燕山大學醫(yī)用棉簽制造機機械原理課程設(shè)計

1、機械原理課程設(shè)計說明書 學 院：機械工程學院 2012年07月13日 前言 隨著社會主義經(jīng)濟的發(fā)展，我國社會主義醫(yī)療衛(wèi)生水平逐步建全，醫(yī)用棉簽作為一種常用的醫(yī)用工具，在醫(yī)用消毒，取樣等許多方面具有不可取代的地位，由于醫(yī)用棉簽需求量較大，傳統(tǒng)的手工卷制棉簽無法滿足日益增長的需求量，為了提高工效采用卷棉機代替手工卷制棉簽。醫(yī)用棉簽卷棉機是基于卷棉機而衍生出來的一種新的機械產(chǎn)品。它的適用范圍為醫(yī)院，醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，因為它靈活便捷，高效成本低，占地小，正被廣泛使用。它的出現(xiàn)是使傳統(tǒng)的手工制作變?yōu)楝F(xiàn)代機械加工，它的設(shè)計根據(jù)實際生產(chǎn)和預先的數(shù)據(jù)以傳送裝置為核心，經(jīng)過科學的計算和分析，設(shè)計。選擇了一套醫(yī)用棉簽

2、卷棉機的傳動設(shè)備，并設(shè)計了進棉，剪棉，送簽，卷棉等一系列裝置。目 錄一.醫(yī)用棉簽功能簡介 5二.醫(yī)用棉簽的總體設(shè)計 5 2.1原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求5 2.2設(shè)計方法5 2.3機械運動的擬定5三.各工藝動作方案的分析7 3.1送棉機構(gòu)7 3.2壓棉機構(gòu)7 3.3揪棉機構(gòu)8 3.4送簽機構(gòu)9 3.5卷棉機構(gòu)9四.各構(gòu)件的尺寸計算12 4.1送棉凸輪的尺寸計算12 4.2壓棉凸輪的尺寸計算12 4.3揪棉凸輪的尺寸計算15 4.4送簽機構(gòu)的尺寸計算15 4.5行星輪系的尺寸計算16 4.6擋板的尺寸 17 4.7曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸計算17 4.8工作臺尺寸18五典型機構(gòu)的運動分析和動力分析19 5.1

3、凸輪195.2曲柄滑塊機構(gòu)20六.電機的選擇21七.減速器的設(shè)計22八.運動循環(huán)圖22九.心得體會22十.參考文獻31一.醫(yī)用棉簽功能簡介針對目前醫(yī)用棉簽使用量大、質(zhì)量要求高、生產(chǎn)效率低以及不合格率高等問題，我組設(shè)計了一款醫(yī)用棉簽制造機。該機器較大的提高了棉簽的生產(chǎn)效率及合格率，而且成本較低，構(gòu)造簡單，滿足了社會對醫(yī)用棉簽的需求。該機器按照傳統(tǒng)的手工制簽過程分為送棉、壓棉、揪棉、送簽及卷棉等五個機構(gòu)。其中送棉、壓棉及揪棉均采用凸輪機構(gòu)；采用漏斗送簽，行星輪系卷棉機構(gòu)。生產(chǎn)出高質(zhì)量的醫(yī)用棉簽。二.醫(yī)用棉簽的總體設(shè)計2.1原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求1）棉花。條狀脫脂棉，棉寬15-20mm，自然厚4-5mm

4、 2）簽桿。醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉部分約30-32mm。 3）生產(chǎn)率。每分鐘卷75支，每支卷取棉塊長約30-32mm。 4）卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。2.2設(shè)計方法 用機器制棉簽時，依照手工方式進行動作分解，可粗分為：定量送棉、壓棉、揪棉、送簽和卷棉等工藝動作。分析各工藝動作用何種機構(gòu)完成工作。2.3機械運動的擬定 為達到其工藝動作要求，采用的分解動作機構(gòu)及其工作原理如下:1）送棉將條狀棉通過機構(gòu)定時、適量送入壓棉、揪棉機構(gòu)。輸送的對象是柔軟的棉花，如果采用直線送進方式，則送棉機構(gòu)必須有持棉和直線、間歇、定長送進等功能。

