1、機械原理課程設計機械原理課程設計書本打包機設計書本打包機設計 目目 錄錄一、設計題目及工作原理與工藝動作分解一、設計題目及工作原理與工藝動作分解二、各機構具體設計與方案確定二、各機構具體設計與方案確定三、機構組合及各機構運動循環圖三、機構組合及各機構運動循環圖四、注意事項四、注意事項一、設一、設 計計 題題 目目 書本打包機是用牛皮紙將一摞書（5本一摞）包成一包，并在兩端涂漿糊和貼好標簽，如圖所示書本打包機的工作原理及工藝動作分解書本打包機的工作原理及工藝動作分解 送書送書：橫向送一摞書。：橫向送一摞書。 推書：縱向推一摞書到工位推書：縱向推一摞書到工位a a，使它使它與工位與工位bgbg上的

2、六摞書貼緊。上的六摞書貼緊。 送紙：書推到工位送紙：書推到工位a a前，包裝紙已先前，包裝紙已先送到位。包裝紙原為整卷筒紙，由送到位。包裝紙原為整卷筒紙，由上向下送夠長度后進行裁切。上向下送夠長度后進行裁切。 繼續推書前進至工位繼續推書前進至工位b b，由于在工位由于在工位b b的書摞上下方設置有擋板，以擋住的書摞上下方設置有擋板，以擋住書摞上下方的包裝紙，所以書摞推書摞上下方的包裝紙，所以書摞推到到b b時實現包三面。這個工序中推書時實現包三面。這個工序中推書機構共推動機構共推動agag的的7 7摞書。摞書。書本打包機的工作原理及工藝動作分解書本打包機的工作原理及工藝動作分解 推書機構回程時

3、，折紙機構動作，推書機構回程時，折紙機構動作， 先折側邊先折側邊( (將紙卷包成筒狀將紙卷包成筒狀) )，再折，再折 兩端上、下邊。兩端上、下邊。 繼續折前角。繼續折前角。 上步動作完成后，推書機構已進到上步動作完成后，推書機構已進到 下一循環的工序，此時將工位下一循環的工序，此時將工位b b上的書推到工位上的書推到工位c c。在此過程中，在此過程中，利用工位利用工位c c兩端設置的擋板實現折兩端設置的擋板實現折后角。后角。 推書機構又一次循環到工序時，推書機構又一次循環到工序時，將工位將工位c c的書摞推到工位的書摞推到工位d d。書本打包機的工作原理及工藝動作分解書本打包機的工作原理及工藝

4、動作分解 在工位在工位d d向兩端涂膠。向兩端涂膠。 在工位在工位e e貼封簽。貼封簽。 在工位在工位f f、g g，用電熱器把用電熱器把 膠烘干。膠烘干。 在工位在工位h h時，用人工將包時，用人工將包 封好的書摞取下封好的書摞取下。 二、各機構具體設計方案二、各機構具體設計方案1、橫向送書機構橫向送書機構2、縱向推書機構、縱向推書機構3、送紙機構、送紙機構4、裁紙機構、裁紙機構5、折、折邊、折邊、折角機構角機構6、涂漿糊、涂漿糊、貼標簽以及烘干機構貼標簽以及烘干機構7、傳動機構的設計、傳動機構的設計1 1、橫向送書機構、橫向送書機構方案一方案一： 此此方案的主要執行機構為凸輪機構和齒輪齒方

5、案的主要執行機構為凸輪機構和齒輪齒條機構，其機構簡圖如圖所示。條機構，其機構簡圖如圖所示。 工作原理：通過主動件凸輪的轉動將速度通過工作原理：通過主動件凸輪的轉動將速度通過齒條齒條2齒條齒條2帶動齒輪帶動齒輪1,2轉動，并且由齒輪轉動，并且由齒輪1,2控控制不同的傳動比制不同的傳動比齒輪齒輪1帶動齒條帶動齒條1和其上推頭橫和其上推頭橫向運動完成橫向送書動作。向運動完成橫向送書動作。1 1、橫向送書機構、橫向送書機構比較方案：比較方案： 此方案采用傳送帶來完成橫向送書的動作，其結此方案采用傳送帶來完成橫向送書的動作，其結構如圖所示。構如圖所示。 工作原理：輪工作原理：輪1為主動件，帶動傳送帶順時

