西北工业大学机械原理课程设计小电器引出线绑扎机设计

1、机械原理课程设计说明书 设计题目 小电器引出线绑扎机设计 目录1.设计题目3 1.1设计要求3 1.2题目分析32.机械系统的方案拟定42.1工作原理确定4 2.1.1绕线机构4 2.1.2绑线机构5 2.1.3扫线机构62.2执行机构及其运动设计6 2.2.1绕线机构6 2.2.2绑扎线送线机构10 2.2.3绑线机构11 2.2.4扫线机构122.3原动机的选择132.4执行机构运动协调性（运动循环图）设计142.5方案评价及优选173.相关机构的尺度综合184.机械系统相关性能分析或说明205.课程设计体会及建议206.参考文献21 1.设计题目小电器的引出电线是随其小电器一道出售的附件

2、，为便于用户应用和包装，需将引出线绑扎成如图所示的小卷。为使引出线在展开时不致打扭，引出线刚开始需作8字形缠绕，最后才在中间部分横着缠上几圈。引出线的长度范围一般在1.53 m之间，要求作8字形缠绕的圈数，最好能在相应的可绕圈数之间调整，横着缠绕的圈数为4 6圈即可，引出线的原材料为绕在线轴上的双胶软质细线。试设计该绑扎机的工作原理及工艺动作，绘出其整机的机械系统简图、工作循环图和个别部分的结构示意图，并编写提交相关设计说明技术报告。 1.1 设计要求小电器引出线绑扎机的设计技术要求如表1：功能要求1）实现“8”字形结构； 2）对“8”字形结构进行缠绕。几何参数1）引出线的原材料为绕在线轴上的

3、双胶软质细线； 2）所要缠绕的引出线长约1.5-3m； 3）所需的缠绕圈数为4-6圈。生产率每班（8小时）生产率960件安全与人机工程1）绑扎机应尽可能简单，便于工作人员对机器进行必要的清理、维护；2）机器工作时对环境无害，即低噪声、低污染、低振动使用和维护1）调试与安装方便；2）尽可能减少人工操作 表11.2 题目分析根据设计要求该小电器引出线绑扎机主要要能够实现双胶软质细线的“8”字形缠绕，并满足一定的尺寸要求。在设计要求中，所绕“8”字的长度应为80-100，而所绕圈数限定在4-6圈，同时要实现1.5-3m范围内的引出线的缠绕，显然以最大圈数，最大“8”字形长度缠绕也不能满足缠绕最长3m

4、的引出线的要求，题目给定的设计要求一定程度上并不符合实际情况，所以在进行设计的时候要结合实际做出适当的调整。题目给出引出线的实际长度范围为1.5-3m，而实际生产中引出线都是批量生产，不可能每根线的长度都均匀分布在该范围之内，所以在进行设计时在几个固定范围内可调节“8”字的长度和所绕的圈数就可以满足生然要求，而没必要做到对该长度范围的数学上精确满足，从而降低了设计难度和生产成本。所以结合上述论述，本次小电器引出线绑扎机的主要设计目标及基本定位在：实现“8”字形缠绕，实现所缠绕引出线长度和缠绕圈数的一定范围内可调，实现对所绕成“8”字形双胶软质引出线的绑扎。2.机械系统的方案拟定2.1 工作原理

5、确定2.1.1 绕线机构 图1根据图1实现引出线“8”字形缠绕的机构工作原理表述如下： 图中曲柄滑块机构滑块a处有一夹线装置，带动引出线进行缠绕。b，c为绕“8”字是引出线所缠绕的立柱，其装在可在水平面内前后滑动的滑块上的孔中（图中1,2,3）。a在曲柄的带动下在水平面内左右移动，当a运恰好动到b的左边时，b在凸轮O1的作用下向后运动，并在a返回到b的右边之后这一小段时间里在后边短暂停顿，从而引出线便可缠绕到b上，然后b返回到前边准备下一次缠绕。当a恰好运动到c的右边时，c在凸轮O2的作用下向前运动，并在a返回到c的左边之后这一小段时间里在前边短暂停顿，引出线便可缠绕的c上，与b之间交替配合实

