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书本打包机设计说明书

机械原理课程设计

题目书本打包机

学院XXXX

专业年级XXXXXXXXXXX

学号姓名XXXX

指导教师XXXX

二〇一四年X月

机械原理课程设计任务书

专业XXXX学号XXXXXXXX姓名XXXXXX

一、设计题目

书本打包机是用牛皮纸将一摞书（5本一摞）包成一包，并在两端涂浆糊和贴好标签，如下图所示：

二、工作原理及工艺动作过程：

包封工艺位置对应功能分解：

1.横向送书（送一摞书）。

2.纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位b～g上的六摞书贴紧在一起。

3.送纸，书推到工位a前，包装纸已经先送到位。

包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。

书本打包机工艺顺序

4.继续推书前进到工位b，在工位b书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实现三面包装，这一工序共推动a～g的七摞书。

5.推书机构回程，折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状，再折两端上、下边。

6.继续折前角，将包装纸折成如图2—1实线所示位置的形状。

7.再次推书前进折后角，推书机构又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.在实现上一步工序的同时，工位c的书被推至工位d。

9.在工位d向两端涂浆糊。

10.在工位e贴封签。

工位布置（俯视图）

11.在工位f、g用电热器把浆糊烘干。

12.在工位h，人工将包封好的书摞取下。

综上分析，可以看出：

书本打包机中的主要机构包括：

横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构。

三、原始数据及设计要求：

下图所示为由总体设计规定的各部分的相对位置和有关尺寸。

打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围

其中O为机器主轴的位置，A为机器中机构的最大允许长度，B为最大允许高度，

为工作台面距主轴的高度，（x，y）为主轴的位置坐标，（

）为纸卷的位置坐标。

书本打包机具体技术要求为：

1.机构的尺寸范围

A=2000mm，B=1600mm。

工作台面位置：

=400mm

主轴位置：

x=1000～1100mm，y=300～400mm；

纸卷位置：

=300mm，

=300mm。

为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工作台面以下。

2.工艺要求的数据

书摞尺寸：

宽度a=130~140mm；

长度b=180~220mm；

高度c=180~220mm。

推书起始位置：

=200mm。

推书行程：

H=400mm。

推书次数（主轴转速）：

n=（10±0.1）r/min（电动机转速：

1440r/min）。

主轴转速不均匀系数：

δ≤1/4。

纸卷直径：

d=400mm。

四、设计方案提示：

1.此题包含较丰富的机构设计与分析内容，由一组学生完成全题。

2.推书机构、送纸机构、裁纸机构之间有严格的时间匹配与顺序关系，应考虑这些机构之间的传动链设计。

五、设计的主要任务

1.根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。

内容包括纵向推书机构和送纸、裁纸机构，以及从电动机到主轴之间的传动机构。

确定传动比分配。

2.书本打包机一般应包括凸轮机构、齿轮机构、平面连杆机构等三种以上常用机构。

3.按比例画出机构运动简图，标注出主要尺寸；画出包、封全过程中机构的运动循环图（全部工艺动作与主轴转角的关系图）。

4.设计平面连杆机构。

并进行运动分析。

绘制运动线图。

5.设计凸轮机构。

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。

6.设计计算其中一对齿轮机构。

7.编写设计计算说明书。

8.学生可进一步完成书本打包机的计算机演示验证等。

完成日期：

2014年xx月XX日指导教师：

XXXXXX

摘要：

本设计说明书为书本打包机的具体机构设计及部分参数的计算。

整个设计过程分为：