5、持棉的方式可用帶刺構(gòu)件走直線軌跡定時把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出；也可采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進等方式。前者在帶刺構(gòu)件脫出時，要把棉條壓??；后者要實現(xiàn)間歇送進，需與間歇運動機構(gòu)，如棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)或不完全齒輪機構(gòu)等連接。2）壓棉 通過施加壓力將蓬松的棉條擠壓成規(guī)定尺寸。因為其工藝流程要求其具有間歇性，因此可采用凸輪機構(gòu)、曲柄機構(gòu)等間歇性機構(gòu)通過壓塊等實現(xiàn)壓棉過程。 3）揪棉用機器實現(xiàn)這個動作時，需要與壓棉動作配合，可將條狀棉原料端壓緊在固定面上，然后另一端既實現(xiàn)壓緊又實現(xiàn)拉扯動作，前者稱為壓棉動作，后者稱為揪棉動作。 為了方便揪棉動作的完成，可在壓塊兩端側(cè)各加一約2mm的刀刃，

6、配合揪棉機構(gòu)是棉條在規(guī)定位置斷開，保證棉條的長度和緊實程度。4）送簽 當揪好的棉條送入卷棉機構(gòu)中時，送簽機構(gòu)將單個簽體送入指定位置，以進行卷棉處理。送簽機構(gòu)選用漏斗送簽，經(jīng)帶槽圓輪送到指定位置。要使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，采用一漏斗均勻送出簽桿，為防止漏斗內(nèi)簽桿相互擠卡住，所以可適當使漏斗振動，或用其它方法使漏斗內(nèi)簽桿獲得松動的機會，從而使簽桿能順利地漏出漏斗口。為與行星輪系的卷棉機構(gòu)配合，在落簽位置加一推桿，將棉簽推入行星輪孔處。5）卷棉 當棉條和棉簽送到相對位置時，通過棉簽的自轉(zhuǎn)將棉條卷起。棉簽的自轉(zhuǎn)可通過相對摩擦引起或?qū)⒚藓灩潭ㄔ谛行禽喩鲜蛊渥赞D(zhuǎn)。三.各工藝動作方案的分析3.1

7、送棉機構(gòu) 條狀棉通過雙滾輪送入軌道，雙滾輪為1/4圓周主動凸輪與圓盤組成。凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動，但與圓盤僅有1/4的接觸面，所以機構(gòu)可以將電機的連續(xù)運動轉(zhuǎn)化為間歇運動，且具有較高的機械效率以產(chǎn)生間隙運動。兩輪間留有間隙以使棉條在摩擦力作用下送入，實現(xiàn)定比定量送棉 優(yōu)點：機構(gòu)可將電機的連續(xù)轉(zhuǎn)動化為間歇性運動。 1.凸輪 2.圓盤 3.2壓棉機構(gòu) 凸輪做主動輪實現(xiàn)間歇壓棉。 優(yōu)點：能實現(xiàn)間歇式壓棉動作，時間容易控制。1.凸輪（主動件） 2.彈簧 3.推動推桿 4.棉條3.3揪棉機構(gòu) 該揪棉機構(gòu)需要與壓棉機構(gòu)相互配合工作，在壓棉狀態(tài)下，揪棉機構(gòu)中1/4圓周凸輪與凸輪2接觸滾動實現(xiàn)揪棉。 優(yōu)點：能壓緊棉條，便

8、于揪棉。 1.1/4圓周凸輪 2.凸輪 曲柄機構(gòu)下壓緊剪刃，切斷棉條，實現(xiàn)揪棉。 缺點：剪下的棉條不夠松軟，很難被棉簽卷起。3.4送簽機構(gòu) 漏斗口限制簽桿只能一根一根地通過，再由漏斗口下的輸送構(gòu)件卷輪將簽桿一根一根地送走。 1.漏斗 2.棉簽送給輪 3.擋環(huán)優(yōu)點：具有確定性，卷棉穩(wěn)定。 3.5卷棉機構(gòu) 通過行星輪系的行星輪和棉簽固定實現(xiàn)棉簽的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，來完成卷棉動作。優(yōu)點：動作有確定性，卷棉穩(wěn)定。 缺點：結(jié)構(gòu)復雜，配合要求高。注：在總體方案上 ，為方便送簽 機構(gòu)與卷棉機構(gòu)的連接配合，增加一曲柄滑塊機構(gòu)，其目的是將棉簽推進行星輪中，使其和行星輪一起自轉(zhuǎn)卷棉。 送簽卷棉裝配圖如下圖所示：左視圖:

9、軸測圖：等軸測圖： 四各構(gòu)件的尺寸計算 4.1送棉機構(gòu)凸輪的尺寸計算 因為棉寬為15-20mm，所以凸輪一的厚度為20mm。通過1/4凸輪與圓輪摩擦傳動達到送棉的目的，所以有 /2r=30 (5-1)得 r=60/=19.11 mm （將半徑定為20mm） 注：r為1/4凸輪出的半徑，3/4處半徑為15mm假設(shè)周期是0.8s可得公式 1V=2r (5-2)得 V=150mm/s =7.85rad/s 4.2壓棉機構(gòu)凸輪的尺寸計算 設(shè)定凸輪二壓棉0.4s，結(jié)合凸輪一的運動情況，得到凸輪二的推程、回程及近休止時間共為0.4s，其周期為0.8s。 經(jīng)分析推桿的移動過程，設(shè)定凸輪二的近休止角1為60度

