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1、機 械 原 理 課 程 設(shè) 計書 本 打 包 機 設(shè) 計 目 錄一 、 設(shè) 計 題 目 及 工 作 原 理 與 工 藝 動 作 分 解二 、 各 機 構(gòu) 具 體 設(shè) 計 與 方 案 確 定三 、 機 構(gòu) 組 合 及 各 機 構(gòu) 運 動 循 環(huán) 圖四 、 注 意 事 項 一、設(shè) 計 題 目 書 本 打 包 機 是 用 牛皮 紙 將 一 摞 書 （ 5本 一 摞 ）包 成 一 包 ， 并 在 兩 端 涂漿 糊 和 貼 好 標 簽 ， 如 圖所 示 書 本 打 包 機 的 工 作 原 理 及 工 藝 動 作 分 解 送 書 ： 橫 向 送 一 摞 書 。 推 書 ： 縱 向 推 一 摞 書 到 工
2、位 a， 使 它與 工 位 b g上 的 六 摞 書 貼 緊 。 送 紙 ： 書 推 到 工 位 a前 ， 包 裝 紙 已 先送 到 位 。 包 裝 紙 原 為 整 卷 筒 紙 ， 由上 向 下 送 夠 長 度 后 進 行 裁 切 。 繼 續(xù) 推 書 前 進 至 工 位 b， 由 于 在 工 位 b的 書 摞 上 下 方 設(shè) 置 有 擋 板 ， 以 擋 住書 摞 上 下 方 的 包 裝 紙 ， 所 以 書 摞 推到 b時 實 現(xiàn) 包 三 面 。 這 個 工 序 中 推 書機 構(gòu) 共 推 動 a g的 7摞 書 。 書 本 打 包 機 的 工 作 原 理 及 工 藝 動 作 分 解 推 書 機
3、構(gòu) 回 程 時 ， 折 紙 機 構(gòu) 動 作 ， 先 折 側(cè) 邊 (將 紙 卷 包 成 筒 狀 )， 再 折 兩 端 上 、 下 邊 。 繼 續(xù) 折 前 角 。 上 步 動 作 完 成 后 ， 推 書 機 構(gòu) 已 進 到 下 一 循 環(huán) 的 工 序 ， 此 時 將 工 位 b上 的 書 推 到 工 位 c。 在 此 過 程 中 ， 利 用 工 位 c兩 端 設(shè) 置 的 擋 板 實 現(xiàn) 折后 角 。 推 書 機 構(gòu) 又 一 次 循 環(huán) 到 工 序 時 ，將 工 位 c的 書 摞 推 到 工 位 d。 書 本 打 包 機 的 工 作 原 理 及 工 藝 動 作 分 解 在 工 位 d向 兩 端 涂
4、膠 。 在 工 位 e貼 封 簽 。 在 工 位 f、 g， 用 電 熱 器 把 膠 烘 干 。 在 工 位 h時 ， 用 人 工 將 包 封 好 的 書 摞 取 下 。 二、各機構(gòu)具體設(shè)計方案1、 橫 向 送 書 機 構(gòu)2、 縱 向 推 書 機 構(gòu)3、 送 紙 機 構(gòu)4、 裁 紙 機 構(gòu)5、 折 邊 、 折 角 機 構(gòu)6、 涂 漿 糊 、 貼 標 簽 以 及 烘 干 機 構(gòu)7、 傳 動 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 1、 橫 向 送 書 機 構(gòu)方 案 一 ： 此 方 案 的 主 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為 凸 輪 機 構(gòu) 和 齒 輪 齒條 機 構(gòu) ， 其 機 構(gòu) 簡 圖 如 圖 所 示 。 工 作 原 理
