医用棉签卷棉机自己设计.docx
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医用棉签卷棉机自己设计
某某工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院〔系、部〕第二学年第二学期
课程名称机械原理课程设计指导教师银金光职称
学生某某杨强专业班级机械1007学号
题目医用棉签卷棉机
成绩起止日期2012年5月22日～2012年5月29日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
假如干
X
4
5
6
机械原理
设计说明书
医用棉签卷棉机
起止日期：
2012年6月5日至2012年6月9日
学生某某
杨强
班级
机械1007
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院〔部〕
2009年6月9日
目 录
某某工业大学
课程设计任务书
2011—2012学年第2学期
机械工程学院〔系、部〕机械专业1007班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
医用棉签卷棉机
完成期限：
自2012年6月5日至2012年6月9日共1周
内
容
与
任
务
一、设计的任务与主要技术参数
实现送签的功能是使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，我采用将一堆签杆放入漏斗箱逐一的送到能产生一定压紧力的构件上，同时一边自转，一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。
其余设计参数是：
1）棉花。
条状脱脂棉，宽25-30mm，自然厚4-5mm。
2）签杆。
医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉局部约20-25mm。
3）生产率。
每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20-25mm。
4）卷棉机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，本钱低，卷出的棉签松紧适度。
二、设计工作量
要求：
对设计任务课题进展工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进展执行机构选型，构思该机械运动方案，并进展的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进展分析与设计。
要求有设计说明书一份，相关图纸一至两X。
〔有条件的要求用三维动画表述〕。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
构思该机械运动方案
运动分析与作图
6.9
整理说明书与辩论
主要
参考
资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．：
高等教育，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．：
高等教育，2009：
15-250
指导教师：
银金光2012年6月1日
1总论与设计要求
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，卷棉局部长约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，卷棉机构以与电动机组成。
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。
实现送签的功能是使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，我采用将一堆签杆放入漏斗箱逐一的送到能产生一定压紧力的构件上，同时一边自转，一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。
此外，压紧机构也有两种方案。
医用棉签卷棉机系统
定量送棉
压
〔夹〕
棉
、
楸
棉
送签
卷棉
将条状棉的原料压紧在固定面上，在另一端既实现压紧，又实现拉扯动作
持定量棉花，以直线、间隙、定长送进
完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一定的压力，并且将压力保持一定的时间，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移。
完成楸棉动作的机构，其压头一方面有压紧条棉的功能，又要使压力在保持压紧力的状态下有向某个方向运动的可能，以完成楸棉动作。
采用适当的压头形式，使棉条容易楸断，楸断后自行落入导棉槽中。
机构能调整压紧力。
使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，与楸下的棉块会合
签杆与棉块相遇，签杆作自转，将棉块卷上签杆。
2根据工艺工作和协调要求拟定运动循环图
拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。
以时间〔秒〕为横坐标〔0,1〕，以各执行机构的位移为纵坐标作出位移曲线。
以一秒为一个周期为其拟定的运动循环图如下：
机构运动循环图：
3传动方案和减速器总体结构方案设计
3.1拟订传动方案
机器一般由原动机、传动装置和工作机三局部组成如图２－１：
图２－１
1——电动机 2——联轴器 3——减速器
２.１.1 初步选择电机和分配各级传动比
〔一〕电动机的选择
选择电机类型：
电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。
电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。
电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。
机械设计中应根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求与尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。
择电动机的类型和结构型式。
生产的单位一般用三相交流电源，如无特殊的要求〔如在较大X围内平稳地调速，经常启动和反转等〕，通常都采用三相交流异步电动机。
我国已制定了一标准的Ｙ系列是一般用途的全封闭的自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械食品机械等。
由于Ｙ系列还具有启动性好的优点，因此也适合某些对启动转矩要求较高的机械。
三相交流异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，具有系列型号。
为适应不同的安装需要，同一类的电动机结构又制成假如干种安装形式。
各类型的电动机的参数和外型与安装尺寸可查手册。
选定电动机的容量：
电动机的容量选得适宜与否，对电动机的工作和经济性都有影响。
当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大如此电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。
电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。
工作机所需工作功率
，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：
其中：
T——工作机的阻力矩，
；
n——工作机的转速，
；
传动装置的总效率
组成传动装置的各局部运动副效率之积，即
其中：
分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率
按推荐的传动比合理X围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6,三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动X围为40-200.
