个表达式求得：
（a+OP）
=OP
，
（1）
则OP/（OP+a）=
。
（2）
将
（1）式分子分母同乘
整理得：
OP（1-
）=a
（3）
由式（3）求出OP代入式
（1）右边得：
a+OP=A/（1-
）（4）
在三角形A
P中由正统定理有：
（5）
将式（4）代入式（5）中得：
（6）
用
代入式（6）中得：
（7）
过点O作O
//P
，则
∽
，再由式
（2）得
，等式（7）正是
的正弦定理。
将等式（6）中的
展开得：
tan
=
（8）
由等式（8）求得
（9）
将
代入式（9）得:
（10）
如果在图中所示位置的接触点
处的压力角正好满足
，比较式（10）和式（7）可知，直线
便是在此位置时满足式（10）以等到式成立的边界。
（11）
代入式（11）得：
（12）
选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。
滚子半径
=（0.1—0.5）
，取
=5.4mm。
2）凸轮廓线的绘制
①选定角度比例尺，摆杆的角位移曲线，如图所示，将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分。
②选定长度比例尺，作以O为圆心以OB=
为半径的基圆；
以O为圆心，以OA=a为半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆。
③自A点开始沿-
方向把机架圆分成与图中横坐标相应的区间和等分，得点
，再以
为圆心，以AB=L为半径作弧与基圆交于点
，得线段
④自线段
开始，分别作
，使它们分别等于图中对应的角位移，得线段
⑤将点
连成光滑曲线，它就是所求理论轮廓线。
⑥实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出，如图所示。
6.4成品的尺寸设计
包装尺寸：
长×
宽×
高1650×
810×
1300
重量：
150kg
七、速度、加速度分析
速度分析图
加速度分析图
机构实际运动曲线与理论曲线有一点误差，因为机构实际运动时有振动，摩擦等外界影响。
而理论曲线是通过公式计算求得，是理论状态下的曲线。
八、结束语
紧张的课程设计顺利结束了。
在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握.并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。
机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。
在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。
相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。
同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识。
最后，非常感谢老师的关心指导和其他同学的帮助。
九、参考文献
[1]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.重庆:
重庆大学出版社,2001
[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编.机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化.北京：
机械工业出版社.1982
[3]王知行,刘延荣.机械原理.北京:
高等教育出版社,2000
[4]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）.北京：
高等教育出版社.1993
[5]陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：
浙江大学出版社.1995
《机械原理课程设计》指导教师评审意见
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