医用卷棉机的创新式设计)

重庆理工大学二十一届“开拓杯”页1序号：编码：重庆理工大学第二十一届“开拓杯”学生课外学术科技作品竞赛参赛作品作品名称：医用卷棉机的创新式设计作品类别：A类别：A自然科学类学术论文B科技发明制作C哲学社会科学类学术论文与社会调查报告重庆理工大学二十一届“开拓杯”页2目录【摘要】.................................................41设计要求............................................5§1.1功能.............................................51.2原始数据及设计要求................................51.3设计方案提示......................................52功能分解............................................6§3运动转化............................................7§4执行机构的比较和选择................................8§4.1送棉机构..........................................84.1.1方案一（标准齿轮机构）......................84.1.2方案二(不完全齿轮机构)......................84.1.3方案三(槽轮机构)............................104.2压棉和揪棉机构...................................114.2.1方案一（滚轮压块机构）......................114.2.2方案二（刀具压块机构）......................134.2.3方案三（双凸轮摇杆滑块）....................13重庆理工大学二十一届“开拓杯”页34.3送签机构.........................................134.3.1方案一（滚轮传送）..........................144.3.2方案二（皮带传送）..........................144.4卷棉机构.........................................154.4.1方案一（卡爪自转机构）......................154.4.2方案二（滚轮自转机构）......................155原动机的选择.......................................16§6运动方案的拟定.....................................18§7传动方案的设计.....................................19§8运动示意图.........................................21§9运动循环图.........................................22§10执行机构尺寸确定..................................22§11参考资料..........................................29§12心得体会...........................错误!未定义书签。§13附录（三维展示）..................................29§重庆理工大学二十一届“开拓杯”页4【摘要】全自动棉签机是按照国家卫生标准自动设计和制造的一种自动化程序高、高速、高效生产卫生棉签。该机每小时可生产棉签3600支，克服了传统手工卷制效率低、棉签头大小不均、卫生条件差的缺点。本设备适用范围可以用于个人卫生材料厂，也适用于棉签用量大的大中型医院，家庭小型企业，是创业致富的好途径。我们所设计的自动卷棉机实现了送棉，揪棉，送签和卷棉于一体的全自动化功能。其主要设计思路来自于对手工卷棉动作分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定,以及优化组合.综合利用槽轮机构的间歇运动,凸轮连杆的往复运动,不完全齿轮的间歇运动,摩擦轮机构以及减速器的定植调速比的设定.定量送料,定位传送和摩擦压力的设计都需要人工数据处理.利用AutoCad软件强大绘图功能和Word的编辑功能,把设计方案图文并茂,栩栩如生。关键词：全自动卷棉机优化组合机构重庆理工大学二十一届“开拓杯”页51设计要求§医用棉签卷棉机功能和设计要求1.1功能医院用棉签的日耗量很大，以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制，工作量很大，为提高工效拟用机器代替手工卷制棉签。棉签卷制过程可以仿照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到：（1）送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入；（2）揪棉：将条状棉压(卷)紧并揪棉，使之揪下定长的条棉；（3）送签：将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触；（4）卷棉：签杆自转并引导棉槽移动完成卷棉动作。1.2原始数据及设计要求（1）棉花：条状脱脂棉，宽25～30mm，自然厚4～5mm。（2）签杆：医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分长约20～25mm。（3）生产率：每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20～25mm。（4）卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松紧适度。1.3设计方案提示（1）送棉可以采用两滚轮压紧棉条、对滚送进，送进的方式可采用间歇机构，以实现定时定量送棉；也可以采用直线送进方式，则送棉机构必须有持棉和直线、间歇、定长送进等功能。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页6（2）揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作，压棉可以采用凸轮机构推动推杆压紧棉条，为自动调整压紧力中间可加一弹簧。