機械原理課程設(shè)計自動卷棉機

1、齊齊哈爾大學(xué)普通高等教育綜合實踐題目題號：自動卷棉機學(xué) 院：機電工程學(xué)院專業(yè)班級：機電092班學(xué)生姓名：賈明洋）指導(dǎo)教師：機電專業(yè)全體教師成 績：2011年11月8日§1、設(shè)計要求1§2、功能分解1§3、運動轉(zhuǎn)換2§4、執(zhí)行機構(gòu)的選擇比較3§5、原動機的選擇8§6、運動方案的擬定10§7、傳動機構(gòu)10§8、運動示意圖12§9、運動循環(huán)圖15§10、執(zhí)行機構(gòu)的計算15§11、參考資料18§12、心得體會19§13、附錄19§ 1設(shè)計要求醫(yī)用棉簽卷棉機功能和設(shè)

2、計要求1 功能醫(yī)院用棉簽日耗量很大，為了提高工效采用卷棉機代替手工卷制棉簽。棉簽卷制過程仿照手工方式進行動作分解。按手工方式進行動作分解后得到：1）送棉。將條狀棉通過機構(gòu)作定吋適量送入。2）揪棉。將條狀棉壓（卷）緊并揪棉，使之揪下定量的條棉。3）送簽。將簽桿送至導(dǎo)棉槽上方與定長條棉接觸。4）卷棉。簽桿自轉(zhuǎn)并沿導(dǎo)棉槽移動完成卷棉動作。2. 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求1）棉花。條狀脫脂棉,寬2530mm,自然厚45儷。2）簽桿。醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm,桿長約70mm,卷棉部分約20、25nmi。3）生產(chǎn)率。每分鐘卷60支，每支取棉塊長約2025価。4）卷棉機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低

3、，卷出的棉簽松 緊適度。3. 設(shè)計方案提示1）送棉可采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進，送進方式可采用間歇運動，以實現(xiàn) 定時定量送棉。2）揪棉時應(yīng)采用壓棉和揪棉兩個動作，壓棉可采用凸輪機構(gòu)推動推桿壓緊棉條 ,為使自動調(diào)整壓緊力中間可加一彈簧。揪棉可采用對滾爪輪在轉(zhuǎn)動中揪斷 棉條。3）送簽可采用漏斗口均勻送出簽桿，為避免簽桿卡在漏斗口，可將漏斗作一定 振動。4）卷棉可將簽桿送至導(dǎo)棉槽，并使簽桿產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并移動而產(chǎn)生卷棉，如采用 帶槽的塑料帶通過撓性傳動來實現(xiàn)。§ 2功能分解根據(jù)上述分析，卷棉機要求完成的工藝動作有以下個動作：1）送棉：這個動作包含兩個動作壓棉和送棉，可以利用兩滾輪壓緊棉條、對滾

4、送進、送進方式采用間歇運動，以實現(xiàn)定時定量送棉。2）揪棉：這個動作采取對滾爪輪在轉(zhuǎn)動中揪斷棉條。3）送簽：將簽桿送至工作位置，通過間歇運動的帶凹槽的輪，運送簽桿至工作位置，米用漏斗口均勻送出簽桿至凹槽中，為避免簽桿卡在漏斗口， 可避免簽桿卡在漏斗口可將漏斗作一定震動。4）卷棉：用擋板抵住棉花，通過摩擦使簽桿轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生卷棉。5）輸送：利用簽桿的自重，通過重力落入成品箱中。以上五個動作輸送、送簽動作比較簡單，暫時不考慮。因此卷棉機的運動方案設(shè) 計重點考慮送棉、揪棉，卷棉的三個機構(gòu)的造型和設(shè)計問題。§ 3運動轉(zhuǎn)化卷棉機功能分解圖通過i'可歇運動的送棉輪和持續(xù) 運動的揪棉輪實現(xiàn)棉條的

5、壓緊 以及定時定量送棉至工作位 置。原料入口卷棉機樹狀功能圖§ 4執(zhí)行機構(gòu)的選擇和比較送棉機構(gòu)方案1：是標(biāo)準(zhǔn)齒輪過配合，同時通過槽輪達到間歇轉(zhuǎn)動的目的。兩個標(biāo)準(zhǔn)齒輪 的裝配中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，從而使棉條從兩齒輪中間被運送。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單，傳送穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高。將棉條夾緊，防止棉條與送棉輪發(fā)生相對滑動，同時壓緊棉 花使棉花變的松緊適度。缺點：易產(chǎn)生沖擊，不適合過高 轉(zhuǎn)速。同時由于與槽輪配合所以 每個周期的轉(zhuǎn)角較小。方案2：有兩個粗糙（或表而帶爪勾）的圓筒配合也通過與槽輪配合達到間歇定 量的目的。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)更加簡單，不易產(chǎn)生沖 擊。缺點：棉條易與送棉輪發(fā)生相對滑 動，傳動不精確

