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1、机械原理课程设计机械原理课程设计书本打包机设计书本打包机设计 2021/6/161目目 录录一、设计题目及工作原理与工艺动作分解一、设计题目及工作原理与工艺动作分解二、各机构具体设计与方案确定二、各机构具体设计与方案确定三、机构组合及各机构运动循环图三、机构组合及各机构运动循环图四、注意事项四、注意事项2021/6/162一、设一、设 计计 题题 目目 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，如图所示2021/6/163书本打包机的工作原理及工艺动作分解书本打包机的工作原理及工艺动作分解 送书送书：横向送一摞书。：横向送一摞书。 推推书书：纵纵向向推推一一摞
2、摞书书到到工工位位a a，使使它它与工位与工位bgbg上的六摞书贴紧。上的六摞书贴紧。 送送纸纸：书书推推到到工工位位a a前前，包包装装纸纸已已先先送送到到位位。包包装装纸纸原原为为整整卷卷筒筒纸纸，由由上向下送够长度后进行裁切。上向下送够长度后进行裁切。 继继续续推推书书前前进进至至工工位位b b，由由于于在在工工位位b b的的书书摞摞上上下下方方设设置置有有挡挡板板，以以挡挡住住书书摞摞上上下下方方的的包包装装纸纸，所所以以书书摞摞推推到到b b时时实实现现包包三三面面。这这个个工工序序中中推推书书机构共推动机构共推动agag的的7 7摞书。摞书。2021/6/164书本打包机的工作原理
3、及工艺动作分解书本打包机的工作原理及工艺动作分解 推书机构回程时，折纸机构动作，推书机构回程时，折纸机构动作， 先折侧边先折侧边( (将纸卷包成筒状将纸卷包成筒状) )，再折，再折 两端上、下边。两端上、下边。 继续折前角。继续折前角。 上步动作完成后，推书机构已进到上步动作完成后，推书机构已进到 下下一一循循环环的的工工序序，此此时时将将工工位位b b上上的的书书推推到到工工位位c c。在在此此过过程程中中，利利用用工工位位c c两两端端设设置置的的挡挡板板实实现现折折后角。后角。 推推书书机机构构又又一一次次循循环环到到工工序序时时，将工位将工位c c的书摞推到工位的书摞推到工位d d。2
4、021/6/165书本打包机的工作原理及工艺动作分解书本打包机的工作原理及工艺动作分解 在工位在工位d d向两端涂胶。向两端涂胶。 在工位在工位e e贴封签。贴封签。 在工位在工位f f、g g，用电热器把用电热器把 胶烘干。胶烘干。 在工位在工位h h时，用人工将包时，用人工将包 封好的书摞取下封好的书摞取下。 2021/6/166二、各机构具体设计方案二、各机构具体设计方案1、横向送书机构横向送书机构2、纵向推书机构、纵向推书机构3、送纸机构、送纸机构4、裁纸机构、裁纸机构5、折、折边、折边、折角机构角机构6、涂浆糊、涂浆糊、贴标签以及烘干机构贴标签以及烘干机构7、传动机构的设计、传动机构
5、的设计2021/6/1671 1、横向送书机构、横向送书机构方案一方案一： 此此方案的主要执行机构为凸轮机构和齿轮齿条方案的主要执行机构为凸轮机构和齿轮齿条机构，其机构简图如图所示。机构，其机构简图如图所示。 工作原理：通过主动件凸轮的转动将速度通过工作原理：通过主动件凸轮的转动将速度通过齿条齿条2齿条齿条2带动齿轮带动齿轮1,2转动，并且由齿轮转动，并且由齿轮1,2控控制不同的传动比制不同的传动比齿轮齿轮1带动齿条带动齿条1和其上推头横和其上推头横向运动完成横向送书动作。向运动完成横向送书动作。2021/6/1681 1、横向送书机构、横向送书机构比较方案：比较方案： 此方案采用传送带来完成
