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1、机械原理课程设计设 计 题 目：书本打包机机构设计 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化专业 姓 名:学 号：指 导 老 师：目录一：设计题目书本打包机设计及说 二：工作流程及工艺动作过三原始数据与设计要求四 机构设计方案初选（一）横向送书机构（二）纵向送书机构（三）送纸机构（四）裁纸机构（五）折边、折角机构（六）涂胶、贴封签、烘干机构 五、电动机的选择 六整体方案图 七课程总结一：设计题目书本打包机设计及说设计书本打包机中的推书机构，送纸机构及裁纸机构1 书本打包机是用牛皮纸将一摞书（5 本一摞）包成一包，并在两端涂浆糊和贴好标签，如下图所示：二：工作流程及工艺动作过书摞包、封过
2、程工艺顺序及各工位布置分别如图二、三所示，分述如下: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 的六摞书贴紧在一起。(3) 送包装纸。包装纸原为整卷筒纸，由上向下送够长度后 进行裁切。(4) 继续推书前进到工位b,在工位b处书摞上下方设置 有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实 现三面包，这一工序共推动ag的七摞书。(5) 推书机构回程，折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状 再折两端上、下边。(6) 继续折前角。将包装纸折成如图三实线所示位置的形 状。(7) 再次推书前进折后角。推书机构又进到下一循环的工序 (4),此时将工位b上的书
3、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。(8) 在实现上一步工序的同时，工位 c 的书被推至工位 d。(9) 在工位 d 处向两端涂浆糊。(10) 在工位 e 贴封签。(11) 在工位f、g,用电热器把浆糊烘干。(12) 在工位h，人工将包封好的书摞取下三原始数据与设计要求：打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围1. 机构的尺寸范围A= 2000 mm，B= 1600 mm。工作台面位置： = 400 mm主轴位置：x = 10001100 mm, y = 300400 mm； 纸卷位置： = 300 mm， = 300 mm。为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工
4、作台面以下2. 工艺要求的数据书摞尺寸：宽度&= 130140 mm；长度 b= 180220 mm；髙度 c= 180220 mm。推书起始位置： = 200 mm。推书行程：H= 400 mm。推书次数（主轴转速）：n=10 r/min四机构设计方案初选机构设计主要包括横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁 纸机构、折角、折边机构、涂浆糊贴标签烘干机构的设计，以实现 书本打包的功能。（一） 横向送书机构1.机构的运动要求：由横向推书机构与主轴转角的关系得：横向推书机构在120340期间进行推书运动：120340推头推书，340360推头退回，0120推头不动。2.运动方案的比较与选择：
5、初步设计方案如下面三图所示：方案一方案二方案三对于横向送书机构来说，有三种机构方案可以选择。其优缺点对比如下图所示。方案一方案二方案三优点运动机构比 较简单能够比 较精确的控制 推书的速度，便 于在适当的时 间内把书推到 相应位置运动机构比 较简单，只有连 杆和滑块组成， 容易加工制造， 并且制造成本 比较低。能够精确的 控制推书的速 度，便于在适当 的时间内把书 推到相应位置， 不妨碍其他机 构的执行。缺点由齿轮和焊接在齿轮上的连杆组成，容易运动机构的运动速度比较难控制，不能精运动复杂，制造成本髙磨损，加工成本 髙。确地在规定时 间内把书推到 规定的地点。综合上述对三个方案的全方位比较，选择
6、方案一机构比较符合 我们对于打包过程的准确性和经济的适用性。3. 所选方案的工作原理：通过主动件齿轮的转动带动焊接在齿轮上的连杆运动，从而推动 滑块向前运动，达到推书目的，又因为齿轮和连杆相当于曲柄滑块 运动，所以推书到一定距离后，滑块退回来，准备进行第二次推书， 以此循环运动下去。4所选方案的数据设计因为齿轮和连杆、滑块相当于做曲柄滑块运动，所以必须满足杆 长条件，且在设计的时候把齿轮的圆心和滑块的中心设计在同一水 平面上，即e=0,所以其杆长条件为：rVL,又因为滑块运动距离为H=200+400=600mm，所以可设定L=400mm,r=200mm，齿轮的直径 D=440mm,（二 ） 纵
7、向送书机构1.机构的运动要求:纵向推书机构在机构在0120向推书机构在期间完成纵向推 书动作：080完成单摞推书，80120完成七摞推书， 120220推头回退，220360推头不动。2.运动方案的比较与选择：初步设计方案如下面三图所示方案一方案二方案三方案一方案二方案优点能够比较精确 的控制推书的速 度，便于在适当的 时间内把书推到 相应位置。整个机构较简单，运动也比较简单。机构 简单，占 用空间 小，成本 低。缺点凸轮的制造成本髙，占用空间 大。摆杆的运动规律难以控制。难以 控制推书 的规律。综合上述对三个方案的全方位比较，选择图三机构比较符合我们 对于打包过程的准确性和经济的适用性。3所