6、现“8”字形缠绕。然后该动作进行循环，便可实现多圈缠绕。 绑线机构 图2根据图2引出线绑扎机构的工作原理表述如下：图中红色细线为引出线绑扎线，其材料为常见的胶皮铁丝。起初绑扎线放在一堆凸台上，并被挡在另个圆柱后边。绕O3旋转的直角状杆组从两圆柱之间穿过时会将绑扎线弯曲成如图所示“U”字形，并随直角杆一起做旋转运动，当恰好转动到“8”字形引出线交点上方的时候，图中蓝色直角杆的上端经过圆盘上的一小凸台e，使得悬挂“U”形绑扎线的直角钩展开，在重力作用下，“U”型绑扎线将悬挂在“8”字的中间交点处，当蓝色直角杆经过凸台后在弹簧弹力的作用下恢复原样准备下一次循环。而此时以O4为回转中心的拧线装置将在满

7、足一定设计要求的凸轮的作用下向下运动，并很快做旋转运动。向下运动时会使得拐角杆状夹子向中间运动从而夹紧“U”形绑扎线开口的两端，在机构旋转式实现拧紧，从而完成对引出线的绑扎。 扫线机构 图3图3为扫线机构的设计简图，该机构所实现的功能是当绕线和绑线完成后将已绑好的引出线从工作台上扫落下来（到包装箱中），以方便下一轮绑线的循环。该机构主要由满足一定设计要求的凸轮带动一摇杆转动，从而摇杆将已绑好的“8”字形引出线扫落下来。（*注：以上三图为说明机械系统工作原理的运动简图，图中各构件与所设计机构并无尺寸和形状上的比例关系；绑扎线的送线比较容易实现，本次设计中未重点涉及）2.2 执行机构及其运动设计2

8、.2.1 绕线机构（1）绕线连杆的设计 图4 设计原理说明传动齿轮带动曲柄做整周回转，曲柄通过连杆带动绕线滑杆做往复运动。连杆与曲柄用图4左上角所示的销钉连接，旋转后可曲柄上三孔之间的窄缝中移动，从而实现可绕“8”字形长度的调节，实际中连杆上还有销钉固定装置，用于一次调节后将销钉固连于某个孔。而曲柄的转动有两个不同的传动分支控制，可以手动选择，从而实现所绕“8”字的圈数可调。图4最下方图为绕线杆前端的局部放大图，所绕引线穿过图中圆孔，并在孔中夹持固定，从而绕线杆带动引线做往复运动。另外夹持引线的装置（图中有孔圆柱）可绕其轴线转动，从绕避免引出线出现交缠。 主要运动部件的尺寸（2）绕线立柱的设计

9、 图5 凸轮1 凸轮2 设计原理说明 该机构与绕线连杆配合共同完成“8”字形引出线的缠绕。图5上方大图中v和h所标出的区域为所对应的滑块机构可运动区域。图5下方小图为缠绕立柱所在的部分机构图。圆柱z在嵌在凸轮1的槽内，凸轮1做旋转运动时带动z前后运动，从而带动绕线柱b前后运动。绕线柱c运动原理与绕线柱b相同，但是在安装时带动b和c的凸轮起始角不相同，从而在b和c的配合运动绕线连杆的配合运动下实现“8”字型缠绕。如图5下方小图所示，立柱b和c可通过旋转分别调节安装到三个不同的孔中，与绕线连杆中曲斌长度的调节协调一致，实现可绕“8”字长度的三级可调。图5中上方大图中小圆柱e嵌在凸轮2的槽内，凸轮2

10、旋转运动时带动e上下用动从而带动立柱b上下运动。其具体运动形式为：当绕线连杆在进行绕线时使得绕线柱b固定在上方不动，当绕线完毕是开始带动b向下运动，在拧线动作恰好完成之前使得b完全运动到绕线平台下方，从而为下一步的扫线做好准备。因为凸轮1槽的深度大于立柱b下降的高度，所以在b下降时z不会脱离凸轮1，从而保证了系统的稳定性。绕线柱c与b对称，其运动原理与b相同。 主要运动部件的尺寸及设计参数凸轮1设计参数：基圆半径为50，推程为30，近休凸轮转角为300o，推程凸轮转角为20o，无远休，回程凸轮转角为40o，其实体形状如前边图凸轮1示；凸轮2设计参数：基圆半径为20，推程为30，近休凸轮转角为4

11、5o，推程凸轮转角为67.5o，远休凸轮转角为225o，回程凸轮转角为67.5o，其实体形状如前边图凸轮2示；2.2.2 绑扎线送线机构图6 设计原理说明 如图6所示E为一可绕轴旋转机构，C为一凸台，帮在线最开始在凸台上，并挡在其前端的小圆柱后边，当E从两小圆柱之间绕过是将绑扎线变形为“U”字形，并将其悬挂在前端的圆柱结构上一并做旋转运动，当恰好转至“8”字中心上方时图中深蓝色构件经过圆盘上边的凸台D，D使得深蓝色构建向上运动，从而使得悬挂绑扎线的圆柱向下旋转，在重力的作用下，绑扎线掉落到“8”字中心，并悬挂在其上，为下一步拧线做好准备，深蓝色构件在经过凸台后由弹簧复位。 主要部件尺寸及参数

