机械设计课程设计书本打包机

书本打包机设计说明书题目书本打包机指导老师院系河海大学机电工程学院班级13级机械工程姓名学号2016.01.12一、设计题目二、工作原理三、原始数据四、设计任务五、总体方案设计（1）机构选型及组合，机械传动系统示意图（2）执行机构的运动循环图（3）电动机选择（4）总传动比计算及其分配六、减速器设计（一）减速器方案设计（1）减速器方案简图（2）减速器传动比分配（3）减速器运动动力参数计算（二）传动零件设计（1）齿轮传动设计计算（2）带传动设计计算（三）轴系设计（1）轴的设计计算（2）轴强度校核计算（3）轴承寿命计算（4）键联接校核一设计题目书本打包机设计书本打包机，在连续生产线上实现自动送书，用牛皮纸将一摞（5本）书包成一包，并在两端贴好标签，如图1所示。图1书本打包机的功用二工作原理书摞的包、封过程工艺顺序及各工位布置分别如图2、3所示：1.送书。横向送一摞书进入流水线。2.推书。纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位b～g上的六摞书贴紧在一起。3.送纸。包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。4.继续推书前进到工位b。在工位b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时实现三面包装，这一工序共推动a～g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11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。图2包、封工艺顺序图3包、封工位布置（俯视图）图4所示为由总体设计规定的各部分的相对位置和有关尺寸。其中O为机器主轴的位置，A为机器中机构的最大允许长度，B为最大允许高度，为工作台面距主轴的高度，（x，y）为主轴的位置坐标，（）为纸卷的位置坐标。⑥折前角②推书①送书⑦折后角后角⑨涂浆糊⑧推书⑾烘干⑩贴封签④推书包三面③送纸⑤折侧边d'bdc'ac①⑤⑨⑩⑾⑥③②④推书行程⑦⑧abcdefgh⑿挡板0y11,yx图4打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围三、原始数据书本打包机具体为：1.机构的尺寸范围A=2000mm，B=1600mm。工作台面位置=400mm主轴位置x=1000～1100mm，y=300～400mm；纸卷位置=300mm，=300mm。为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工作台面以下。2.工艺要求的数据书摞尺寸：宽度a=130~140mm；长度b=180~220mm；高度c=180~220mm。推书起始位置=200mm。推书行程H=400mm。推书次数（主轴转速）n=(10±0.1)r/min。主轴转速不均匀系数δ≤1/4。纸卷直径d=400mm。0011地面卷纸工作台面O0y1x1y0x3.纵向推书运动要求（1）推书运动循环：整个机器的运动以主轴回转一周为一个循环周期。因此可以用主轴的转角表示推书机构从动件（推头或滑块）的运动时间。推书动作占时1/3周期，相当于主轴转120°；快速退回动作占时小于1/3周期，相当于主轴转角100°；停止不动占时大于1/3周期，相当于主轴转角140°。每个运动时期纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系见表1。表1纵向推书机构运动要求主轴转角推书机构执行滑块的工作主轴转角推书机构执行滑块的动作0°~80°80°~120°推单摞书前进推七摞书前进，同时折后角120°~220°220°~360°滑块退回滑块停止不动（2）推书前进和退回时，要求采用等加速、等减速运动规律。4.其他机构的运动关系见表2。表2其他机构运动要求工艺动作主轴转角工艺动作主轴转角横向送书折侧边，折两端上下边，折前角涂浆糊,贴封签,烘干150°~340°180°~340°180°~340°送纸裁纸200°~360°~70°70°~80°5.