机械原理课程设计书本打包机设计.docx
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机械原理课程设计书本打包机设计
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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>
学生姓名：
丁帅
一学
号:
—
学生姓名：
郭哲睿
_学
号:
—
指导教师：
毕
艳丽
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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
⑥折前用⑦折后用⑨注浆糊⑩贴目签⑪烘F
图2包、封工艺顺序图
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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Co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局部的相对位置及有关尺寸.其中轴o为机器
主轴的位置.
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图4机构布置图
⑴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或000mmBM600mm
工作台面高度：
距地面y^00mm距主轴yoM00mm
主轴水平位置：
xV00〜1100mm
为了保证工作平安、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=130〜140mmb=180〜220mm
推书起始位置：
Xq=200mm
推书行程：
H=400mm
推书次数〔主轴转速〕：
n=10X.1r/min.
主轴转速不均匀系数：
6供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140..
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）
推单摞书
（80o）〜120.
推七摞书〔同时完成折后角的动作〕
120.〜220.
从动件退回
220.〜360.
从动件静止不动
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（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
1500—3400
折侧边,折两端上下边
1800—3400
折前角、涂浆糊、贴封签、烘干
1800—3400
送纸
2000—3600—700
裁纸
700—800
⑸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Mc6,其大小可用机器在纵向推书行程中（即主轴转角0g120o范围中）主轴所受纵向推书阻力矩的平均值Mcm8表示为：
Mc6=6Mcm8
n
'Mc3i
Mcm3可由下式算出：
M53——
n
式中Mc3i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Mc7,
其大小可用〞53表示为：
Mc7=8Mcm3三、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.
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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2一齿条2带动齿轮1,2转动,并且由齿轮1,2限制不同的传动比一齿轮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.
方案比拟：
方案一的机构复杂,采用的构件较多,加工本钱高,但精度高,课程设计以简单加工本钱低,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.
比拟方案的机构简单,容易制造,维护方便,本钱低廉；过载时,带在轮面上打滑,可以预防损坏其他零件,起平安保护作用；能起缓冲和吸振作用,可使传动平稳,噪声小.但是由于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.
经过比拟,选第一种方案为最正确方案.
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纵向送书机构:
方案一:
方案比拟：
方案二的连杆滑块机构也可以实现横向推书的功能,但是通过比照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拟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.
经方案比拟：
选取方案一为最正确方案.
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送纸机构:
方案一:
工作原理：
用皮带轮限制另一个主动轮,按额定的转速转动,通过不完全齿轮限制摩擦轮的运动,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.
氯,蒐
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.
方案比拟：
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,本钱高,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,但限制起来精度不高,误差大,工作时会产生冲击,对机构的载荷比拟大,对机构整体的稳定性影响较大.
经过方案比拟,拟选取方案一为最正确方案
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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,通过剪刀截断适宜尺寸的纸,最后到达裁纸的工作过程.
方案比拟：
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限制压紧与切纸,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限制压紧与切纸,但所占用空间大,装配较困难.
经过方案比拟：
选择方案一为最正确方案.
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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.
方案比拟：
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限制好折边时间,因而精确度不如方案一机构高,同时运动幅度也比拟大,占空间大.
经比拟：
选取方案一为最正确方案.
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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.
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.
方案比拟：
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.
经比拟,选取方案一为最正确方案
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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.
方案比拟：
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.
经比拟,选取方案二为最正确方案.