6、横向送书的动作，其结此方案采用传送带来完成横向送书的动作，其结构如图所示。构如图所示。 工作原理：轮工作原理：轮1为主动件，带动传送带顺时针转为主动件，带动传送带顺时针转动，书本放在传送带上，利用摩擦力将书本送到工作动，书本放在传送带上，利用摩擦力将书本送到工作台上。台上。2021/6/1691 1、横向送书机构、横向送书机构横向送书机构方案横向送书机构方案确定确定 方案一的机构比较复杂，采用的构件较多，加工成本高，但精方案一的机构比较复杂，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，空间占用小为优先考虑。然度高，课程设计以简单加工成本低，空间占用小为优先考虑。然而，凸轮和
7、从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损，而且而，凸轮和从动件之间为高副接触，压强较大，易于磨损，而且传递的动力比较大，磨损就更加严重了。传递的动力比较大，磨损就更加严重了。 比较比较方案的机构简单，容易制造，维护方便，成本低廉；过载方案的机构简单，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；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受摩擦力和带的弹性变形的影响，所以
8、不能保证准确的传动比, 效率较低。效率较低。 经过比较，推选经过比较，推选第二种第二种方案为最佳方案。方案为最佳方案。2021/6/16102 2、纵向推书机构、纵向推书机构 纵向推书机构纵向推书机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆滑块推的主要执行机构为凸轮机构和连杆滑块推头机构。头机构。 工作原理：凸轮为主动件，凸轮的转动使连杆摆动，从而工作原理：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，从而完成纵向推书动作。机构运动循带动滑块推头做往复运动，从而完成纵向推书动作。机构运动循环图如右图所示。纵向推书机构在环图如右图所示。纵向推书机构在0120期间向包书机构完成期间向包书机
9、构完成纵向推书动作：纵向推书动作：080完成单摞推书，完成单摞推书，80120完成七摞推书，完成七摞推书，120220推头回退，推头回退，220360推头不动。推头不动。 此方案此方案的机构有点复杂，采用的机构有点复杂，采用了凸轮、摆杆和连杆滑块，可承受了凸轮、摆杆和连杆滑块，可承受较大的载荷，利于润滑，磨损较小，较大的载荷，利于润滑，磨损较小，形状简单，便于制造加工，安装简形状简单，便于制造加工，安装简单，但随着构件和运动副数目的增单，但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。加，积累误差较大，传动精度不高。2021/6/16112 2、纵向推书机构、纵向推书机构对于本机构的
10、对于本机构的平面连杆机构平面连杆机构运动分析运动分析 平面连杆机构的运动分析方法平面连杆机构的运动分析方法有很多，其中两种方法应用较广泛，有很多，其中两种方法应用较广泛，即瞬心法和杆组法。瞬心法是利用即瞬心法和杆组法。瞬心法是利用机构的瞬时速度中心求解机构的运机构的瞬时速度中心求解机构的运动问题。杆组法的理论依据为机构动问题。杆组法的理论依据为机构组成原理。在这里选择杆组法。组成原理。在这里选择杆组法。 对于凸轮，采用高副低代的方对于凸轮，采用高副低代的方法进行分析。平面连杆机构运动图法进行分析。平面连杆机构运动图与与平面连杆机构的杆组如图所示平面连杆机构的杆组如图所示。2021/6/1612
11、2 2、纵向推书机构、纵向推书机构计算方法：计算方法：位置分析位置分析: :速度分析速度分析: :加速度分析加速度分析: :2021/6/16133 3、送纸机构、送纸机构 送纸送纸机构机构工作原理：用皮带轮控制工作原理：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，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。面与齿轮相切，实现传纸的间歇。 优缺点：优缺