10、，推程運動角2及回程運動角3皆為60度，遠休止角4為180度。推程h為50mm. 根據(jù)從動件運動規(guī)律特性比較，屬于中速輕載，選擇等加速等減速運動規(guī)律，其運動方程式如下： 1)推程等加速段： S=2h(22) V=4h/(22)a =4h/(22) 2)推程等減速段： S=h-2h(2-) (2-)/ (22) V=4h(2-)/ (22) a=-4h/(22) 同理可得回程階段從動件等加速等減速運動方程式為 S=h-2h()/ (33) V=-4h/ (33) （等加速階段） a=4h/(33) S=2h（3-）（3-）(33) V=4h（3-）/(33) （等加速階段） a=4h/(33)圖

11、解法設(shè)計：S與的關(guān)系如下表所示：06121824303642485460S014916253441464950S與曲線 4.3揪棉凸輪的尺寸計算 為使揪下的棉條送入后面的卷棉機構(gòu)，所以揪棉機構(gòu)凸起部分將運行0.2s，凸輪的整個周期為0.8s，所以凸起部分為1/4圓周。4.4送簽機構(gòu)的尺寸計算 因為漏斗要實現(xiàn)棉簽的單個分離，所以漏斗口為宜細長矩形。其寬為3.5mm，厚度為72mm。下端圓輪開一個寬為3.5mm,厚為80mm的槽。圓輪的轉(zhuǎn)動周期由前面機構(gòu)推算出T=0.8s。因其要與后行星輪系配合其半徑計算為85mm。4.5行星輪系的尺寸計算 齒輪厚度均為40mm 行星架的周期為0.8s 其中ha*

12、=1,c*=0.25 表5-1 齒輪數(shù)據(jù)模數(shù)m齒數(shù)z半徑r齒頂高ha齒根高hf齒距p齒厚S齒槽厚e小太陽輪2707022.56.283.143.14大太陽輪210010022.56.283.143.14行星輪2151522.56.283.143.14小太陽輪大太陽輪 行星輪 4.6擋板的尺寸通過之前送棉機構(gòu)將棉條送至擋板的工作臺上，工作臺上留出一個3.5*25mm的孔供固定于行星輪上的棉簽頭通過，保證棉條可以固定于棉簽頭。擋板內(nèi)圓半徑86.5mm，恰于棉簽相切，棉條貼于內(nèi)圓表面隨行星輪上的棉簽滑動，完成卷棉。 4.7曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸計算有曲柄條件ab。已知參數(shù)H=70mm,e=0。 用解析法

13、設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)。以知參數(shù)1=0,x1=115, 2=180,x2=45。（X-acos）2+（e+asin）2=b2; （1）將 1=0, x1=115；2=180,x2=45；帶入（1）得a=35,b=80.求得最小傳動角=6840，符合傳動要求。由生產(chǎn)效率75/min,可得T=0.8s，w=2.5。滑塊與推桿通過轉(zhuǎn)動軸承相連，以保證推桿一端始終在行星架的棉簽槽內(nèi)并隨同行星架的轉(zhuǎn)動在槽內(nèi)做往復運動，完成將簽桿由槽推入行星輪中。4.8工作臺尺寸工作臺長120mm，寬30mm，臺面上開一個20*6mm的孔，和一個20*3mm的半孔，以便送棉機構(gòu)和揪棉機構(gòu)實現(xiàn)送棉和揪棉。五典型機構(gòu)的運動分析和動力分析5.1凸輪凸輪的S與曲線s-t曲線5.2曲柄滑塊機構(gòu)速度瞬心法作機構(gòu)的速度,加速度分析：Vc = Vb + Vcb方向： AC AB BC大?。?? w*AB ?ac = ab + acb方向： AC AB BC大小： ? w*w*AB ? 軟件分析： 圖6-3六.電機的選擇由于該醫(yī)用卷棉機功率小、載荷低、體積和轉(zhuǎn)速也很小，所以選擇的電動機功率和轉(zhuǎn)速都不宜過大。故選擇Y系列（IP44）封閉式三相感應(yīng)電動機Y90S6，其額定功率P=0.75KW，滿載時轉(zhuǎn)速n=910。七.減速器的設(shè)計 該棉簽卷棉機生產(chǎn)效率初步定為75根/min