提出构思、分析可行性、画出机构运动简图、参数测定及计算等几个阶段。

期间运用某些画图软件以及对各种资料的查阅，经过小组讨论逐步确定方案并进行分工设计。

最终确定机构包括横向送书机构、纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构、传动机构的设计。

目录

第一章机构设计-7-

第一节横向送书机构-7-

1.1.1书本打包机——横向送书机构-7-

1.1.2横向送书机构的工作原理-7-

1.1.3横向送书机构对比机构-8-

第二节纵向送书机构-9-

1.2.1书本打包机——纵向推书机构-9-

1.2.2纵向推书机构的工作原理-9-

1.2.3纵向送书机构的平面连杆运动线图-10-

第三节送纸机构-11-

1.3.1书本打包机——送纸机构-11-

1.3.2送纸机构的工作原理-11-

1.3.3送纸机构对比-11-

第四节裁纸机构-12-

1.4.1书本打包机——裁纸机构-12-

1.4.2凸轮参数计算-13-

第五节折角机构-14-

1.5.1书本打包机——折上下边机构-14-

1.5.2折前角机构-15-

第六节涂浆糊、贴标签、烘干机构-15-

1.6.1书本打包机——涂浆糊、贴标签、烘干机构-15-

1.6.2涂浆糊贴标签烘干机构的工作原理-16-

第二章机构组合及传动机构-17-

第一节所有机构简图汇总-17-

第二节机构总运动循环图-17-

第三节传动机构设计及电机选择-18-

2.3,1传动机构选择-18-

2.3.2数据计算-18-

第三章人员分工及设计心得体会-19-

一、人员分工-19-

二、设计心得体会-19-

参考文献-20-

第一章机构设计

机构设计主要包括横向送书机构、纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构的设计，以实现书本打包的功能。

第一节横向送书机构

1.1.1书本打包机——横向送书机构

横向送书机构的主要执行机构为凸轮机构和齿轮齿条机构，其机构简图如图所示：

横向送书机构

1.1.2横向送书机构的工作原理

横向送书机构的工作流程：

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。

1.1.3横向送书机构对比机构

横向送书机构对比机构

上图所示的连杆滑块机构也可以实现横向送书的功能，但是通过对比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。

因此我们确定凸轮齿条方案为横向送书机构。

第二节纵向送书机构

1.2.1书本打包机——纵向推书机构

纵向推书机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆滑块推头机构，其机构如图所示：

纵向推书机构

1.2.2纵向推书机构的工作原理

一、纵向推书机构的工作流程：

通过主动件凸轮的转动带动连杆摆动再带动滑块做往复运动，从而完成纵向推书动作。

二、机构运动循环图：

纵向推书机构运动循环图

纵向推书机构在机构在0°~120°向推书机构在期间完成纵向推书动作：

0°~80°完成单摞推书，80°~120°完成七摞推书，120°~220°推头回退，220°~360°推头不动。

1.2.3纵向送书机构的平面连杆运动线图

对机构进行高副低代并进行杆组分析得如下两个Ⅱ级杆组和一个主动件：

杆组分析

具体运动分析由于过于复杂，在此省略。

第三节送纸机构

1.3.1书本打包机——送纸机构

送纸机构的主要执行机构为连杆弹簧机构和凸轮机构，其机构简图如图所示：

送纸机构

1.3.2送纸机构的工作原理

一、送纸机构工作原理：

送纸机构主要实现当有一摞书推来时从包装纸筒上扯下一定长度的包装纸，然后剪断。

根据书本尺寸，每份包装纸的尺寸700mm×400mm。

送纸采用橡胶摩擦轮传动，凸轮转动带动连杆摆动，与纸卷接触的滚子摩擦系数较大，连杆摆动使滚子与纸筒接触并产生相对滚动，从而将纸自上而下的传送，传送定量距离后将纸裁断。

二、送纸机构设计：

送纸机构中的滚纸筒直径D=50mm，可绕纸筒中心轴自由转动，凸轮运动规律与横向送书机构的凸轮运动规律相似，故其轮廓与其相似。

1.3.3送纸机构对比

摩擦轮与不完全齿轮组合机构送纸如下图所示：

送纸机构对比机构

一、运动原理：

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，实现送纸，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。