12、点：机构简单，空间构件灵活，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，对机构整体的稳定产生冲击，载荷不大，对机构整体的稳定性影响不大。性影响不大。2021/6/16143 3、裁纸机构、裁纸机构方案一：方案一：方案二：方案二： 方案二的工作原理：凸轮为原方案二的工作原理：凸轮为原动件，凸轮推动推杆先前运动，上动件，凸轮推动推杆先前运动，上下两边的压块先压紧牛皮纸，刀具下两边的压块先压紧牛皮纸，刀具再向前将纸裁断。再向前将纸裁断。 方案一工作原理：曲柄
13、为主动件，方案一工作原理：曲柄为主动件，曲柄的转动带动摆杆摆动，摆杆的摆曲柄的转动带动摆杆摆动，摆杆的摆动带动刀具的往复运动，从而完成裁动带动刀具的往复运动，从而完成裁纸动作。纸动作。 方案一的机构结构较为简单，制作简单方便，易装配，稳定性好，并满足剪纸要求，然方案一的机构结构较为简单，制作简单方便，易装配，稳定性好，并满足剪纸要求，然而，四杆机构的计算难度大，剪纸不够稳定，有急回性。而，四杆机构的计算难度大，剪纸不够稳定，有急回性。 方案二的机构直观，简单地实现裁纸工作，使用上下两边的压块来控制压紧与切纸，裁方案二的机构直观，简单地实现裁纸工作，使用上下两边的压块来控制压紧与切纸，裁纸稳定，
14、结构紧凑，所占用的空间小。但装配困难。纸稳定，结构紧凑，所占用的空间小。但装配困难。 比较以上两种方案，选择方案二，结构简单，容易制造、稳定性好，易实现压紧与剪纸比较以上两种方案，选择方案二，结构简单，容易制造、稳定性好，易实现压紧与剪纸和其它机构的运动时间配合。和其它机构的运动时间配合。2021/6/16153 3、裁纸机构、裁纸机构裁纸机构凸轮分析裁纸机构凸轮分析：裁纸过程中主轴转角为裁纸过程中主轴转角为7080。为了防止从动件运动。为了防止从动件运动过程中产生冲击，要求推程时从过程中产生冲击，要求推程时从动件运动规律按正弦规律变化。动件运动规律按正弦规律变化。回程过程中仍旧按正弦加速度规
15、回程过程中仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。凸轮的最大推程为律设计凸轮。凸轮的最大推程为50mm，设计凸轮从动件是直动，设计凸轮从动件是直动型的，基圆半径型的，基圆半径50mm，滚子半，滚子半径径10mm。设计裁纸刀距离纸张设计裁纸刀距离纸张40mm，图为从动件运动位移与凸轮转，图为从动件运动位移与凸轮转角关系。角关系。2021/6/16163 3、裁纸机构、裁纸机构凸轮参数计算凸轮参数计算一、最大压力角一、最大压力角 凸轮机构在运动过程中，其压力角凸轮机构在运动过程中，其压力角是不断变化是不断变化的。为了观察机构压力角的变化情况，以找出最的。为了观察机构压力角的变化情况，以找出最大压力角，可对机
16、构进行大压力角，可对机构进行高副低代高副低代，换成低副机，换成低副机构加以观察。滚子中心可视为从动件尖端，它与构加以观察。滚子中心可视为从动件尖端，它与理论轮廓线形成高副接触。理论轮廓线形成高副接触。 计算时可将某一位置时滚子中心与凸轮接触点的计算时可将某一位置时滚子中心与凸轮接触点的曲率中心分别代以转动副铰接一个虚拟构件来代曲率中心分别代以转动副铰接一个虚拟构件来代替高副，从而得到一个曲柄滑块机构。替高副，从而得到一个曲柄滑块机构。经作图计算，最大压力角经作图计算，最大压力角为为=36.5=3038二、最小曲率半径二、最小曲率半径校核实际轮廓线的最小曲率半径时，校核实际轮廓线的最小曲率半径时