根据附Ⅱ。
2选择Y系列三相异步电动机
经过综合考虑决定选用Y132S—8型号电动机
考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。
当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦〔或啮合〕，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。
带传动具有结构简单、传动平稳、选价低廉以与缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。
图２-２带传动
图２-３链传动
但是齿轮传动的制造与安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。
蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。
同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。
当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低；
根据以上的分析比拟，再结合要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。
4主要执行结构方案设计
4.1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
图3—2
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局部是由橡胶模具制成。
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，可以与时更换。
3橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比拟，前者较为经济。
4.2楸棉机构
方案a:
凸轮机构
图3—3
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比拟锋利的刀具在构件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
图3—4
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。
4.3卷棉机构
方案a:
图3—5
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。
设计要求：
漏斗状签箱1的口宽的大小应与签杆的直径差不多。
这既能使签杆逐一的通过漏斗口，又防止签斗内签杆相互挤造成卡住。
方案b:
图3—6
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，使条棉卷在签杆上。
4.4形态学矩阵
功能元
功能元解
1
2
3
4
5
动力源
电动机
A1
汽油机
A2
柴油机
A3
液压机
A4
汽动马达
A5
减速2
蜗杆传动
B1
链传动
B2
带传动
B3
齿轮传动
B4
摆线针轮转动
B5
送料持夹器的运动
不完全齿轮机构
C1
槽轮机构
C2
曲柄滑块机构
C3
凸轮机构
C4
连杆机构
C5
压紧器的间歇转动
凸轮机构
D1
爪轮机构
D2
齿型带机构
D3
平面凸轮+正切机构
D4
空间凸轮+正切机构
D5
压杆的往复移动
齿轮机构
E1
齿型带机构
E2
凸轮机构
E5
系统解的可能方案数：
F=5*5*5*5*3=1875
其中列出较为理想的两种：
A1+B3+C1+D1+E1
A1+B3+C2+D3+E2
4.5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
爪轮间隙运动
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
5机械运动系统设计方案拟定
5.1拟定的方案
在第三章中，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。
根据形态学矩阵的分析和原理。
现在对它们进展最优组合。
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
方案b
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
6方案的评价
6.1评价方案表
评价方案
（2）
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
0
2
工作原理的先进性
先进
较先进
一般
落后
10
8
4
0
3
系统的工作效率
高
较高
一般
低
10
8
4
0
4
系统机械传动的精度
高
较高
一般
低
10
8
4
0
5
系统的复杂程度
简单
较复杂
复杂
10
5
0
6
系统方案的可靠性
可靠
较可靠
一般
不可靠
10
8
4
0
7
系统方案的新颖性
新颖
较新颖
一般
不新颖
10
8
4
0
8
系统方案的实用性
实用
一般
不实用
10
5
0
9
系统方案的经济本钱
低
较低
高
较高
10
8
4
0
10
系统方案的环保问题
好
较好
不好
10
5
0
项目
方案
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
累计得分
a
5
4
8
10
5
10
8
4
4
10
58
b
8
8
8
8
10
10
8
4
8
10
72
方案评价〔2〕
“＋＋〞：
“很好〞，“＋〞：
“好〞，“－〞：
“不好〞。
方案评价标准
方案a
方案b
本钱低
+
++
便于加工
+
+
结构简单
-
+
便于方便
+
+
操作方便
++
++
总计
5“+〞，
1个“—〞
7个“+〞
显而易见，综上所评方案B为最优方案。
7系统设计数据处理
7.1方案b的数据处理
图6—1
1——主动销轮2——槽轮3——滚轮4，11——爪轮5——橡胶块
6——履带7——压板8——支板10——签杆
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=/s卷轮的转速n=2（rad/s）
楸棉机构：
爪轮的转速3：
n3=2π（rad/s）
送棉机构：
主动销轮1的转速：
n1=8π（rad/s）槽轮2n2=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
7.2传动机构的尺寸设计与数据处理
图6—2
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。
〔二〕计算传动装置的总传动比与分配各级传动比
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。
分配原如此：
1、使各级的传动的承载能力大致一样〔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
传动比
效率
28.254π1
0.930.970.970.99
传动齿轮设计：
齿轮
参数
3456
齿数
8321632
模数mm
5555
7.3成品的尺寸设计
包装尺寸：
长×宽×高1650×810×1300
重量：
150kg
8机构结构三维造型
根据上述设计，作出三维模型图如下：
9机械运动曲线分析
运动图线分析：
图1：
速度曲线
图2：
加速度曲线
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，是理想状态下的曲线。
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．：
高等教育，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．：
高等教育，2009：
15-250
11设计总结
经过一个星期的努力，在银金光教师的带领下，我终于将机械设计课程设计做完了.。
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根底知识，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根底。
机械学作为一门传统的根底学科，内容丰富，涉与面广。
在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为严密，它的综合性更强。
相信我们工科学生在进展了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加结实。
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，非常感谢银金光教师的关心指导和其他同学的协作！
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