12、E的竖直杆直径为20，形成开口为20的“U”形绑扎线。2.2.3 绑线机构图7 设计原理说明 如图7所示为该小电器引出线绑扎机的绑线机构实体简图，整个个机构由轴承固定竖直面内。A为可绕销钉转动拐杆，其上部有夹紧功能。B为一锥齿轮（图中未画出锥齿），图中黄线画出的为弹簧。当绕“8”字动作完成后，锥齿轮B在另一非完全锥齿B1（后边参数设计时介绍）的带动下向下运动并绕竖直轴线旋转。当凸轮向下运动时，A会向中间靠拢，产生对“U”形绑扎线的夹紧动作，当B旋转时实现绑扎线的拧紧。非完全锥齿B1转过一定的角度后，整个机构在弹簧作用下会向上运动，同时A松开，为下一步扫线做好准备，此时拧线动作的一个周期完成。

13、主要部件尺寸及设计参数 锥齿轮B：锥齿轮B为标准锥齿轮，其分度圆直径为45，模数取3，对应齿数为15，厚度为10； 锥齿轮B1：锥齿轮B1为一非完全锥齿轮，其270o角内有锥齿，且对应分度圆直径为120，模数为3，90o角内无锥齿且回转半径为45，厚度为10，其轮廓如下图：图8 扫线机构凸轮3 设计原理说明该机构主要通过一凸轮带动一摆杆运动实现将已经绑扎好的引出线从工作台上扫落下来的动作。主要部件尺寸及设计参数 凸轮3设计参数：基圆半径为50，推程为20，无近休，推程凸轮转角为22.5o，远休凸轮转角为315o，回程凸轮转角为22.5o。2.3 原动机的选择 为了提高系统稳定性，该小电器引出线

14、绑扎机运动速度要相对较低，并且需要的传动力矩不大，所以选择八级电机（转速为750r/min）作为输入原动机较易实现减速，且能够满足传动力矩要求。用涡轮蜗杆减速器进行100倍减速后输入绕线机传动机构，通过齿轮系调整实现各部件指定要求的传动。涡轮握杆减速环节不做专门介绍，所以后边传动关系的实现是直接以减速后7.5r/min作为输入速度的。2.4 执行机构运动协调性（运动循环图）设计 2.4.1 传动轮系简图 图8 该小电器引出线绑扎机内部各个凸轮，曲柄的旋转运动都由齿轮（未特殊说明情况下均为标准齿轮）带动，图8为各传动齿轮的传动关系图。1为带动凸轮1转动的齿轮，2为带动凸轮2转动的齿轮，3为带动凸

15、轮3转动的齿轮，4为带动曲柄转动的齿轮（图中有两个4，由不同传动方式驱动，实现所绕“8”字的全书调节），B和B1为前边介绍过的锥齿轮和不完全锥齿轮。（注：由于凸轮1和凸轮2分别有两个，且两个空间排布方式对称，实现的功能相同，运动和驱动原理相同，故在该传动系统图中均只画出了一个）2.4.2 实现各执行构件运动协调性的设计参数 根据图8将各传动齿轮的设计参数及部分设计原理描述如下：图8最左端为7.5r/min的输入，其运动周期为8s。凸轮1的运动周期为1s，所致齿轮1要完成8倍加速，由于机构的实际尺寸所限这里采用两级加速实现。其设计参数如下：齿轮分度圆直径模数齿数14022011160280116

16、032012120340 表1凸轮2的转动周期为8s，与输入等速传动，齿轮2的分度圆直径选80，模数选4，对应齿数为20。凸轮3的转动周期为8s，与输入等速传动，齿轮3的分度圆直径选80，模数选4，对应齿数为20。齿轮4带动曲柄转动，曲柄转动周期为5s，所以该部分传动由齿轮C带动不完全齿轮41或43做整周回转，两个不完全的特点为5/8周内有齿，3/8周内无齿而不能进行传动。41或43分别实现缠绕五圈和缠绕六圈，全齿轮C：五圈缠绕：5/8 D(41)=5d D(41)=8d六圈缠绕：5/8 D(43)=6d D(43)=9.6d（注：d为齿轮4分度圆直径，D（41）为齿轮41分度圆直径，D(43