5、 ： 通 過 主 動 件 凸 輪 的 轉(zhuǎn) 動 將 速 度 通 過齒 條 2齒 條 2帶 動 齒 輪 1,2轉(zhuǎn) 動 ， 并 且 由 齒 輪 1,2控制 不 同 的 傳 動 比 齒 輪 1帶 動 齒 條 1和 其 上 推 頭 橫向 運 動 完 成 橫 向 送 書 動 作 。 1、 橫 向 送 書 機 構(gòu)比 較 方 案 ： 此 方 案 采 用 傳 送 帶 來 完 成 橫 向 送 書 的 動 作 ， 其 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 。 工 作 原 理 ： 輪 1為 主 動 件 ， 帶 動 傳 送 帶 順 時 針 轉(zhuǎn)動 ， 書 本 放 在 傳 送 帶 上 ， 利 用 摩 擦 力 將 書 本 送 到 工 作臺
6、 上 。 1、 橫 向 送 書 機 構(gòu)橫 向 送 書 機 構(gòu) 方 案 確 定 方 案 一 的 機 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 ， 采 用 的 構(gòu) 件 較 多 ， 加 工 成 本 高 ， 但 精度 高 ， 課 程 設(shè) 計 以 簡 單 加 工 成 本 低 ， 空 間 占 用 小 為 優(yōu) 先 考 慮 。然 而 ， 凸 輪 和 從 動 件 之 間 為 高 副 接 觸 ， 壓 強 較 大 ， 易 于 磨 損 ，而 且 傳 遞 的 動 力 比 較 大 ， 磨 損 就 更 加 嚴 重 了 。 比 較 方 案 的 機 構(gòu) 簡 單 ， 容 易 制 造 ， 維 護 方 便 ， 成 本 低 廉 ； 過 載時 ， 帶 在 輪
7、 面 上 打 滑 ， 可 以 防 止 損 壞 其 他 零 件 ， 起 安 全 保 護 作 用 ； 能 起 緩 沖 和 吸 振 作 用 ， 可 使 傳 動 平 穩(wěn) ， 噪 聲 小 。 但 是 因 為帶 傳 動 受 摩 擦 力 和 帶 的 彈 性 變 形 的 影 響 ， 所 以 不 能 保 證 準 確 的傳 動 比 , 效 率 較 低 。 經(jīng) 過 比 較 ， 推 選 第 二 種 方 案 為 最 佳 方 案 。 2、 縱 向 推 書 機 構(gòu) 縱 向 推 書 機 構(gòu) 的 主 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為 凸 輪 機 構(gòu) 和 連 桿 滑 塊 推頭 機 構(gòu) 。 工 作 原 理 ： 凸 輪 為 主 動 件 ， 凸
8、 輪 的 轉(zhuǎn) 動 使 連 桿 擺 動 ， 從 而帶 動 滑 塊 推 頭 做 往 復(fù) 運 動 ， 從 而 完 成 縱 向 推 書 動 作 。 機 構(gòu) 運 動循 環(huán) 圖 如 右 圖 所 示 。 縱 向 推 書 機 構(gòu) 在 0 120 期 間 向 包 書 機 構(gòu)完 成 縱 向 推 書 動 作 ： 0 80 完 成 單 摞 推 書 ， 80 120 完 成七 摞 推 書 ， 120 220 推 頭 回 退 ， 220 360 推 頭 不 動 。 此 方 案 的 機 構(gòu) 有 點 復(fù) 雜 ， 采用 了 凸 輪 、 擺 桿 和 連 桿 滑 塊 ， 可 承受 較 大 的 載 荷 ， 利 于 潤 滑 ， 磨 損
9、 較小 ， 形 狀 簡 單 ， 便 于 制 造 加 工 ， 安裝 簡 單 ， 但 隨 著 構(gòu) 件 和 運 動 副 數(shù) 目的 增 加 ， 積 累 誤 差 較 大 ， 傳 動 精 度不 高 。 2、 縱 向 推 書 機 構(gòu)對 于 本 機 構(gòu) 的 平 面 連 桿 機 構(gòu)運 動 分 析 平 面 連 桿 機 構(gòu) 的 運 動 分 析 方 法有 很 多 ， 其 中 兩 種 方 法 應(yīng) 用 較 廣 泛 ，即 瞬 心 法 和 桿 組 法 。 瞬 心 法 是 利 用機 構(gòu) 的 瞬 時 速 度 中 心 求 解 機 構(gòu) 的 運 動 問 題 。 桿 組 法 的 理 論 依 據(jù) 為 機 構(gòu)組 成 原 理 。 在 這 里