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机构总方案汇总
横向送书机构
纵向送书机构
裁纸机构
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折前脚机构
涂浆糊贴标签烘干机构
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机构总运动循环图
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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0c=20
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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..为了预防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/d小最大斜率带入得:
Rmin=83.3mm
选取基圆半径110mm>83.3mm
凸轮从动件位移表达式:
3hh
2
一n〕〔2兀/3<小<4兀/3〕
S—•〔|〕—-sin3〔|〕〔0<〔|〕<2兀/3〕27T2兀
3h2h
S=h--T•〔小—一儿〕+~--sin3〔2兀32兀
S=0;〔4兀/3<4<2兀〕
位移曲线
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凸轮从动件速度表达式：
3h3h
V=tt•⑴-2n・⑴cos3小〔0<小<2兀/3〕
3h3h
——2
V=-〔2h•⑴-2n•CDcos3〔小-一兀〕〔2兀/3<小<4兀/3〕
V=0〔4兀/3<小<2兀〕
速度曲线
凸轮从动件加速度表达式:
9hs2
a=2irsin3小〔0<〔|〕<2兀/3〕
9hs2
a=二.sin3〔
2
-JI
3〕〔2兀/3<小<4兀/3〕
a=0〔4兀/3<小<2兀〕
加速度曲线
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凸轮理论轮廓曲线
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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
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1,位置分析:
「'cosg二与COS&
4+4sinq=s3sin0,
%co$伙+/4cos%=sE
lZ3sin%+/4sin04=1
从而求出S3、%%和Se
2.速度分析：
将上式对时间求一阶导得:
r一/1qsin61=*cos8、-53sina
Ixo.cos6.=士sin6,+53cos.、JLIt■W
—//o,sin8,—14%sin协="二鹿
i/3（o3cos0.+1必cos04=0
将上式写成矩阵式得:
"cos3_s$sin/
sinqSjcofl%
0-sin8、
-0/jCOs%
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3,加速度分析：
将速度分析式对时间再次求一阶导得：
r-"僦co*R=弓3响一邛为sinflj一〔金刈3蜕11仪+03%疝电+%砧co双〕
|一乙/sinq二号sin%十%明cos03+43砥cos03十%*cos03-%延sin03
—6%烯11d+4acos用〕一〔,4/sm名+乙琢cos/〕=%=%
l4a3cos83-右成sind+f4a4cosff4—74近sin84=0
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〕
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图解法验证:
当原动件角度为00时:
利用CA的注选项彳#出位移S=10.11m锦10=0,1011m;
与原图相符.
速度验证：
由于Vb3=Vb2+Vb3b2；
大小？
W1*l1?
方向±BC±AB//BC
可求得V）3=0.052m/s;
Vd=W/S3*L3=0.103m/s
Ve=Vd+Ved
大小?
w3*l3?
方向//EF±CDIDE
可求得M=-0.085m/s
与原图相符.
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加速度验证:
rb3b2
//BC
ab3+ab3=
大小V2b3/S3?
V
方向B一C±CD
ab2+ab3b2+a
2__
b2/L12*w3*Vb3b2
±AB±BC
可求得ab3；
ae=ad+aed+aed
大小？
VV2ed/l4?
方向//EFVD一EIDE
可求得ae=-0.18m/s2;
与原图相符;
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当原动件角度为200（360-160）的时:
利用CA的注选项彳#出位移S=-41.55mnrK10=-4.155m;
与原图相符.
速度验证：
由于Vb3=Vb2+Vb3_b2;
大小？
w1*l1?
方向±BC±AB//BC
可求得Vb3;
Vd=Vb3/s3*L3;
Ve=Vd+Ve_d
大小?
w3*l3?
方向//EF±CDIDE
可求得Ve=-0.13m/s
与原图相符.
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加速度验证：
ab3+ab3=ab2+ab3b2+ab3b2
大小V2b3/S3?
V2b2/L12*w3*Vb3b2?
方向B-C±CD1AB1BC//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？
VV2ed/l4?
方向//EFVD一EIDE
可求得ae=0.09m/s2;
与原图相符；
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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.
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表达.这一句话至今为止我都牢牢的记在心里.
这次课程设计使我明白了自己原来知识还比拟欠缺.自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低.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,努力提升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,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学.我的心
得也就这么多了,总之,不管学会的还是学不会的确实觉得困难比拟多,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.
