书本打包机课程教学设计.docx

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书本打包机课程教学设计

机械工程学院

书本打包机课程设计说明书

设计题目：

机械原理课程设计

书本打包机设计　　　

专业：

　材料成型及其控制工程　　　

班级：

13材料　　　　　

姓名：

张晖学号139290444044　

指导教师：

于潇泽

2015年12月27日

1设计任务..................................................................................................................................1

参考文献...................................................................................................................................16

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设计任务

1.1课程设计题目

课程设计题目：

书本打包机机

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）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；

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

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

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。

所选执行机构优缺点详细比较

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

注:

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y1≈400mm。

主轴水平位置：

x≈1000～1100mm。

为了保证工作安全，台面整洁，推书机构最好放在台面以下。

2.5书本打包机整体机构简图

2.6整个机构的运动循环图

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。

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：

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=160

z2’=15z3’=20

模数m=2压力角α=20°

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：

B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）²

2R

联立上式解得：

R（d+1）=36单位：

m

根据关系式可取：

R=300mmd=1100mm

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：

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。

设弹簧B到O’的距离为S，则滚子从动件的推程为H（与S、r、R、h有关的代数式）。

该机构的示意图如下：

滚子从动件的运动线图如下：

凸轮的示意图如下：

AOB所夹的大于180°的角为β-α。

AOB所夹的小于180°的角为α。

4.4.3涂浆糊、贴封签、烘干机构的凸轮分析

1）贴标签工艺是在剪纸过程之后完成的，其工作时间为180°~340°之间。

2）凸轮从动件在推程时按等速运动规律，设计其行程为h，凸轮机构的压力角为α。

设凸轮基圆半径为R，滚子从动件的半径为r，通过弹簧的作用使滚子从动件贴紧凸轮表面。

从动件的推程可通过弹簧、连杆移动副的移动距离来计算。

凸轮及从动件的位移线图如下：

5课程设计心得体会

为期一周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中我学到了一些除书本知识以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化.

经本次设计，本组成员了解掌握了机械设计的方法和步骤。

通过对书本打包机运动.速度及工作简图的设计让我们进一步掌握了《机械原理》，加深了对各知识点的理解和运用。

这次设计我们本着认真.准确的原则，使我们增强了自信心，也为我们将来工作打下良好基础。

本次设计使我们在实践.理论方面都有了很大的提高，也为机械设计的课程做了充分的准备。

本次设计得不是很完美，但我们坚信以后我们将做得更好。

在设计我们真正懂得搞设计的艰难，激励我们以后更加的努力学习相关知识。

当我在设计当中遇到问题时,必须要有斟酌的态度才会收到效果。

我记得有位老师说过,有些事情的产生是有原因的,别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.

这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

最后，我在此感谢王杰，韩海鹏等同学对我的帮助，也感谢老师平时对我这次课程设计的帮助。

这次设计的成功离不开他们的帮助，再次表示深深的感谢！

参考文献

[1]高志、殷勇辉、章兰珠、崔立.《机械原理》华东理工教育出版社，2010[2]王三民主编.《机械原理与设计课程设计》机械工业出版社，2004

[3]《机械原理指导书》.高等教育出版社

[4]张永安《机械原理课程设计指导》高等教育出版社

[5]张旦闻、方园、杨少磊、焦保国.《机械原理课程设计》洛阳理工学院