10、選 擇 桿 組 法 。 對 于 凸 輪 ， 采 用 高 副 低 代 的 方法 進 行 分 析 。 平 面 連 桿 機 構(gòu) 運 動 圖與 平 面 連 桿 機 構(gòu) 的 桿 組 如 圖 所 示 。 2、 縱 向 推 書 機 構(gòu)計 算 方 法 ： 位 置 分 析 :速 度 分 析 : 加 速 度 分 析 : 3、 送 紙 機 構(gòu) 送 紙 機 構(gòu) 工 作 原 理 ： 用 皮 帶 輪 控 制另 一 個 主 動 輪 ， 按 額 定 的 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 動 ， 通 過不 完 全 齒 輪 控 制 摩 擦 輪 的 運 動 ， 當 需 要 送紙 的 時 候 使 不 完 全 齒 輪 與 完 全 齒 輪 相 嚙 合 ，實
11、線 送 紙 ， 不 需 要 時 使 不 完 全 齒 輪 的 圓 滑面 與 齒 輪 相 切 ， 實 現(xiàn) 傳 紙 的 間 歇 。 優(yōu) 缺 點 ： 機 構(gòu) 簡 單 ， 空 間 構(gòu) 件 靈 活 ，穩(wěn) 定 性 好 ， 設(shè) 計 簡 單 ， 精 度 有 保 證 。 但 其不 完 全 齒 輪 加 工 復(fù) 雜 ， 成 本 高 ， 工 作 時 會產(chǎn) 生 沖 擊 ， 載 荷 不 大 ， 對 機 構(gòu) 整 體 的 穩(wěn) 定性 影 響 不 大 。 3、 裁 紙 機 構(gòu)方 案 一 ：方 案 二 ： 方 案 二 的 工 作 原 理 ： 凸 輪 為 原動 件 ， 凸 輪 推 動 推 桿 先 前 運 動 ， 上 下 兩 邊 的 壓
12、 塊 先 壓 緊 牛 皮 紙 ， 刀 具再 向 前 將 紙 裁 斷 。 方 案 一 工 作 原 理 ： 曲 柄 為 主 動 件 ，曲 柄 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 擺 桿 擺 動 ， 擺 桿 的 擺動 帶 動 刀 具 的 往 復(fù) 運 動 ， 從 而 完 成 裁紙 動 作 。 方 案 一 的 機 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 較 為 簡 單 ， 制 作 簡 單 方 便 ， 易 裝 配 ， 穩(wěn) 定 性 好 ， 并 滿 足 剪 紙 要 求 ， 然而 ， 四 桿 機 構(gòu) 的 計 算 難 度 大 ， 剪 紙 不 夠 穩(wěn) 定 ， 有 急 回 性 。 方 案 二 的 機 構(gòu) 直 觀 ， 簡 單 地 實 現(xiàn) 裁 紙 工 作 ， 使
13、用 上 下 兩 邊 的 壓 塊 來 控 制 壓 緊 與 切 紙 ， 裁紙 穩(wěn) 定 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 所 占 用 的 空 間 小 。 但 裝 配 困 難 。 比 較 以 上 兩 種 方 案 ， 選 擇 方 案 二 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 容 易 制 造 、 穩(wěn) 定 性 好 ， 易 實 現(xiàn) 壓 緊 與 剪 紙和 其 它 機 構(gòu) 的 運 動 時 間 配 合 。 3、 裁 紙 機 構(gòu)裁 紙 機 構(gòu) 凸 輪 分 析 ：裁 紙 過 程 中 主 軸 轉(zhuǎn) 角 為70 80 。 為 了 防 止 從 動 件 運動 過 程 中 產(chǎn) 生 沖 擊 ， 要 求 推 程 時從 動 件 運 動 規(guī) 律 按 正 弦 規(guī)