17、)为齿轮43分度圆直径）五圈缠绕采用两级加速调节实现，六圈采用三级加速调节实现，个齿轮设计参数如下表：齿轮分度圆直径模数齿数4502254110025041502254116025042150275425022543100250435022543128240表2锥齿轮B和不完全锥齿轮B1的设计参数在前边已经给出，锥齿5要在2s内实现旋转运动完成拧线动作，这里用了两级加速调节实现，将从主轴传动过来的1/4圈带动5做两周会转的运动调节为不完全锥齿B1的3/4圈带动B做两周回转，各齿轮设计参数如下表：齿轮分度圆直径模数齿数B1301.520B1601.540C140220C60230表32.4.3

18、系统运动循环图图9图表说明：如图9在单个循环周期内，前5s齿轮4带动曲柄旋转实现绕线动作，5s后齿轮4不转动；凸轮2前五秒在远休端，保证绕线柱在上方，后一秒在近休端，保证绕线柱在下方；凸轮3前7s保证扫线杆不动作，后1秒完成扫线；锥齿B在5-7s完成绑线，其他时间不转动，从而各机构之间相互配合完成一个周期的绕线并做好下一循环的准备。2.5 方案的评价及优选2.5.1 方案的评价对于该机械系统，分别从运动性能、动力性能、经济性、结构紧凑性等方面进行简单的评价。评价结果如表4所示：评价指标具体项目简单评价连杆机构凸轮机构齿轮机构运动性能运动规律、运动轨迹任意性较差基本上实现任意的运动过规律一般做定

19、比传动运动精度较低较高高动力性能传力特性一般一般较好冲击、振动、噪声较大较小小经济性能加工难易容易难一般维护方便性较方便较麻烦较方便结构紧凑性运动空间较大较小较小结构复杂性较复杂一般简单 表42.5.2 方案的优选 在实现“8”字形缠绕时我们有多种不同的方案，有通过模具实现的，又通过连杆机构实现的，但这些方法实现起来稳定性均不高，而且都被“8”字形所“束缚”，最后我们选择了这种凸轮与取柄滑块配合的缠绕方式，虽然没有走出严格“8”字形路线，但由于是软质细线，只要进行交替缠绕便可达到要求的效果，由此可以看出绕“8”字的本质并不是模仿“8”字路线。而且我们选择的这种方式易于实现八字长度的多几调节，由

20、于工业上大多都是批量生产，所以调节机制设定为手动调节，并不影响生产效率。 在实现绕线柱前后移动时我们还提出了平底推杆凸轮机构的方案，如下图： 图10但是经过严格机选分析后实现要实现相等距离的移动平底推杆的凸轮尺寸过大，经济性不高，制造难度大，冲击大，噪音大，而且要用到弹簧机构，增加了系统的不稳定性，所以改用槽型凸轮机构很好地解决了这一问题。 由于实际机械尺寸空间的限制该机械系统在传动时多次采用了分级加速或减速调节，大大减小了设备尺寸，经济性更好，而且使得各机构配合更为紧凑。3. 相关机构的尺度综合 按照相应的设计尺寸，该小电器引出线绑扎机的部分结构三维实体图绘制如下（图11，图12）： 图11

21、 图12（注：为了不影响部分运动机构的表达图中有部分构件未装配，所有齿轮未装配，前边已经给出了所有传动齿轮的设计参数，该机械系统所有传动齿轮均在水平面或竖直面内旋转，所以实现竖直和水平面内的传动转换只需要用一对等速传动的直角锥齿轮即可。）4.机械系统相关性能分析或说明 该小电器引出线绑扎机为六级可调的绕线绑扎装置，其绕行“8”字长度由曲柄和绕线柱实现三级可调，可以绕出周长为30，40，50的“8”字，其缠绕圈数由两个不完全齿轮分别对应实现5圈和6圈缠绕。尺寸设计时进行了较高精度的数学分析，所以系统的稳定性相对较高，从而可以适当提高绕线速度，生产效率高。更多的采用齿轮传动，也使得系统稳定性较好。系统的间歇性协调运动均有满足特定设计要求的齿轮实现，运动精度相对较高。但是用到的不完全锥齿轮B1生产成本较高，且配合弹簧机构实现上下运动，对齿轮的磨损较大，稳定性也相对较查，但是原理上能够满足设计要求，实现目标。此外所有零件尺寸设计均是根据原理实现和空间尺寸排布来设计的，并未进行强度校核和考虑加工工艺等因素，所以并不完全合理。5. 课程设计体会及建议5.1 心得体会 通过这次课程