6、針轉為主動件，帶動傳送帶順時針轉動，書本放在傳送帶上，利用摩擦力將書本送到工作動，書本放在傳送帶上，利用摩擦力將書本送到工作臺上。臺上。1 1、橫向送書機構、橫向送書機構橫向送書機構方案橫向送書機構方案確定確定 方案一的機構比較復雜，采用的構件較多，加工成本高，但精方案一的機構比較復雜，采用的構件較多，加工成本高，但精度高，課程設計以簡單加工成本低，空間占用小為優先考慮。度高，課程設計以簡單加工成本低，空間占用小為優先考慮。然而，凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損，然而，凸輪和從動件之間為高副接觸，壓強較大，易于磨損，而且傳遞的動力比較大，磨損就更加嚴重了。而且傳遞的動力比較大，磨

7、損就更加嚴重了。 比較比較方案的機構簡單，容易制造，維護方便，成本低廉；過載方案的機構簡單，容易制造，維護方便，成本低廉；過載時，帶在輪面上打滑，可以防止損壞其他零件，起安全保護作時，帶在輪面上打滑，可以防止損壞其他零件，起安全保護作用；能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩，噪聲小。但是因為用；能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩，噪聲小。但是因為帶傳動受摩擦力和帶的彈性變形的影響，所以不能保證準確的帶傳動受摩擦力和帶的彈性變形的影響，所以不能保證準確的傳動比傳動比, 效率較低。效率較低。 經過比較，推選經過比較，推選第二種第二種方案為最佳方案。方案為最佳方案。2 2、縱向推書機構、縱向推書機構 縱向

8、推書機構縱向推書機構的主要執行機構為凸輪機構和連桿滑塊推的主要執行機構為凸輪機構和連桿滑塊推頭機構。頭機構。 工作原理：凸輪為主動件，凸輪的轉動使連桿擺動，從而工作原理：凸輪為主動件，凸輪的轉動使連桿擺動，從而帶動滑塊推頭做往復運動，從而完成縱向推書動作。機構運動循帶動滑塊推頭做往復運動，從而完成縱向推書動作。機構運動循環圖如右圖所示?？v向推書機構在環圖如右圖所示。縱向推書機構在0120期間向包書機構完期間向包書機構完成縱向推書動作：成縱向推書動作：080完成單摞推書，完成單摞推書，80120完成七完成七摞推書，摞推書，120220推頭回退，推頭回退，220360推頭不動。推頭不動。 此方案此

9、方案的機構有點復雜，采的機構有點復雜，采用了凸輪、擺桿和連桿滑塊，可承用了凸輪、擺桿和連桿滑塊，可承受較大的載荷，利于潤滑，磨損較受較大的載荷，利于潤滑，磨損較小，形狀簡單，便于制造加工，安小，形狀簡單，便于制造加工，安裝簡單，但隨著構件和運動副數目裝簡單，但隨著構件和運動副數目的增加，積累誤差較大，傳動精度的增加，積累誤差較大，傳動精度不高。不高。2 2、縱向推書機構、縱向推書機構對于本機構的對于本機構的平面連桿機構平面連桿機構運動分析運動分析 平面連桿機構的運動分析方法平面連桿機構的運動分析方法有很多，其中兩種方法應用較廣泛，有很多，其中兩種方法應用較廣泛，即瞬心法和桿組法。瞬心法是利用即

10、瞬心法和桿組法。瞬心法是利用機構的瞬時速度中心求解機構的運機構的瞬時速度中心求解機構的運動問題。桿組法的理論依據為機構動問題。桿組法的理論依據為機構組成原理。在這里選擇桿組法。組成原理。在這里選擇桿組法。 對于凸輪，采用高副低代的方對于凸輪，采用高副低代的方法進行分析。平面連桿機構運動圖法進行分析。平面連桿機構運動圖與與平面連桿機構的桿組如圖所示平面連桿機構的桿組如圖所示。2 2、縱向推書機構、縱向推書機構計算方法：計算方法：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: :3 3、送紙機構、送紙機構 送紙送紙機構機構工作原理：用皮帶輪控制工作原理：用皮帶輪控制另一個主動輪

