机械原理课程设计-书本打包机设计

1、精品文档 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班 学生姓名： 丁帅 学号： 学生姓名： 郭哲睿 学号： 指导教师： 毕艳丽 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bg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，

2、由上向下送够 长度后进行裁切。 图1书本打包机的功用 图2包、封工艺顺序图 J . 1 . 片 亨 T T匸二 a b C d f g h iI 仃 % Y T+审 图3打包过程各工位布置 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ag的七摞书。 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。 继续折前角。 上步动作完成后，推书机构已进到下一循环的工序 ，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。 推书机构又一次

3、循环到工序时，将工位c的书摞推至工位d，此位置是两 端涂浆糊的位置。 涂浆糊。 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部分的相对位置及有关尺寸。其中轴o为机器 主轴的位置。 图4机构布置图 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: APOOOmm BM600mm 工作台面高度：距地面 y TOOmr；距主轴yo4OOmrn 主轴水平位置：x马OOIIOOmm 为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放

4、在台面以下。 （2）工艺要求的数据 书摞尺寸：a= 13O14Omm b= 18O22Omm 推书起始位置：Xo= 2OO mm 推书行程：4OO mm 推书次数（主轴转速）：n= 1O）.1r/min。 主轴转速不均匀系数：S岳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12Oo;快速退回动作时间小于1/3周 期，相当于主轴转角小于1OOo;停止不动时间大于1/3周期，相当于主轴转角 大于14Oo。 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

5、机构从动件（推头）的工艺动作 Oo (8O o) 推单摞书 (8O o)12Oo 推七摞书（同时完成折后角的动作） 12Oo 22Oo 从动件退回 22Oo36Oo 从动件静止不动 (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 150ot 340o 折侧边，折两端上下边 180ot 340o 折前角、涂浆糊、贴封签、烘干 180ot 340o 送纸 200ot 360ot 70o 裁纸 70ot 80o 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： M:4=4000Nm 3) 送纸、裁纸机构的阻力也认为是

6、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Oo- 120o范围中)主轴所受纵向推书 阻力矩的平均值Mcm8表示为：Mc6 6M cm8 n M c3i Mcm3可由下式算出：皿创3 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M昕3表示为：M8M cm3 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；

7、(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。 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控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

8、带上, 利用摩擦力将书本送到工作台上。 方案比较： 方案一的机构复杂，采用的构件较多，加工成本高，但精度高，课程设计以 简单加工成本低，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。 比较方案的机构简单，容易制造，维护方便，成本低廉；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；能起缓冲和吸振作用，可使 传动平稳，噪声小。但是因为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。 经过比较，选第一种方案为最佳方案 纵向送书机构: 方案一： 工作原理：凸轮为主动件，凸轮的转动使连杆摆动，从而带动滑块推头做 往复运动，从而完成纵

9、向推书动作。 万案一: 方案比较: 方案二的连杆滑块机构也可以实现横向推书的功能，但是通过对比方案一 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。 经方案比较：选取方案一为最佳方案。 送纸机构: 方案一： 工作原理：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。 工作原理：凸轮为原动件，通过凸轮转动

10、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。 方案比较： 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，成本高，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，但控制起来精度不高，误差大，工作时会产生冲击, 对机构的载荷比较大，对机构整体的稳定性影响较大。 经过方案比较，拟选取方案一为最佳方案 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：

11、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，通过剪刀截断合适尺寸的纸，最后达到裁纸的 工作过程。 方案比较： 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控制 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 动来控制压紧与切纸，但所占用空间大，装配较困难。 经过方案比较：选择方案一为最佳方案 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。 万案一: 方案

12、比较: 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控制好折边 时间，因而精确度不如方案一机构高，同时运动幅度也比较大，占空间大。 经比较：选取方案一为最佳方案。 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。 万案一: 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

13、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。 方案比较： 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。 经比较，选取方案一为最佳方案 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。 方案比较： 方案一虽然多了一个摇杆，传动稳定，但机构较多，运动复

14、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。 经比较，选取方案二为最佳方案 机构总万案汇总 裁纸机构 折边机构 涂浆糊贴标签烘干机构 机构总运动循环图 电动机到主轴间的减速机构计算 减速机构的示意图如下: 口 r - |1 电动机 -匸J EZJ J 由选定的数据：电动机转速n仁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*z 4 z1*z2 *z3 100 可取： z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z215 z320 模数m=2 压力角a =20 横向推书机构中凸轮机构的设计：（

15、matlab程序在附录） 由上面要求设定凸轮推程运动角为 120。为了防止推书过程中书本出 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：Rmi n = 将推程位移曲线中ds/d 最大斜率带入得: Rmi n=83.3mm 选取基圆半径110mm83.3mm 凸轮从动件位移表达式: 3h (0 2n /3 ) 3h2 h2 S=h- ( .)+sin3( -)(2 n /3 4n