楸棉可以采用对滚爪轮在转动中揪断棉条。（3）送签可采用漏斗口均匀送出签杆，为避免签杆卡在漏斗口，可以将漏斗作一定振动。（4）卷棉可将签杆送至导棉槽，使签杆作自转并移动而产生卷棉，可采用带槽形的塑料带通过挠性传动来实现。2功能分解§根据上述分析，卷棉机要求完成的工艺动作有以下个动作：（1）送棉：这个动作包含两个动作压棉和送棉，可以利用两滚轮压紧棉条、对滚送进、送进方式采用间歇运动，以实现定时定量送棉。（2）揪棉：这个动作采取对滚爪轮在转动中揪断棉条。（3）送签：将签杆送至工作位置，通过间歇运动的带凹槽的轮，运送签杆至工作位置，采用漏斗口均匀送出签杆至凹槽中，为避免签杆卡在漏斗口可将漏斗作一定震动。（4）卷棉：用挡板抵住棉花，通过摩擦使签杆转动，产生卷棉。（5）输送：利用签杆的自重，通过重力落入成品箱中。以上五个动作输送、送签动作比较简单，暂时不考虑。因此卷棉机的运动方案设计重点考虑送棉、揪棉，卷棉的三个机构的造型和设计问题。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页73运动转化§卷棉机功能分解图通过带有槽轮的送棉轮和持续运动的揪棉轮实现棉条的压紧以及定时定量送棉至工作位置。签杆通过自重依次落入送签转筒凹槽。通过转轮转动送至工作位置。送签机构揪棉机构棉签和棉条同时到达工作位子，棉签自转进行卷棉卷棉机构卷棉完毕送至成品箱。成品图1----卷棉机树状功能图重庆理工大学二十一届“开拓杯”页84执行机构的比较和选择§4.1送棉机构4.1.1方案一（标准齿轮机构）标准齿轮过配合，同时通过槽轮达到间歇转动的目的。两个标准齿轮的装配中心距大于标准中心距，从而使棉条从两齿轮中间被运送。优点：结构简单，控制简单，传送稳定，准确度高。将棉条夹紧，防止棉条与送棉轮发生相对滑动，同时压紧棉花使棉花变的松紧适度。缺点：易产生冲击，不适合过高转速。同时由于与槽轮配合所以每个周期的转角较小4.1.2方案二(不完全齿轮机构)图二图二重庆理工大学二十一届“开拓杯”页9不完全齿轮棉条3滚轮所采用送棉机构是如图三所示的不完全齿轮机构。其主要由不完全齿轮和一个滚轮串联而成。当不完全齿轮由传动机构而作等速顺时针连续转动时，当第一枚齿还未到达棉条时，棉条因无摩擦力而不能向前送进；而当第一枚齿接触到棉条，同时与滚轮啮合时，产生摩擦夹带棉条向前送进，直到最后一枚齿脱离滚轮，而停止送棉。当主动不完全齿轮作连续转动时，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。其中不完全齿轮的外圈部分是由橡胶模具制成分析其原因如下：（1）考虑到棉花很软，如使用钢制不完全齿轮，在抓棉时很容易将棉条抓断；使用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。（2）如果橡胶齿磨损，可以及时更换。（3）橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比较，前者较为经济。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页104.1.3方案三(槽轮机构)1----主动销轮2----从动槽轮3，4----滚轮5----棉条图四此方案所采用的送棉机构是如图四所示的槽轮机构。其主要由槽轮1—2和滚轮3—4的串联而成，当主动销轮1由传动机构相连而作等速连续转动时，当圆柱销未进入径向槽时，槽轮因锁住而静止；当圆销进入径向槽时，槽轮2在圆销的驱动下顺时针转动。当主动轮连续转动时，从动槽轮和滚轮4夹住棉条5向前送进，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。优点：此方案采用槽轮机构的间歇运动，可以实现定量，定长，间歇直线送棉。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页11缺点：此机构没有充分考虑卷面机体积的为题，三个滚轮在同一条直线上，会导致卷棉机的体积增大，不利于卷棉机的优化设计。4.2压棉和揪棉机构4.2.1方案一（滚轮压块机构）图五图中凸轮1是主动件，构件2由凸轮带动实现压棉动作，并依靠凸轮轮廓的圆弧段使压紧状态能保持一定时间。构件5、6在凸轮带动下将条棉4压紧，并实现揪棉动作。5、6压紧后一起下沉，使条棉揪断。优点：此机构可以实现送棉和揪棉在同一机构上进行，大大的节约了空间和成本，凸轮结构的运转相对于其他机构来说也相对较平稳。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页13缺点：压棉机构和揪棉机构同时运动，接触面条的时间相同，这样不利于揪棉，也有可能导致面条长度不均匀。4.2.2方案二（刀具压块机构）1--凸轮2--弹簧3--冲压板4--底座5--刀具图六方案二所采用的楸棉机构如图六所示。其主要由主动凸轮、弹簧、冲压板、刀具和底座组成。当主动凸轮随传动机构作等速顺时针连续转动时，推动构件3，使之往下运动进而压住棉条，由于构件3刚好与刀具5相切，从而完成压棉、楸棉的动作。当主动凸轮转到回程时，构件3没有推力，受到弹簧2的弹力回到原处。与此同时送棉机构将棉条送到构件3下，以此来完成下一次的压楸棉的动作。优点：比较锋利的刀具在构件3和下面的缓冲机构保证了棉条顺利的切割，而且切割下来的棉条完整。缺点：由于此机构是压棉的同时进行切割，因此，压块的长度就是棉条的长度，因此，需要很大的压块，会增大构件体积。而且，重庆理工大学二十一届“开拓杯”页13此机构必须配一个间歇运动的送棉机构。4.2.3方案三（双凸轮摇杆滑块）滚轮1和滚轮2徒步转动相互挤压（压棉），同时滚轮1和滚轮2上的封闭凸轮带动摇杆在一定角度里转动，同时摇杆上的刀具滑块3和刀具滑块4相互接触和原理，来切断棉条（揪棉）。123451，2--凸轮3，4--刀具滑块5--棉花图七优点：此机构的设计结构比较独特，充分利用了凸轮和摇杆机构，实现了送棉揪棉一体化，大大节约了空间。4.3送签机构重庆理工大学二十一届“开拓杯”页144.3.1方案一（滚轮传送）带槽滚筒入签口图八通过一个带有槽的与槽轮配合间歇转动的转轮来实现送签运动。优点：结构简单，传动稳定，停歇时间较长。缺点：装配要求高。4.3.2方案二（皮带传送）使用牙带送棉签。重庆理工大学二十一届“开拓杯”页15→优点：结构简单，传动准确，时间间隔稳定，方便易行。缺点：此方案无法使签实现高速平稳的自