全自动书本打包机结构设计及分析

1、xx大学专业综合训练说明书项目名称： 全自动书本打包机结构设计与分析姓 名： 指导教师： 职称： 2013-12目 录小组分工及贡献1摘要2第1章 绪论31.1 课题背景31.2 设计研制书本打包机特点及使用范围3第2章 系统设计及参数计算42.1 系统组成、布局和方案设计42.1.1 机构选择总体布局及方案设计42.1.2 系统总体布局的确定52.2 参数计算62.2.1系统所需功率的计算62.2.2减速器的选取82.2.3 V带和带轮设计（GB/T 13575.1-1992）92.2.4链轮链条设计（GB/T 1243-1997）122.2.5凸轮设计计算142.2.6轴的设计计算（查表均

2、为机械设计师手册）162.2.7锥齿轮的设计计算19第3章 三维设计233.1 书本打包机三维设计展示23第4章 结论25第5章 参考文献26 小组分工及贡献小组成员完成总体方案设计和三维图装配；xxx完成书本打包机的参数计算；xxx完成三维模型的设计；xxx完成说明书的整理；xxx完成三维模型的装配及仿真；xxx完成PPT制作摘要书本打包机是印刷厂为了把印刷的图书更快，更美观的把图书包装起来而设计的专门用来打包书本的机构。书本打包机的设计主要分为：提出构思，设计方案，分析可行性，画出机构运动简图，零部件设计，三维实体绘制，运动仿真。其原理主要分为推书机构，送纸机构，裁纸机构，折纸包装机构和传

3、动机构。在包装过程中，几个机构相互配合而进行打包。对打包机机进行三维模型仿真，更为形象的展示书本打包机的工作状态。关键词打包机 电机选择 凸轮设计计算 三维仿真第1章 绪论1.1 课题背景此次专业综合训练，我组选题为书本打包机三维设计及仿真。在该课题开始前，我们对书本打包机做了简要了解。打包机通常是将单个或数个包装物用绳、钢带、塑料带捆紧扎牢以便于运输、保管和装卸的一种包装作业机器。而对于书本之类容易受潮或撕坏的产品一般采用牛皮纸包装。我国拥有庞大的图书市场，尤其是在学校以及学校周存在极大的包装配送需求。长期以来，我国各地印制好的书籍大部分都是采用人工打包，工作强度大，并且效率低，而且由于不同

4、工人的技术熟练程度可能会造成浪费，不利于人力物力资源的良好利用。尽管近几年国内包装机械发展迅速，尤其是在书籍、报刊等方面获得广泛推广。但依然存在着企业规模偏小、技术装备不很完善，自我发展和技术设计开发能力较弱的问题，尤其是产品种类单一，技术含量、附加值较低问题突出。为了改善工作条件，提高生产率及质量使我国的印刷包装行业达到世界先进水平，设计工作稳定可靠、性能优良的、便于工人操作、耗电量少且成本较低的打包机是非常必要的。我们设计的打包机满足这些要求，并尽量完善对打包机的设计及三维仿真。1.2 设计研制书本打包机特点及使用范围 该书本打包机能够实现对书摞的快速打包，生产效率高、工作稳定可靠、性能优

5、良的、便于工人操作、耗电量少且成本较低，有效地降低了工人的工作强度，提高了工作效率。该书本打包机可应用于各书本杂志印刷企业，对出版物进行快速打包，以方便后续物流运输。 第2章 系统设计及参数计算2.1 系统组成、布局和方案设计打包机由送书系统，推书系统，送纸系统，裁纸系统，落书系统，折边系统，涂胶系统，贴标系统，烘干系统能够等组成。系统主要为间歇直线运动和间歇往复运动。2.1.1 机构选择总体布局及方案设计1）初选机构1. 送纸：摩擦辊+步进电机2. 裁纸：步进电机+皮带+刀/曲柄滑块3. 送书：带+不完全齿轮/带+槽轮4. 推书：齿轮齿条/四杆滑块/圆柱凸轮5. 升降：圆柱凸轮6. 折前边：

6、四杆滑块/圆柱凸轮/齿轮齿条7. 折后边：机械8. 折侧边：机械9. 涂胶：胶刷+回转轴10. 贴标：曲柄滑块/凸轮11. 烘干：曲柄滑块/凸轮2）确定机构1. 送纸：摩擦辊+步进电机2. 裁纸：步进电机+皮带+刀3. 送书：带+不完全齿轮4. 推书：圆柱凸轮5. 升降：圆柱凸轮6. 折前边：圆柱凸轮7. 折后边：机械8. 折侧边：机械9. 涂胶：曲柄滑块+凸轮10. 贴标：曲柄滑块+凸轮11. 烘干：曲柄滑块+凸轮3）传动链选择平行轴系间选择链传动，垂直轴之间选择锥齿轮传动。由于各机构之间工作间歇时间相同，周期相同，故各轴间传动比均为i=1。2.1.2 系统总体布局的确定根据书摞尺寸长260