工作阻力（1）每摞书的质量为4.6kg，推书滑块的质量为8kg。（2）横向推书机构的阻力假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩=4N•m。（3）送纸、裁纸机构的阻力也假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩=6N•m。（4）折后角机构的阻力相当于四摞书的摩擦阻力。（5）折边、折前角机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩，其大小可用机器在纵向推书行程中（即主轴转角从0°转至120°范围中）主轴所受纵向推书阻力矩的平均值表示为=6其中大小可由下式求出=式中，为推程中各分点的阻力矩的值；n为推程中的分点数。（6）涂浆糊、贴封签和烘干机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩，其大小可用表示为=8四、设计任务4cM5cM6cM3cM6cM3cM3cM3cMnMnici1ciM7cM3cM7cM3cM1.根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。内容包括纵向推书机构和送纸、裁纸机构，以及从电动机到主轴之间的传动机构。确定传动比分配。2.书本打包机一般应包括凸轮机构、齿轮机构、平面连杆机构等三种以上常用机构。3.按比例画出机构运动简图，标注出主要尺寸；画出包、封全过程中机构的运动循环图（全部工艺动作与主轴转角的关系图）。4.设计平面连杆机构。并进行运动分析。绘制运动线图。5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。6.设计计算其中一对齿轮机构。7.进一步对平面连杆机构进行力分析，求出主轴上的阻力矩在主轴旋转一周中的一系列数值=（）式中，为主轴的转角；i为主轴回转一周中的各分点序号。力分析时，只考虑工作阻力和移动构件的重力、惯性力和移动副中的摩擦阻力。为简便起见，计算时可近似地利用等效力矩的计算方法。对于其他运动构件，可借助于各运动副的效率值作近似估算。画出阻力矩曲线=（），计算阻力矩的平均值。8.根据力矩曲线和给定的速度不均匀系数δ值，用近似方法（不计各构件的质量和转动惯量）计算出飞轮的等效转动惯量。9.编写设计计算说明书。10.学生可进一步完成书本打包机的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。五、总体方案设计ciMcMiiciMcMi3cM（一）机构选型及组合，机械传动系统示意图机械传动系统示意图（见附图）1.推书机构圆柱凸轮机构方案该机构，采用圆柱凸轮机构，可以轻松地实现纵向推书行程400。优点：易实现同向变速，行程精确。缺点：只可同向传动。凸轮连杆方案该机构使用凸轮作为原动件驱动连杆实现400的推程。优点：加工简单，成本低；运动精确，没有冲击。缺点：占空间，对杆件要求高，易磨损，加工成本高。引用《凸轮—连杆组合机构的优化设计》可得到经过优化后的连杆长度数据。结果如下：L1=634mm，L2=224mm，L3=302mm，H=400mm。凸轮机构由Solidworks软件的麦迪工具栏相关工具生成。(2)送纸裁纸机构在该方案中材质机构由同一原动件通过不同齿轮传动路线传递动力。送纸机构有齿轮系加滚轮构成。裁纸机构由原动件加不完全齿轮进行间歇性切纸，当送纸机构运行一段时间以后裁纸机构裁纸。优点：运动精度高，能很好地实现预定轨迹，占地少缺点：加工复杂，成本高，易磨损比较方案：曲柄滑块机构优点：加工简单，成本低，易实现，便于机构简化，负载能力强，易装配缺点：运动精度低，运动速度极限低，占空间，累计误差大（曲柄滑块机构）(3)折纸机构折纸机构需要各个方向上的直线往复运动，可以考虑使用曲柄滑块机构或者圆柱凸轮机构。而折纸机构要求在80°~340°范围内工作，运动具有间歇性，因此考虑在其中加入不完全齿轮机构，并用齿轮系连接各个方向的运动。