11、，按額定的轉速轉動，通過另一個主動輪，按額定的轉速轉動，通過不完全齒輪控制摩擦輪的運動，當需要送不完全齒輪控制摩擦輪的運動，當需要送紙的時候使不完全齒輪與完全齒輪相嚙合，紙的時候使不完全齒輪與完全齒輪相嚙合，實線送紙，不需要時使不完全齒輪的圓滑實線送紙，不需要時使不完全齒輪的圓滑面與齒輪相切，實現傳紙的間歇。面與齒輪相切，實現傳紙的間歇。 優缺點：優缺點：機構簡單，空間構件靈活，機構簡單，空間構件靈活，穩定性好，設計簡單，精度有保證。但其穩定性好，設計簡單，精度有保證。但其不完全齒輪加工復雜，成本高，工作時會不完全齒輪加工復雜，成本高，工作時會產生沖擊，載荷不大，對機構整體的穩定產生沖擊，載荷

12、不大，對機構整體的穩定性影響不大。性影響不大。3 3、裁紙機構、裁紙機構方案一：方案一：方案二：方案二： 方案二的工作原理：凸輪為原方案二的工作原理：凸輪為原動件，凸輪推動推桿先前運動，上動件，凸輪推動推桿先前運動，上下兩邊的壓塊先壓緊牛皮紙，刀具下兩邊的壓塊先壓緊牛皮紙，刀具再向前將紙裁斷。再向前將紙裁斷。 方案一工作原理：曲柄為主動件，方案一工作原理：曲柄為主動件，曲柄的轉動帶動擺桿擺動，擺桿的擺曲柄的轉動帶動擺桿擺動，擺桿的擺動帶動刀具的往復運動，從而完成裁動帶動刀具的往復運動，從而完成裁紙動作。紙動作。 方案一的機構結構較為簡單，制作簡單方便，易裝配，穩定性好，并滿足剪紙要求，然方案一

13、的機構結構較為簡單，制作簡單方便，易裝配，穩定性好，并滿足剪紙要求，然而，四桿機構的計算難度大，剪紙不夠穩定，有急回性。而，四桿機構的計算難度大，剪紙不夠穩定，有急回性。 方案二的機構直觀，簡單地實現裁紙工作，使用上下兩邊的壓塊來控制壓緊與切紙，裁方案二的機構直觀，簡單地實現裁紙工作，使用上下兩邊的壓塊來控制壓緊與切紙，裁紙穩定，結構緊湊，所占用的空間小。但裝配困難。紙穩定，結構緊湊，所占用的空間小。但裝配困難。 比較以上兩種方案，選擇方案二，結構簡單，容易制造、穩定性好，易實現壓緊與剪紙比較以上兩種方案，選擇方案二，結構簡單，容易制造、穩定性好，易實現壓緊與剪紙和其它機構的運動時間配合。和其

14、它機構的運動時間配合。3 3、裁紙機構、裁紙機構裁紙機構凸輪分析裁紙機構凸輪分析：裁紙過程中主軸轉角為裁紙過程中主軸轉角為7080。為了防止從動件運。為了防止從動件運動過程中產生沖擊，要求推程時動過程中產生沖擊，要求推程時從動件運動規律按正弦規律變化。從動件運動規律按正弦規律變化。回程過程中仍舊按正弦加速度規回程過程中仍舊按正弦加速度規律設計凸輪。凸輪的最大推程為律設計凸輪。凸輪的最大推程為50mm，設計凸輪從動件是直動，設計凸輪從動件是直動型的，基圓半徑型的，基圓半徑50mm，滾子半，滾子半徑徑10mm。設計裁紙刀距離紙張設計裁紙刀距離紙張40mm，圖為從動件運動位移與凸輪轉角圖為從動件運動