7、mm宽184mm高150mm，初步估计各机构运动行程，进而初步确定系统总体尺寸。图2.1 书本打包机整体布局图2.2 运动循环图2.2 参数计算2.2.1系统所需功率的计算1）系统基本参数：1书摞尺寸：长：260mm宽：184mm高：150mm书摞质量：4.0kg2纸卷直径d=400mm，宽度430mm。3摩擦系数1=0.2（纸-钢），2=0.5（纸-带）4工作效率：10摞/min2）各机构所需功率计算（设传送带上同时容纳6摞书，升降台重1kg）1各机构理论功率送书：P1= N2mgV1=60.54.0100.136=20.4W推书：P2=1mgV2=0.24.0100.15=1.2W升降：P

8、3=（m+M）gV3=5.0100.17=8.5W折前边：P4=N1mgV4=60.24.0100.13=6.24W刷胶：P5=6Fv5=640.01=0.24W各传动机构效率圆柱凸轮效率1=0.94链传动效率2=0.96锥齿轮效率3=0.97轴承效率4=0.98联轴器效率5=0.99减速器效率6=0.63V带效率7=0.962各机构实际功率送书：44.83W推书：2.34W升降：18.25W折前边：14.02W刷胶：0.58W 总功率：80.02W3.选取电动机选电动机CO2-7124，功率180W，电流2.49A，220V，50Hz，额定转速1400r/min，效率=53%。电动机实际功率

9、为1800.53=95.480.02，满足工作要求。图2.3 电动机图2.2.2减速器的选取图2.4 蜗轮蜗杆减速器1.确定减速器公称速比49.5 由机械设计师手册，表19-41查取公称速比i0=50。2.选类型 选用蜗杆下置式，即CWU型，用风扇冷却。3.瞬时尖峰载荷的校核起动转矩由机械设计师手册，表19-41查得T2 2.5T2=2.5223=557.5 ，T2max20mm。满足要求。 7.初定轴间距a=515mm，得轴间距aop=32.441。8.链长节数Lp=2aop+Z=81.882。 圆整取Lp=82。 9.链条长度L1.30m 10.中心距a，（，82-17=65）得515.9

10、4mm。11.实际中心距514mm。12.链速v 0.045m/s。 13.有效圆周力F 977.78N 14.润滑方式的选定根据节距p=15.875和链条速度v=0.045m/s选用油刷或油壶人工定期润滑方式。15.链条标记：根据设计计算结果，采用单排10A滚子链，节距为15.875mm，节数为82节，其标记为：10A-1-82 GB/T 1243-1997。16.计算链轮几何尺寸并绘制工作图。链轮齿数Z Z=17，配用链条 节距p p=15.875mm，滚子直径dr dr=10.16mm，分度圆直径d 86.39mm，齿顶圆直径da 93.49mm，（按三圆弧一直线齿形计算）齿根圆直径df

11、 76.23mm，分度圆弦齿高ha 4.29mm，最大齿根圆距离Lx 75.86mm，齿侧凸缘直径dg dg68.84mm。2.2.5凸轮设计计算图2.7 凸轮设计计算已知条件：盘形凸轮的推程运动角为，远程休止角为，回程运动角为，基圆半径，行程h=10mm，正弦曲线运动规律，求理论轮廓，。凸轮运动曲线请见图推程时从动件方程:S=;V=回程时从动件运动方程S=；理论轮廓 ； ； 图2.8 分度凸轮运动曲线凸轮轮廓设计参数见下表。表2.1 x-x参数计算表S0015015050.17015.1121.32215.1705100.67015.4322.72115.67010151.46515.904

12、4.26116.46515202.50516.4495.98717.50520253.71016.9577.90718.71025305.01017.32910.00520.01030356.30517.45212.22021.30535407.51017.24414.46922.51040458.54516.64916.64923.54545509.33515.64218.64224.33550559.83514.24520.34424.83555601012.521.65125.60651012.521.65125.65701012.521.65125.701151012.521.6512

13、51151201012.521.651251201259.83514.24520.34424.8351251309.33515.64218.64224.3351301358.54516.64916.64923.5451351407.51017.24414.46922.5101401456.30517.45212.22021.3051451505.01017.32910.00520.0101501553.71016.9577.90718.7101551602.50516.4495.98717.5051601651.46515.9044.26116.4651651700.67015.4322.72