14、律 變 化 。 回 程 過 程 中 仍 舊 按 正 弦 加 速 度 規(guī)律 設(shè) 計 凸 輪 。 凸 輪 的 最 大 推 程 為50mm， 設(shè) 計 凸 輪 從 動 件 是 直 動型 的 ， 基 圓 半 徑 50mm， 滾 子 半徑 10mm。設(shè) 計 裁 紙 刀 距 離 紙 張 40mm，圖 為 從 動 件 運 動 位 移 與 凸 輪 轉(zhuǎn) 角關(guān) 系 。 3、 裁 紙 機 構(gòu)凸 輪 參 數(shù) 計 算一 、 最 大 壓 力 角 凸 輪 機 構(gòu) 在 運 動 過 程 中 ， 其 壓 力 角 是 不 斷 變 化的 。 為 了 觀 察 機 構(gòu) 壓 力 角 的 變 化 情 況 ， 以 找 出 最大 壓 力 角 ，
15、可 對 機 構(gòu) 進 行 高 副 低 代 ， 換 成 低 副 機 構(gòu) 加 以 觀 察 。 滾 子 中 心 可 視 為 從 動 件 尖 端 ， 它與 理 論 輪 廓 線 形 成 高 副 接 觸 。 計 算 時 可 將 某 一 位 置 時 滾 子 中 心 與 凸 輪 接 觸 點 的曲 率 中 心 分 別 代 以 轉(zhuǎn) 動 副 鉸 接 一 個 虛 擬 構(gòu) 件 來 代替 高 副 ， 從 而 得 到 一 個 曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 。經(jīng) 作 圖 計 算 ， 最 大 壓 力 角 為=36.5 =30 38 二 、 最 小 曲 率 半 徑校 核 實 際 輪 廓 線 的 最 小 曲 率 半 徑 時 ，由 a mi
16、n +滾 子 半 徑 r = min得 最小 曲 率 半 徑 ， 由 高 數(shù) 公 式 =（ x2+y2） 2/3/xy” - x”y， 并 逐 點求 解 得 最 小 曲 率 半 徑min 。 4、 折 邊 、 折 角 機 構(gòu)折 邊 機 構(gòu) 方 案 對 比 ：方案一的機構(gòu)通過凸輪較小幅度的回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)了假肢桿件較大幅度的間隙閉合開啟運動，而且可以同時折好上下邊，提高了工作效率。另外，由于凸輪回轉(zhuǎn)幅度較小， 因而整體機構(gòu)所占空間小，整體顯得十分緊湊；但是其折邊的品質(zhì)不能夠保證，折的不是非常好，凸輪輪廓設(shè)計較困難。方案二的機構(gòu)通過模擬人的雙手包東西形式來包書本，雖然其機構(gòu)占用的空間大，但是其保證了包
17、書的品質(zhì)，包得更好。機構(gòu)簡單，易設(shè)計。通過比較，為了更好地包書品質(zhì)，選擇方案二。方 案 一 ： 方 案 一 的 主 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為凸 輪 、 連 桿 和 擺 桿 機 構(gòu) ， 通 過凸 輪 的 回 轉(zhuǎn) 運 動 ， 帶 動 連 桿 擺動 ， 進 而 實 現(xiàn) 假 肢 桿 件 的 間 隙閉 合 開 啟 運 動 ， 實 現(xiàn) 折 上 下 邊的 功 能 。 方 案 二 的 主 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為 槽輪 和 圓 錐 齒 輪 機 構(gòu) ， 由 圓 柱 槽 輪機 構(gòu) 帶 動 折 邊 機 構(gòu) ， 行 程 為150mm， 其 中 折 前 側(cè) 邊 與 兩 端上 邊 機 構(gòu) 固 連 ， 且 兩 端 的 折 邊