15、位移與凸輪轉角關系。關系。3 3、裁紙機構、裁紙機構凸輪參數計算凸輪參數計算一、最大壓力角一、最大壓力角 凸輪機構在運動過程中，其壓力角凸輪機構在運動過程中，其壓力角是不斷變化是不斷變化的。為了觀察機構壓力角的變化情況，以找出最的。為了觀察機構壓力角的變化情況，以找出最大壓力角，可對機構進行大壓力角，可對機構進行高副低代高副低代，換成低副，換成低副機構加以觀察。滾子中心可視為從動件尖端，它機構加以觀察。滾子中心可視為從動件尖端，它與理論輪廓線形成高副接觸。與理論輪廓線形成高副接觸。 計算時可將某一位置時滾子中心與凸輪接觸點的計算時可將某一位置時滾子中心與凸輪接觸點的曲率中心分別代以轉動副鉸接一

16、個虛擬構件來代曲率中心分別代以轉動副鉸接一個虛擬構件來代替高副，從而得到一個曲柄滑塊機構。替高副，從而得到一個曲柄滑塊機構。經作圖計算，最大壓力角經作圖計算，最大壓力角為為=36.5=3038二、最小曲率半徑二、最小曲率半徑校核實際輪廓線的最小曲率半徑時，校核實際輪廓線的最小曲率半徑時，由由a min +滾子半徑滾子半徑r = min得最得最小曲率半徑，由高數公式小曲率半徑，由高數公式 =（x2+y2）2/3/xy” - x”y，并逐點，并逐點求解得最小曲率半徑求解得最小曲率半徑min 。4 4、折邊、折角機構、折邊、折角機構折邊機構折邊機構方案對比：方案對比：方案一的機構通過凸輪較小幅方案一

17、的機構通過凸輪較小幅度的回轉運動實現了假肢桿件較大度的回轉運動實現了假肢桿件較大幅度的間隙閉合開啟運動，而且可幅度的間隙閉合開啟運動，而且可以同時折好上下邊，提高了工作效以同時折好上下邊，提高了工作效率。另外，由于凸輪回轉幅度較小，率。另外，由于凸輪回轉幅度較小，因而整體機構所占空間小，整體顯因而整體機構所占空間小，整體顯得十分緊湊；但是其折邊的品質不得十分緊湊；但是其折邊的品質不能夠保證，折的不是非常好，凸輪能夠保證，折的不是非常好，凸輪輪廓設計較困難。輪廓設計較困難。方案二的機構通過模擬人的雙方案二的機構通過模擬人的雙手包東西形式來包書本，雖然其機手包東西形式來包書本，雖然其機構占用的空間

18、大，但是其保證了包構占用的空間大，但是其保證了包書的品質，包得更好。機構簡單，書的品質，包得更好。機構簡單，易設計。易設計。通過比較，為了更好地包書品通過比較，為了更好地包書品質，選擇方案二。質，選擇方案二。方案一：方案一：方案一的主要執行機構為方案一的主要執行機構為凸輪、連桿和擺桿機構凸輪、連桿和擺桿機構，通過通過凸輪的回轉運動，帶動連桿擺凸輪的回轉運動，帶動連桿擺動，進而實現假肢桿件的間隙動，進而實現假肢桿件的間隙閉合開啟運動，實現折上下邊閉合開啟運動，實現折上下邊的功能。的功能。 方案二的主要執行機構為槽方案二的主要執行機構為槽輪和輪和圓圓錐齒輪機構，由圓柱槽輪錐齒輪機構，由圓柱槽輪機構

19、帶動折邊機構，行程為機構帶動折邊機構，行程為150mm，其中折前側邊與兩端，其中折前側邊與兩端上邊機構固連，且兩端的折邊爪上邊機構固連，且兩端的折邊爪比側邊的折邊爪滯后比側邊的折邊爪滯后40mm，下，下邊機構對稱。圓柱槽輪的轉動帶邊機構對稱。圓柱槽輪的轉動帶動折邊爪上下運動，來完成折邊動折邊爪上下運動，來完成折邊的工作。的工作。方案二：方案二：4 4、折邊、折角機構、折邊、折角機構折折角角機構機構方案對比：方案對比：方案一：方案一：方案二：方案二： 方案一的折前角機構的主要執行方案一的折前角機構的主要執行機構為一個隨軸回轉的半球形轉子，機構為一個隨軸回轉的半球形轉子，該機構隨軸轉動，上下邊折好