二、优点：

空间构件灵活，简单，稳定性好，设计简单。

缺点：

经济性较差。

三、方案选择：

比较两个方案，选用了第二个方案，因它结构简单，容易制造、装配，稳定性好，并满足送纸要求，另外，由不完全齿轮对送纸的时间实现控制，与其它机构的配合度高。

第四节裁纸机构

1.4.1书本打包机——裁纸机构

工艺动作

主轴转角

工艺动作

主轴转角

横向送书

150°~340°

送纸

200°~360°~70°

折侧边，折两端上下边，折前角

180°~340°

裁纸

70°~80°

涂浆糊,贴封签,烘干

180°~340°

各机构运动要求

由上表知裁纸过程中主轴转角为70°~80°。

为了防止从动件运动过程中产生冲击，要求推程时从动件运动规律按正弦规律变化。

回程过程中仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。

凸轮的最大推程为50mm，设计凸轮从动件是直动型的，基圆半径50mm，滚子半径10mm。

设计裁纸刀距离纸张40mm，下图为从动件运动位移与凸轮转角关系。

凸轮运动位移、转角示意图

所以通过上图，运用图解法可得凸轮轮廓线及裁纸机构大致为如下机构：

裁纸机构

1.4.2凸轮参数计算

一、最大压力角：

凸轮机构在运动过程中，其压力角α是不断变化的。

为了观察机构压力角的变化情况，以找出最大压力角，可对机构进行高副低代，换成低副机构加以观察。

滚子中心可视为从动件尖端，它与理论轮廓线形成高副接触。

计算时可将某一位置时滚子中心与凸轮接触点的曲率中心分别代以转动副铰接一个虚拟构件来代替高副，从而得到一个曲柄滑块机构。

经作图计算，最大压力角为α=36.5°<[α]=30°~38°

二、最小曲率半径：

校核实际轮廓线的最小曲率半径时，由ρamin+滚子半径r=ρmin得最小曲率半径，由高数公式ρ=（x2+y2）2/3/x’y”-x”y’，并逐点求解得最小曲率半径

ρmin<[ρ]。

第五节折角机构

1.5.1书本打包机——折上下边机构

一、折上下边机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆机构，折上下边机构简图如图所示：

折上下边机构

二、折上下边机构工作原理：

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。

三、机构优点：

该机构主要优点是通过凸轮较小幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的间隙闭合开启运动，而且可以同时折好上下边，提高了工作效率。

另外，由于凸轮回转幅度较小，因而整体机构所占空间小，整体显得十分紧凑。

1.5.2折前角机构

一、折前角机构的主要执行机构为一个随轴回转的半球形转子，其机构示意图如下图所示：

折前角机构

二、折前角机构工作原理：

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。

三、机构优点：

该机构十分简单，容易实现，而且制造成本低，性价比很高。

第六节涂浆糊、贴标签、烘干机构

1.6.1书本打包机——涂浆糊、贴标签、烘干机构

涂浆糊贴标签烘干机构的主要执行机构为凸轮摆杆机构，将此机构分解成四部分，涂浆糊→贴标签→烘干→二次烘干，其机构简图如图所示：

浆糊贴标签烘干示意图

它们的机构都可以用凸轮摆杆滑块机构实现。

凸轮的转动使得滑块往复运动，完成各个动作。

涂浆糊、贴标签、烘干机构

1.6.2涂浆糊贴标签烘干机构的工作原理

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，四个长方体相邻两长方体间隔130~140mm（书摞的宽度），恰好为两摞书中点之间的距离，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。

第二章机构组合及传动机构

第一节所有机构简图汇总

书本打包机总简图

上图所示为书本打包机总简图，该图中分别表达了横向送书机构、纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折上下边机构、折前角、涂浆糊、贴标签、烘干机构的机构简图。

通过该简图可以了解书本打包机的运行过程和打包过程。

第二节机构总运动循环图

机构总运动循环图如下图所示：

机构总运动循环图

第三节传动机构设计及电机选择

2.3,1传动机构选择

电机选择1000r/min，并选择适当的齿轮组成轮系以达到需要的传动比，设计的传动机构如下图所示：

传动机构

2.3.2数据计算

由选定的数据：

电动机转速n1=1000r/min，主轴转速n4=10r/min，传动比为100可通过计算得到各个齿轮的齿数。

计算过程：

i14=d2*z2*z4÷d1*z1*z3=100

取轮1直径d1=15mm，轮2直径d2=25mm，z1=20，z2=135，z3=18，z4=160，

模数m=2，压力角α=20°

第三章人员分工及设计心得体会

一、人员分工

总体方案讨论确定——XXXXXXXXXXXXXXXX

绘图——XXXXXXXX

PPT制作——XXXXXXXXX

各机构具体分工：

纵向送书机构：

XXXXXXXX

裁纸机构：

XX

传动机构：

XX

送纸机构：

XX

其它机构共同讨论或自由发挥

人员排序：

XXXXXXXXXXXXX

二、设计心得体会

经过这次短暂而有意义的课程设计，我们对这一整个学期学习到的机械原理知识有了更加深入的体会和认识，使零散的知识形成了体系，同时通过对相关书籍的查阅，也拓宽了我们对这门课程以及本专业的认识。

通过本次课程设计，我们不仅更全面深入地掌握了所学知识，并且还有了初步的机械选型与组合及确定传动方案的能力，培养了初步的开发和创新机械产品的能力。

同时，我们也对运动分析和设计有了一个较完整的概念。

今后注重培养和锻炼独立思考和动手的能力，拓展视野，学习各专业的知识，为以后的学习工作打下良好的基础。

参考文献

[1]孔凌嘉张春林主编《机械基础综合课程设计》北京理工大学出版社，2004.06

[2]申永胜主编《机械原理教程》清华大学出版社，2005.12

[3]王三民主编《机械原理与设计课程设计》机械工业出版社，2004