16、 /3) S=0; (4 n /3 2 n ) 位移曲线 凸轮从动件速度表达式: 3h 3h V=- -cos3 ( 0 2 n /3 ) 3h V=-(二 3h 一 2 一cos3( -)(2 n /3 4 n /3) V=0 (4 n /3 2n ) 速度曲线 凸轮从动件加速度表达式: ho2 a= sin3 ( 0 2 n /3 ) 9h022 _ 卫 a= - - sin3( )(2 n /3 4n /3) a=0 (4 n /3 2 n ) 加速度曲线 凸轮理论轮廓曲线 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 1.位置分析:

17、 r l cos6 = 5 cost), 厶 +人 sin sing A COS03 + /4 COS 0+ - 5 sin0. + /4 sin 从而求岀s扩8刖d和 2.速度分析： 将上式对时间求一阶导得: 尸-lxo sin q =丘 cos 氏 一 Eg sin /g cos q =戻 sin a + g cos Q ig sin.【他 sin 0.=电=vE b A coscos04) = % =牡 k 皿鼻cos q sin fl?十厶羽cos 0斗一厶：sin 0斗=0 将上式写成矩阵式可得: 1 L3=0.6m; L4=0.15m; L6=0.275m; L6=0.575m;

18、w1=1rad/s;) 最后利用C语言（咼斯消兀法）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） :佬竺耳 o-O 闪% 烦 200 3OT如Q 6.4? O O0.Q Ly 图解法验证： 当原动件角度为0时: 7网 利用CAD标注选项得出位移 S=10.11mmc 10=0.1011m; 与原图相符。 速度验证: 因为 Vb3 = V b2 + Vb3b2； 大小 方向 ？w1*l1 丄 BC丄 AB/ BC 可求得 03=0.052m/s; Vd=03/S3*L3=0.103m/s Ve = V d

19、 + V ed 大小?w3*l3? 方向/ EF 丄CD丄DE 可求得 M=-0.085m/s 与原图相符。 加速度验证: n ab3 + t a b3 = K ab2 + a b3b2 + r a b3b2 大小 2 V b3/S3 ? V 2 b2/L12*w3*V b3b2 ? 方向 B t C 丄CD 丄AB丄BC / BC 可求得ab3 ； ad的大小和方向。 在通过影像原理可求得 a e = a d + nt a ed+ a ed 大小 ? V V 2 ed /I4? 方向 / EF VD t E丄 DE 可求得 ae 2 =-0.18m/s ; 与原图相符； 当原动件角度为200

20、( 360 -160 )的时: 利用CAD标注选项得出位移 S=-41.55mrrK 10=-4.155m; 与原图相符。 速度验证: 因为 Vb3 = Vb2 + Vb3_b2; 大小？w1*l1? 方向 丄BC 丄AB/ BC 可求得Vb3; Vd=Vb3/s3*L3 Ve = Vd + Ved 大小?w3*l3 方向/ EF 丄CD丄DE 可求得 Ve=-0.13m/s 与原图相符 加速度验证: n ab3 + a b3 = ab2 + a b3b2K + b3b2 2 大小 V b3/S3? V 2 b2/L12*w3*V b3b2 方向 B tC丄CD 丄 AB丄 BC/ BC 可求

21、得ab3 ； 在通过影像原理可求得 ad的大小和方向 n =a d + a ed t + a ed 大小？ 2 V V ed /l4 方向 / EF V D t e 丄DE 可求得ae=0.09m/s2; 与原图相符; 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

22、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较欠缺。 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，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

23、，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。 附录： 牛头刨床C语言程序 #include #include #include #includealgorithm #include #define PI 3.1415926 using namespace std; const double eps = 1e-15; const int Max_M = 15; cons

24、t int Max_N = 15; double AugMax_MMax_N+1; /增广矩阵 bool free_xMax_N;/判断是否是不确定的变元 double xMax_N; double x2Max_N;/ 解集 double I1,I3,I4,P,G,H,S; double a1,a3,a4,w1; int m,n; /m个方程,n个未知数 double s1,w3,w4,ve; int sign(double x) return (xeps) - (x=1有多个解，根据free_x判断哪些是不确定的解 */ void fun() /增广矩阵 Aug00=cos(a3);Aug0

25、1=-P*sin(a3);Aug02=0;Aug03=0;Aug04=-l1*sin(a1)*w1; Aug10=sin(a3);Aug11=P*cos(a3) ;Aug12=0;Aug13=0;Aug14=l1*cos(a1)*w1; Aug20=0;Aug21=-l3*sin(a3);Aug22=-l4*sin(a4);Aug23=-1;Aug24=0; Aug30=0;Aug31=l3*cos(a3);Aug32=l4*cos(a4);Aug33=0;Aug34=0; int Gauss() /高斯消元法 int i,j; int row,col,max_r; memset(free_x

26、,true,sizeof(free_x); for(row=0,col=0; row m row+,col+) max_r = row; for(i = row+1; i 0) max_r = i; if(max_r != row)/将该行与当前行交换 for(j = row; j n+1; j+) swap(Aug【max_rj,Aug【rowj); if(sign(Augrowcol)=0)/ 当前列 row 行以下全为 0(包括 row 行) row-; continue; for(i = row+1; i m; i+) if(sign(Augicol)=0) continue; double ta = Augicol/Augrowcol; for(j = col; j n+1; j+) Augij -= Augrow