20、后，半該機構隨軸轉動，上下邊折好后，半球形轉子剛好轉過來實現折前角的功球形轉子剛好轉過來實現折前角的功能。后角利用固定擋板折好。能。后角利用固定擋板折好。 方案二的主要執行機構為一個隨軸轉動的矩方案二的主要執行機構為一個隨軸轉動的矩形框和齒輪機構，形框和齒輪機構，該該機構為由齒輪帶動的，做圓周機構為由齒輪帶動的，做圓周運動的機構。初始狀態下，兩滾輪所在平面平行于運動的機構。初始狀態下，兩滾輪所在平面平行于書運動方向，以便書兩邊所帶的紙能夠順利通過。書運動方向，以便書兩邊所帶的紙能夠順利通過。當側邊與兩端上下邊折起來之后，齒輪帶動其繞豎當側邊與兩端上下邊折起來之后，齒輪帶動其繞豎直軸作半周圓周運

21、動，使豎直滾輪掠過前角邊，將直軸作半周圓周運動，使豎直滾輪掠過前角邊，將其折起。其折起。此此方案的機構的工作效率更高，因此選擇方案的機構的工作效率更高，因此選擇方案二。方案二。5 5、涂漿、貼標簽、烘干涂漿、貼標簽、烘干機構機構 涂漿貼標簽烘干機構的工作原涂漿貼標簽烘干機構的工作原理：通過凸輪的轉動帶動與凸輪連理：通過凸輪的轉動帶動與凸輪連接的輪軸，并使其上面的水平板塊接的輪軸，并使其上面的水平板塊做水平往復運動，四個長方體相鄰做水平往復運動，四個長方體相鄰兩長方體間隔兩長方體間隔130140mm（書摞（書摞的寬度），恰好為兩摞書中點之間的寬度），恰好為兩摞書中點之間的距離，在推書機構把第二摞

22、書推的距離，在推書機構把第二摞書推到涂漿糊處，第一摞書恰好到達貼到涂漿糊處，第一摞書恰好到達貼標簽處。直至最后完成烘干。標簽處。直至最后完成烘干。 機構主要執行機構為移動凸輪機構主要執行機構為移動凸輪和曲柄滑塊機構，曲柄的轉動帶動移和曲柄滑塊機構，曲柄的轉動帶動移動凸輪上下移動，使涂漿貼標簽烘干動凸輪上下移動，使涂漿貼標簽烘干觸頭前后移動，從而完成涂漿貼標簽觸頭前后移動，從而完成涂漿貼標簽和烘干的工作。和烘干的工作。6 6、傳動機構、傳動機構傳動裝置設計傳動裝置設計：傳動裝置的高速級齒輪傳動裝置的高速級齒輪z1做成斜齒輪，低速做成斜齒輪，低速級齒輪做成直齒輪。結構較復雜，但齒輪對于軸級齒輪做成

23、直齒輪。結構較復雜，但齒輪對于軸承對稱布置，載荷沿齒寬均勻發布，軸承受載均承對稱布置，載荷沿齒寬均勻發布，軸承受載均勻。適合運用于變載荷場合。電動機選擇常用勻。適合運用于變載荷場合。電動機選擇常用1000r/min的電機。的電機。傳動比計算傳動比計算： 由選定的數據：電動機轉速由選定的數據：電動機轉速n1=1000r/min，主軸轉速，主軸轉速n4=10r/min，傳動比為，傳動比為100可通過計算得到各個齒輪的齒數?？赏ㄟ^計算得到各個齒輪的齒數。 計算過程：計算過程： i14=d2*z2*z4d1*z1*z3=100取輪取輪1直徑直徑d1=15mm ，輪，輪2直徑直徑d2=25mm ，z1=20 ，z2=135 ，z3=18 ，z4=160，模數模數m=2 ，壓力角，壓力角=20各機構運動循環圖各機構運動循環圖以主軸以主軸O O的轉角表示運動時間，說明如下：的轉角表示運動時間，說明如下： 主軸O 轉動150為