14、115.6701701750.17015.1121.32215.1701751800150151801850150151851900150151903600150153602.2.6轴的设计计算（查表均为机械设计师手册）1.选择轴的材料该轴传动小功率，且转速低，故选用45钢，调质处理，其力学性能由表21-1查得，由表21-23查得A=112。2.初步估算轴的直径，取d=17mm。3.轴的结构设计（1）初步选择滚动轴承根据轴的受力，选择60000型深沟球轴承，初选滚动轴承为6003，其尺寸为dDB=17mm35mm10mm，采用套筒轴向定位套筒长度10mm。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直

15、径及长度。装轴承及套筒段长度L1=B+L套+1=21mm，直径d1=17mm，装齿轮段长度L2=B-1=14mm，直径d2=20mm，齿轮侧轴向固定轴肩长度L3=5mm，直径d3=25mm，装链轮段长度L4=B-1=14mm，直径d4=20mm，装轴承及套筒段长度L5=21mm，直径d5=17mm。轴总长L=L1+L2+L3+L4+L5=75mm至此，已经初步确定了轴的各段长度和直径。4.轴的受力分析（1）轴受外力的计算轴传递的转矩 T1=9.55106P/n =9.551060.032/10 =30260 齿轮的圆周力 Ft=2T1/d1=230260/360=168.11N齿轮的径向力 F

16、r=Ft/cos =168.11/cos20 =178.9N齿轮的轴向力 Fa=0链轮的圆周力 F=1000P/v =10000.032/0.045 =711.11N链轮的转矩 T2=Fd/2=711.1186.39/2 =30716（2）求支反力水平面：136N 406.8N垂直面：117.0N 61.9N（3）计算弯矩、转矩并画弯矩图水平面：M1= M2=垂直面：Mc=合成弯矩：M=得 Mab=4036 Mbc=9258转矩： T=T1+T2=60976绘制轴的受力，弯矩，转矩图，见图2.9图2.9 轴的受力，弯矩，转矩图（4）校核轴的强度选择计算弯矩较大，轴直径较小的轴剖面校核计算，这里

17、截面bc计算弯矩最大，截面ab弯矩亦较大，轴径最小，确定校核此两截面。转矩按脉动循环变化计算，由表21-24的公式 两截面均有，安全。2.2.7锥齿轮的设计计算图2.10 锥齿轮设计计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）圆锥齿轮其速度不高，转速10r/min，选用7级精度（GB10095.1-2001） （2）材料选择 锥齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS。（3）选取齿数 选小齿轮齿数Z1=23，传动比=1，Z2=Z1=23， （4）选取齿宽系数 2、按齿面接触强度设计 按式（1） 确定载荷系数K 由表6-4得使用系数，估计圆周速度。所以，查教材图6-11a得动载系数 由

18、图6-17，得齿向载荷分布系数，齿间载荷系数 ，则 K= 。（2）计算转矩 小齿轮传递的转矩为。（3）由教材图6-19查得区域系数 。（4）由教材表6-5查得弹性影响系数 （5）计算应力循环次数 由教材式6-25得（6）由教材图6-27c)查得接触疲劳极限应力=590MPa由教材图6-27b) =470MPa。（7）由教材图6-25查得寿命系数（允许一定的点蚀）。（8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1， 取。（9）试算小齿轮分度圆直径（10）计算圆周速度 （11）修正载荷系数 按 查得（12）校正试算的分度圆直径 （13）计算大端模数 圆整为标准值 m=2.0mm（14）

19、 计算分度圆锥角、锥距，（15）计算大端分度圆直径 （16）确定齿宽 圆整取3、校核齿根弯曲疲劳强度 由式6-22得（1）计算当量齿数 ，（2）查取齿形系数 由图6-21 （3）查取应力修正系数 由图6-22 （4）查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数 =450MPa 由图6-28b) =390MPa查得 （5）计算弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=，得（6）计算弯曲应力 合适第3章 三维设计3.1 书本打包机三维设计展示 利用PRO E三维软件对书本打包机进行三维模拟，部分结构展示如下：（1）整体展示：图3.1书本打包机整体三维图（2）送书机构图3.2 送书机构示意图（3）推书机构图3.3 推书机构示意图（4）推书折纸机构图3.4 推书折纸机构示意第4章 结论经过近一个月的努力,我们终于将专业综合训练课程设计做完了。小组成员初期搜集参考了很多现有的技术，并从中确定了自己的功能原理方案。但是经过与老师的