18、爪比 側(cè) 邊 的 折 邊 爪 滯 后 40mm， 下邊 機 構(gòu) 對 稱 。 圓 柱 槽 輪 的 轉(zhuǎn) 動 帶動 折 邊 爪 上 下 運 動 ， 來 完 成 折 邊 的 工 作 。方 案 二 ： 4、 折 邊 、 折 角 機 構(gòu)折 角 機 構(gòu) 方 案 對 比 ：方 案 一 ： 方 案 二 ： 方 案 一 的 折 前 角 機 構(gòu) 的 主 要 執(zhí) 行機 構(gòu) 為 一 個 隨 軸 回 轉(zhuǎn) 的 半 球 形 轉(zhuǎn) 子 ，該 機 構(gòu) 隨 軸 轉(zhuǎn) 動 ， 上 下 邊 折 好 后 ， 半球 形 轉(zhuǎn) 子 剛 好 轉(zhuǎn) 過 來 實 現(xiàn) 折 前 角 的 功能 。 后 角 利 用 固 定 擋 板 折 好 。 方 案 二 的 主
19、 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為 一 個 隨 軸 轉(zhuǎn) 動 的 矩形 框 和 齒 輪 機 構(gòu) ， 該 機 構(gòu) 為 由 齒 輪 帶 動 的 ， 做 圓 周運 動 的 機 構(gòu) 。 初 始 狀 態(tài) 下 ， 兩 滾 輪 所 在 平 面 平 行 于書 運 動 方 向 ， 以 便 書 兩 邊 所 帶 的 紙 能 夠 順 利 通 過 。當 側(cè) 邊 與 兩 端 上 下 邊 折 起 來 之 后 ， 齒 輪 帶 動 其 繞 豎直 軸 作 半 周 圓 周 運 動 ， 使 豎 直 滾 輪 掠 過 前 角 邊 ， 將其 折 起 。 此 方 案 的 機 構(gòu) 的 工 作 效 率 更 高 ， 因 此 選 擇方 案 二 。 5、 涂 漿
20、 、 貼 標 簽 、 烘 干 機 構(gòu) 涂 漿 貼 標 簽 烘 干 機 構(gòu) 的 工 作 原理 ： 通 過 凸 輪 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 與 凸 輪 連接 的 輪 軸 ， 并 使 其 上 面 的 水 平 板 塊做 水 平 往 復(fù) 運 動 ， 四 個 長 方 體 相 鄰兩 長 方 體 間 隔 130140mm（ 書 摞的 寬 度 ） ， 恰 好 為 兩 摞 書 中 點 之 間的 距 離 ， 在 推 書 機 構(gòu) 把 第 二 摞 書 推 到 涂 漿 糊 處 ， 第 一 摞 書 恰 好 到 達 貼標 簽 處 。 直 至 最 后 完 成 烘 干 。 機 構(gòu) 主 要 執(zhí) 行 機 構(gòu) 為 移 動 凸 輪和 曲 柄
21、 滑 塊 機 構(gòu) ， 曲 柄 的 轉(zhuǎn) 動 帶 動 移動 凸 輪 上 下 移 動 ， 使 涂 漿 貼 標 簽 烘 干觸 頭 前 后 移 動 ， 從 而 完 成 涂 漿 貼 標 簽和 烘 干 的 工 作 。 6、 傳 動 機 構(gòu)傳 動 裝 置 設(shè) 計 ：傳 動 裝 置 的 高 速 級 齒 輪 z1做 成 斜 齒 輪 ， 低 速級 齒 輪 做 成 直 齒 輪 。 結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜 ， 但 齒 輪 對 于 軸承 對 稱 布 置 ， 載 荷 沿 齒 寬 均 勻 發(fā) 布 ， 軸 承 受 載 均勻 。 適 合 運 用 于 變 載 荷 場 合 。 電 動 機 選 擇 常 用1000r/min的 電 機 。傳