17、，由由a min +滚子半径滚子半径r = min得最得最小曲率半径，由高数公式小曲率半径，由高数公式 =（x2+y2）2/3/xy” - x”y，并逐，并逐点求解得最小曲率半径点求解得最小曲率半径min 。2021/6/16174 4、折边、折角机构、折边、折角机构折边机构折边机构方案对比：方案对比：方案一的机构通过凸轮较小幅方案一的机构通过凸轮较小幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的间隙闭合开启运动，而且可以同度的间隙闭合开启运动，而且可以同时折好上下边，提高了工作效率。另时折好上下边，提高了工作效率。另外，由于凸轮回转幅度较小，因而整外，由于凸轮回转幅度
18、较小，因而整体机构所占空间小，整体显得十分紧体机构所占空间小，整体显得十分紧凑；但是其折边的品质不能够保证，凑；但是其折边的品质不能够保证，折的不是非常好，凸轮轮廓设计较困折的不是非常好，凸轮轮廓设计较困难。难。方案二的机构通过模拟人的双方案二的机构通过模拟人的双手包东西形式来包书本，虽然其机构手包东西形式来包书本，虽然其机构占用的空间大，但是其保证了包书的占用的空间大，但是其保证了包书的品质，包得更好。机构简单，易设计。品质，包得更好。机构简单，易设计。通过比较，为了更好地包书品通过比较，为了更好地包书品质，选择方案二。质，选择方案二。方案一：方案一：方案一的主要执行机构为方案一的主要执行机
19、构为凸轮、连杆和摆杆机构凸轮、连杆和摆杆机构，通过通过凸轮的回转运动，带动连杆摆凸轮的回转运动，带动连杆摆动，进而实现假肢杆件的间隙动，进而实现假肢杆件的间隙闭合开启运动，实现折上下边闭合开启运动，实现折上下边的功能。的功能。 方案二的主要执行机构为槽方案二的主要执行机构为槽轮和轮和圆圆锥齿轮机构，由圆柱槽轮锥齿轮机构，由圆柱槽轮机构带动折边机构，行程为机构带动折边机构，行程为150mm，其中折前侧边与两端，其中折前侧边与两端上边机构固连，且两端的折边爪上边机构固连，且两端的折边爪比侧边的折边爪滞后比侧边的折边爪滞后40mm，下，下边机构对称。圆柱槽轮的转动带边机构对称。圆柱槽轮的转动带动折边
20、爪上下运动，来完成折边动折边爪上下运动，来完成折边的工作。的工作。方案二：方案二：2021/6/16184 4、折边、折角机构、折边、折角机构折折角角机构机构方案对比：方案对比：方案一：方案一：方案二：方案二： 方案一的折前角机构的主要执行机方案一的折前角机构的主要执行机构为一个随轴回转的半球形转子，该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。后角子刚好转过来实现折前角的功能。后角利用固定挡板折好。利用固定挡板折好。 方案二的主要执行机构为一个随轴转动的矩形方案二的主要执行机构为一个随轴转动的矩形框和齿
21、轮机构，框和齿轮机构，该该机构为由齿轮带动的，做圆周运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利通过。当运动方向，以便书两边所带的纸能够顺利通过。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，将其轴作半周圆周运动，使竖直滚轮掠过前角边，将其折起。折起。此此方案的机构的工作效率更高，因此选择方方案的机构的工作效率更高，因此选择方案二。案二。2021/6/16195 5、涂浆、贴标签、烘干涂浆、贴标签、烘干
22、机构机构 涂浆贴标签烘干机构的工作原涂浆贴标签烘干机构的工作原理：通过凸轮的转动带动与凸轮连理：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接的轮轴，并使其上面的水平板块做水平往复运动，四个长方体相邻做水平往复运动，四个长方体相邻两长方体间隔两长方体间隔130140mm（书摞（书摞的宽度），恰好为两摞书中点之间的宽度），恰好为两摞书中点之间的距离，在推书机构把第二摞书推的距离，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。标签处。直至最后完成烘干。 机构主要执行机构为移动凸轮机构主要执行机构为移动凸轮和曲柄滑块机构，曲柄