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附录:
牛头刨床C语言程序
#include
#include
#include
#include
#include
#definePI3.1415926
usingnamespacestd;
constdoubleeps=1e-15;
constintMax_M=15;
constintMax_N=15;
doubleAug[Max_M][Max_N+1];///增广矩阵
boolfree_x[Max_N];///判断是否是不确定的变元
doublex[Max_N];
doublex2[Max_N];//解集
doublel1,l3,l4,P,G,H,S;
doublea1,a3,a4,w1;
intm,n;//m个方程,n个未知数
doubles1,w3,w4,ve;
intsign（doublex）{return（x>eps）-（x<-eps）;}
/**
返回值：
-1无解
0有且仅有一个解
>=1有多个解,根据free_x判断哪些是不确定的解
*/
voidfun（）//增广矩阵
{
Aug⑼[0]=cos（a3）;Aug[0][1]=-P*sin（a3）;Aug[0][2]=0;Aug[0][3]=0;Aug[0][4]=-l1*sin（a1）*w1;
Aug[1][0]=sin（a3）;Aug[1][1]=P*cos（a3）;Aug[1][2]=0;Aug[1][3]=0;Aug[1][4]=l1*cos（a1）*w1;
Aug[2][0]=0;Aug[2][1]=-l3*sin（a3）;Aug[2][2]=-l4*sin（a4）;Aug[2][3]=-1;Aug[2][4]=0;
Aug[3][0]=0;Aug[3][1]=l3*cos（a3）;Aug[3][2]=l4*cos（a4）;Aug[3][3]=0;Aug[3][4]=0;}
intGauss（）//高斯消元法
{
inti,j;
introw,col,max_r;
memset（free_x,true,sizeof（free_x））;
for（row=0,col=0;rowmax_r=row;
for（i=row+1;i文案大全
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（
if（sign（fabs（Aug[i][col]）-fabs（Aug[max_r][col]））>0）max_r=i;}if（max_r!
=row）///将该行与当前行交换
（
for（j=row;jif（sign（Aug[row][col]）==0）///当前列row行以下全为0（包括row行）
（
row--;continue;
}for（i=row+1;iif（sign（Aug[i][col]）==0）continue;
doubleta=Aug[i][col]/Aug[row][col];for（j=col;j}
}for（i=row;i（
if（sign（Aug[i][col]））return-1;}
if（row（
for（i=row-1;i>=0;i--）（
intfree_num=0;///自由变元的个数
intfree_index;///自由变元的序号
for（j=0;j（
if（sign（Aug[i][j]）!
=0&&free_x[j]）free_num++,free_index=j;}
if（free_num>1）continue;///该行中的不确定的变元的个数超过1
个,无法求解,它们仍然为不确定的变元
///只有一个不确定的变元free_index,可以求解出该变元,且该变元是确定的
doubletmp=Aug[i][n];
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for（j=0;j（
if（sign（Aug[i][j]）!
=0&&j!
=free_index）
tmp-=Aug[i][j]*x[j];
}
x[free_index]=tmp/Aug[i][free_index];
free_x[free_index]=false;
}
returnn-row;
}
///有且仅有一个解,严格的上三角矩阵（n==m）
for（i=n-1;i>=0;i--）
（
doubletmp=Aug[i][n];
for（j=i+1;jif（sign（Aug[i][j]）!
=0）
tmp-=Aug[i][j]*x[j];
x[i]=tmp/Aug[i][i];
}
return0;
}
voidfun2（）
（
Aug[0][0]=cos（a3）;Aug[0][1]=-P*sin（a3）;Aug[0][2]=0;Aug[0][3]=0;
Aug[0][4]=-（-w3*sin（a3）*s1-w3*（s1*sin（a3）+P*w3*cos（a3）））-（l1*w1*w1*cos（a1））;
Aug[1][0]=sin（a3）;Aug[1][1]=P*cos（a3）;Aug[1][2]=0;Aug[1][3]=0;
Aug[1][4]=-（s1*w3*cos（a3）+w3*（s1*cos（a3）-P*w3*sin（a3）））-w1*l1*w1*sin（a1）;
Aug[2][0]=0;Aug[2][1]=-l3*sin（a3）;Aug[2][2]=-l4*sin（a4）;Aug[2][3]=0;
Aug[2][4]=-（-l3*w3*cos（a3）*w3-l4*w4*w4*cos（a4））;
Aug
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