22、 動 比 計 算 ： 由 選 定 的 數(shù) 據(jù) ： 電 動 機 轉(zhuǎn) 速 n1=1000r/min， 主 軸 轉(zhuǎn) 速 n4=10r/min， 傳 動 比 為100可 通 過 計 算 得 到 各 個 齒 輪 的 齒 數(shù) 。 計 算 過 程 ： i14=d2*z2*z4 d1*z1*z3=100取 輪 1直 徑 d1=15mm ， 輪 2直 徑 d2=25mm ， z1=20 ， z2=135 ， z3=18 ， z4=160，模 數(shù) m=2 ， 壓 力 角 =20 各 機 構(gòu) 運 動 循 環(huán) 圖 以 主 軸 O的 轉(zhuǎn) 角 表 示 運 動 時 間 ， 說 明 如 下 ： 主 軸 O 轉(zhuǎn) 動 150 為
23、 橫 向 送 書 機 構(gòu) 靜 止 時 間 ；再 轉(zhuǎn) 動 190 橫 向 送 書 機 構(gòu) 將 書 推 送 到 位 ； 再 轉(zhuǎn)動 20 期 間 橫 向 送 書 機 構(gòu) 回 到 起 始 位 置 。2 主 軸 從 0 轉(zhuǎn) 動 到 120 為 推 書 時 間 ； 從120 到 220 為 快 速 退 回 時 間 ； 從 220 到 360為 停 止 不 動 時 間 。 主 軸 O轉(zhuǎn) 動 330 為 裁 切 機 構(gòu) 靜 止 的 時 間 ； 再轉(zhuǎn) 動 10 為 裁 刀 裁 切 的 時 間 ； 再 轉(zhuǎn) 動 20 為 裁 刀復(fù) 位 的 時 間 。 主 軸 O 轉(zhuǎn) 動 180 為 折 側(cè) 邊 、 折 兩 端 上
24、下 邊 、 折前 角 各 機 構(gòu) 靜 止 的 時 間 ； 再 轉(zhuǎn) 動 160 為 各 機 構(gòu)折 邊 的 時 間 ； 再 轉(zhuǎn) 動 20 為 各 機 構(gòu) 復(fù) 位 的 時 間 。 四、方案設(shè)計注意事項1)要 求 推 書 機 構(gòu) 執(zhí) 行 構(gòu) 件 的 運 動 為 間 歇 移 動 。 能 滿 足 這 一 運 動 要 求 的 有 移 動 從 動 桿 圓 柱凸 輪 機 構(gòu) ， 移 動 從 動 桿 圓 盤 凸 輪 機 構(gòu) 或 凸 輪 機 構(gòu) 與 曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 的 組 合 機 構(gòu) 等 。2) 送 紙 機 構(gòu) 可 采 用 橡 膠 摩 擦 輪 傳 動 ， 將 紙 自 上 而 下 地 傳 送 ， 傳 送 一
25、定 量 距 離 后 ， 與 最后 一 個 摩 擦 輪 同 軸 的 盤 形 凸 輪 推 動 裁 紙 刀 將 紙 裁 斷 。 3)折 邊 機 構(gòu) 的 執(zhí) 行 構(gòu) 件 可 采 用 曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 或 擺 動 凸 輪 機 構(gòu) 的 擺 桿 來 擔 任 。4)實 現(xiàn) 各 分 功 能 要 求 的 機 構(gòu) 由 同 一 主 軸 驅(qū) 動 ， 在 一 個 循 環(huán) 周 期 內(nèi) ， 各 執(zhí) 行 構(gòu) 件 交 替 動 作 ，不 能 互 相 干 涉 和 延 遲 ， 在 設(shè) 計 中 應(yīng) 考 慮 給 予 一 定 的 余 量 。 5） 要 求 所 設(shè) 計 機 構(gòu) 的 性 能 要 良 好 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 緊 湊 ， 節(jié) 省 動 力 ， 壽 命 長 ， 便 于 制 造 。
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