再加上空间条件的限制综合考虑，选择机构为圆柱凸轮机构、不完全齿轮机构和齿轮系。方案比较如下：折角机构正视图(a).曲柄滑块机构：优点：加工简单，成本低，易实现，便于机构简化，负载能力强，易装配缺点：无法满足任务说明书的空间和轨迹要求(b).曲柄摇杆机构：优点：加工简单，成本低，易实现，便于机构简化，负载能力强，易装配，缺点：空间要求更大，所以我们将它淘汰不完全齿轮选择(a).棘轮机构优点：间歇精度高，有单向自锁功能缺点：加工成本和复杂性比较高，也不易装配(b).槽轮机构优点：易装配，好加工，成本相对低，缺点：间歇精度不高(c).不完全齿轮优点：间歇精度高，易装配，占地少，缺点：刚性冲击大，易磨损，加工成本和复杂性也高折纸机构简图及尺寸如下：（单位：mm）如图，由圆柱凸轮机构带动折侧边机构和折两端上下边机构，行程为150mm，其中折上侧边与两端上边机构固连，且两端滚轮比侧边滚轮滞后40mm，下边机构对称。折前角机构为由齿轮带动的，两边竖立滚轮，半径为135mm的圆周运动机构。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，将其折起。该机构原动件为最下方的轴。总共有四个不完全齿轮使之实现间歇运动。不完全齿轮（1）和（2）与各自带动齿轮的传动比为5：1，其有齿部分占整个齿轮的1/5。不完全齿轮（3）（4）与带动齿轮的传动比为2：1，其有齿部分占整个齿轮的1/4，每次使其转半周。其余齿轮的传动比为1：1.（如上图）各不完全齿轮在初始状态下齿所在位置为：不完全齿轮（1）：180°~240°（60°）不完全齿轮（2）：2°~62°（60°）不完全齿轮（3）(4):250°~340°(90°)则折上侧边和两端上边机构、折下侧边和两端下边机构、折前角机构的工作范围分别为：折上侧边和两端上边机构：180°~240°折下侧边和两端下边机构：210°~270°折前角机构:250°~340°(90°)折侧边机构和折两端上下边机构的运动轨迹为上下往复，长为150mm的直线；折前角机构的运动轨迹为半径为135mm的半圆。机构运动过程：（1）0°~180°期间，为推书行程工作时期，此时通过推书动作和后面挡板的作用，折上前一摞书的后角。各传动轴转动，但凸轮和执行机构均静止。（2）180°~240°期间为折上侧边和两端上边机构运动区间，完成折上侧边和两端上边。（3）210°~270°期间为折下侧边和两端下边机构运动区间，完成折下侧边和两端下边。该行程与上一行程有2/3的时间重合，即上边向下运动100mm时，下边就开始向上运动。上边运动到150mm时，下边运动50mm，两滚轮相距20mm，此时距离最短，时间配合非常紧密，以保证纸不会中途散开。（4）250°~340°期间为折前角机构的工作范围，实际上竖直滚轮转到前角边上时是295°，行程（3）已完成，不会发生干扰。完成折前角动作。（5）340°~360°期间各轴继续转动，但凸轮和执行机构均静止。折后角的动作在下一个周期的行程（1）中完成。由最下方轴提供10r/min的圆周运动，即6s/r，由电动机经过减速之后提供。此为整个包装机的工作周期。经过齿轮系传动，圆柱凸轮机构在一个周期的1/5中做30r/min的运动，运动一周，其余时间静止。而折前角机构在一个周期的1/4中做20r/min的运动，运动半周，其余时间静止。(4)涂胶水、烘干机构工作原理：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做水平往复运动，最后完成贴标签这一过程。设计要求：凸轮：1、贴标签工艺是在剪纸过程之后完成的，故其工作时间是180-340度之间。2、凸轮推程运动角为45°，从动件在推程时按正弦加速运动，设计其行程h为24mm,凸轮机构的许用角为30°。（二）执行机构的运动循环图（三）电动机的选择1)电动机的选择主要参考下列条件：a)现场能源供应条件b)工作机载荷特性及其工作制度c)工作及对起动、平稳性、过载能力、调速和控制方等方面要求d)原动机是否工作可靠，操作与维修简便，是否需要防尘、防爆、防腐等。e)原动机的初始成本和运行维护费用2)常用电动机的结构特征a)Y系列三相异步电动机该系列电机能防治水