23、的转动带动移和曲柄滑块机构，曲柄的转动带动移动凸轮上下移动，使涂浆贴标签烘干动凸轮上下移动，使涂浆贴标签烘干触头前后移动，从而完成涂浆贴标签触头前后移动，从而完成涂浆贴标签和烘干的工作。和烘干的工作。2021/6/16206 6、传动机构、传动机构传动装置设计传动装置设计：传动装置的高速级齿轮传动装置的高速级齿轮z1做成斜齿轮，低速做成斜齿轮，低速级齿轮做成直齿轮。结构较复杂，但齿轮对于轴级齿轮做成直齿轮。结构较复杂，但齿轮对于轴承对称布置，载荷沿齿宽均匀发布，轴承受载均承对称布置，载荷沿齿宽均匀发布，轴承受载均匀。适合运用于变载荷场合。电动机选择常用匀。适合运用于变载荷场合。电动机选择常用1
24、000r/min的电机。的电机。传动比计算传动比计算： 由选定的数据：电动机转速由选定的数据：电动机转速n1=1000r/min，主轴转速，主轴转速n4=10r/min，传动比为，传动比为100可通过计算得到各个齿轮的齿数。可通过计算得到各个齿轮的齿数。 计算过程：计算过程： i14=d2*z2*z4d1*z1*z3=100取轮取轮1直径直径d1=15mm ，轮，轮2直径直径d2=25mm ，z1=20 ，z2=135 ，z3=18 ，z4=160，模数，模数m=2 ，压力角，压力角=202021/6/1621各机构运动循环图各机构运动循环图2021/6/1622以主轴以主轴O O的转角表示运
25、动时间，说明如下：的转角表示运动时间，说明如下： 主轴O 转动150为横向送书机构静止时间；再转动190横向送书机构将书推送到位；再转动20期间横向送书机构回到起始位置。2 2 主轴从0转动到120为推书时间；从120到220为快速退回时间；从220到360为停止不动时间。 主轴O转动330为裁切机构静止的时间；再转动10为裁刀裁切的时间；再转动20为裁刀复位的时间。主轴O 转动180为折侧边、折两端上下边、折前角各机构静止的时间；再转动160为各机构折边的时间；再转动20为各机构复位的时间。 2021/6/1623四、方案设计注意事项四、方案设计注意事项1)1)要求推书机构执行构件的运动为间
26、歇移动。能满足这一运动要求的有移动从动杆圆柱要求推书机构执行构件的运动为间歇移动。能满足这一运动要求的有移动从动杆圆柱凸轮机构，移动从动杆圆盘凸轮机构或凸轮机构与曲柄滑块机构的组合机构等。凸轮机构，移动从动杆圆盘凸轮机构或凸轮机构与曲柄滑块机构的组合机构等。2) 送纸机构可采用橡胶摩擦轮传动，将纸自上而下地传送，传送一定量距离后，与最后送纸机构可采用橡胶摩擦轮传动，将纸自上而下地传送，传送一定量距离后，与最后一个摩擦轮同轴的盘形凸轮推动裁纸刀将纸裁断。一个摩擦轮同轴的盘形凸轮推动裁纸刀将纸裁断。 3)3)折边机构的执行构件可采用曲柄摇杆机构或摆动凸轮机构的摆杆来担任。折边机构的执行构件可采用曲柄摇杆机构或摆动凸轮机构的摆杆来担任。4)4)实现各分功能要求的机构由同一主轴驱动，在一个循环周期内，各执行构件交替动作，实现各分功能要求的机构由同一主轴驱动，在一个循环周期内，各执行构件交替动作，不能互相干涉和延迟，在设计中应考虑给予一定的余量。不能互相干涉和延迟，在设计中应考虑给予一定的余量。5 5）要求所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。）要求所设计机构的性能要良好，结构简单紧凑，节省动力，寿命长，便于制造。2021/6/1624 结结束束语语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