8、选方案的工作原理：通过主动件凸轮的转动带动连杆摆动再带动滑块做往复运动，从 而完成纵向推书动作。4所选方案的数据设计由主轴转过的角度和推书的距离可得知凸轮推程运动角为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，仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。凸轮和机构整体的具体设计尺寸如下图所示：(1)按a(max) min确定H1和L用图解法初选L杆长度，找出amax和ami n的大致范围，并保证滑块能达到行程H.根据凸轮机构压力角a1a1，且尺寸愈小愈好的原则设计凸轮轮廓，确定尺寸Hl和基圆半径R,并求出最大（最小）压
9、力角。数据如下：X1(mm)L5(mm)L4(mm)L6(mm)H(mm)amax( )amin( )r(mm)R(mm)203370100115040022.118.940250具体计算如下：Ll=250mm,L2=453mm,d=40mm;amax = arctan(X2/ Y1)=22.1L3=(Ll-L2)/2=(453-250)/2amin = arctan(L3/Yl)=l8.9L=800mmHl=400mm（三）送纸机构1. 机构的运动要求：送书机构在机构在0 200 时停止不动,从200 到360 再 到70 这一区间内完成送纸运动,在转动1 30 送书机构再次进行 运书运动,
10、以此一直循环运动。2. 运动方案的比较与选择：方案一方案二方案一方案二优点能够有效的在主 轴转过一定角度后控 制所放纸的长度，运 动比较精确。机构比较简单，成本低，占用空间小。缺点所需的构件比较复杂，成本髙，齿轮较容易磨损。不能有效的控制放纸的长度，容易影 响整个书本打包机构 的运行。通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符 合我们的设计要求。3所选方案的工作原理：如图所示，1 为纸筒，2、3 和 5 为半径相等的橡胶摩擦圆，4 为与摩擦圆3 相连接在一起的齿轮，6为不完全齿轮，7为与不完全 齿轮相连接在一起的传动轮不完全齿轮 6 随着主轴的转动而转动， 从而带动齿轮 4 转动
11、，不完全齿轮 6 又通过齿轮 4 带动橡胶摩擦圆 3 的转动。最终，橡胶摩擦圆 3 带动纸筒转动，完成送书过程。 4.所选方案的数据设计：（1）对于橡胶摩擦圆 2 和 3 的设计根据书摞的髙度b=180220mm,宽度a=130140mm,且所需纸的长 度l=3a+b，可以算出所需纸的长度l=570640mm。假设橡胶摩擦圆 3转动1圈完成送纸，即 nd=l，求出橡胶摩擦圆3的直径 d=181203mm。因此可以选择d=200mm。因为橡胶摩擦圆2和5的作 用为使纸张沿着胶摩擦圆 3 的切线方向垂直向下传动，所以橡胶摩 擦圆 2和 5的直径应该与橡胶摩擦圆 3的直径相等。 （2）不完全齿轮5，
12、传动轮6和齿轮4的的设计先假设齿轮4的直径为100mm。使用标准齿轮，齿数为20，模数 为5,则不完全齿轮6转过230(360 -200+70)时，齿轮4 转过1圈。即100n=D*(230/180)n，推出不完全齿轮5直 径D=78mm，并且其光滑面为130。传动轮7只起到传动作用，所 以可以设定其直径为50mm。(四) 裁纸机构1. 机构的运动要求：裁纸机构在主轴开始转动70。开始进行裁切，到80时裁切过 程结束。80到360之间，裁纸机构不进行裁切工作，只是继续 转动回到原位。2. 运动方案的比较与选择：方案一方案二方案一方案二优点能够通过凸轮的 转动使摆杆和裁切刃 转动达到裁切目的，
13、运动过程简单且有 效。机构比较简单缺点凸轮磨损，摆杆的 摆动角度容易受到凸 轮对杆的冲击的影 响。很难控制裁纸的长度和裁纸时间。通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符合我们的设计要求。3所选方案的工作原理：如图所示，1为凸轮，2为传动轮， 4为与连杆连接的滚子。当 凸轮转动70时，其开始与滚子5接触，并推动连杆绕铰链4向下 做圆周转动，通过铰链的作用使裁切刃往上转动，达到裁切目的。 在凸轮轮2转动到80时，开始与滚子5分开，继续转动，而滚子在 弹簧的作用下回到原位，裁切刃也随着回到原位。4.所选方案的数据设计：设定传动轮2直径为75mm。因为裁切过程为10，所以可设定 ZAB
14、D=10, L1长度为200mm，L2长度为200mm。滚子4直径d为 40mm ，根据裁切机构的运动过程可设定凸轮1的运动规律为正弦加 速度运动，最小基圆半径为58.8，推程为98.8mm，压力角为20。（五）折边、折角机构1. 机构的运动要求:折边机构的作用区间为1 8 0 到340 ， 0 到1 8 0 之间折边机 构不进行折边工作， 340到360 ，折边机构退回原位。2. 运动方案的比较与选择：（1）折边机构方案一方案二方案一方案二优点能够一次性完成折边工作，效率髙机构较简单，占用空间小缺点占用空间较大，机构比较复杂只能折上面和两侧的边，工作效率低通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符 合我们的设计要