6、，爪勾情況下，棉 條易被卷在送棉輪上。對后續(xù)運動 不利。/如上圖為以齒輪配合槽輪間歇傳送棉條的示意圖。揪棉機構(gòu)方案1:通過粗糙（或帶爪勾）揪棉輪與傳送帶的配合，揪棉輪會持續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，棉條斷裂的位置不易控制，會造成棉條長短不一, 不易實現(xiàn)定長定時傳送。對后續(xù)運動造成不利影響。方案2：棉條被繃住后，揪棉刀具旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)將棉條揪下。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，能夠精準(zhǔn)地實現(xiàn)定時定量傳送； 缺點：剪短的棉條缺口較平滑緊實，不易卷棉。方案3：通過一個表面帶刺的轉(zhuǎn)輪與一粗糙輪配合，同時配合上一級機構(gòu)的間歇 運動的特性，從而達到揪斷棉條的目的。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)十分簡單，機構(gòu)運動穩(wěn)定。缺點：要求裝配精

7、度較高。送簽機構(gòu):方案1:通過一個帶有槽的與槽輪配合間歇轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)輪來實現(xiàn)送簽運動。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳動穩(wěn)定，停歇時間較長。缺點：裝配要求高。方案2：使用牙帶送棉簽。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳動準(zhǔn)確，時間間隔穩(wěn)定，方便易行。 缺點：難以和送棉條的機構(gòu)和揪棉機構(gòu)配合起來。卷棉機構(gòu)：方案1：當(dāng)簽桿轉(zhuǎn)至工作位置后，凸輪1的帶動套1從而帶動卡爪抓緊簽桿，卡 爪處在持續(xù)的自轉(zhuǎn)中帶動簽桿轉(zhuǎn)動，同口寸擋板在凸輪2作用下抵住棉花使之壓緊 在簽桿上，模擬手工卷棉?？ㄗν馆?缺點：難以計算尺寸，不適合高速運轉(zhuǎn)。方案二:簽桿運動至工作位置擋板在凸輪作用下也到達指定位置，將棉花抵住簽 桿上，簽桿與棉簽自轉(zhuǎn)齒輪摩擦自轉(zhuǎn)從而卷棉。

8、凸輪優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單，運動比較穩(wěn)定。§ 5原動機的選擇第二類原動機的性能比較類另ij電動機氣壓馬達液壓馬達尺寸較大較小最小功率/重 量大比電動機大最大輸出剛度硬軟較硬調(diào)速方法 和性能直流電動機課改變電樞的 電阻、電壓或改變磁通進行 調(diào)速交流電動機通常是不調(diào)速 的，需要時則也可通過變用氣閥控制，簡單、 迅速，但不精確通過閥控或 泵控制改變 流量，調(diào)速范 圍大頻、變極或變轉(zhuǎn)差率進行速反轉(zhuǎn)性能通常是單向回轉(zhuǎn)的需要時 可采用反向開關(guān)，或特殊電 路反向，簡單通過方向控制閥反 向供氣，簡單、迅 速通過方向控 制閥反向供 油或使變量 裝置超過中 心位置，簡單運行溫度 的控制在正常環(huán)境溫度下使用，

9、電 機采用風(fēng)冷，溫升應(yīng)低于允 許值排氣時空氣膨脹自 冷對油箱進行 風(fēng)冷或水冷高溫使用 性能受絕緣的限制，釆用耐熱的 絕緣材料和特殊設(shè)計，可提 高使用溫度取決于結(jié)構(gòu)材料的 允許使用溫度受油液最高 使用溫度的 限制，米用高溫油可提高 使用溫度防燃爆性 能需米用防爆電動機介質(zhì)不會燃爆，可 用于易燃易爆的大 氣中用于易燃環(huán) 境時，必須使用防燃性油惡劣環(huán)境 適應(yīng)性需用防護是，或密封式電動 機多用于多塵、潮濕 和不良的大氣中需用密封結(jié)構(gòu)故障反應(yīng)運轉(zhuǎn)故障或嚴重過載，可能 燒壞屯動機，需要考慮過載 保護裝置過載不引起部件損 壞過載不引起 部件損壞噪音噪音小噪音較大，排氣口 應(yīng)安裝消音器噪音較大初始成本低較高高

10、運轉(zhuǎn)成本最低最高高維護要求較少少較多功率范圍0310000kw,范圍極廣受氣壓馬達尺寸限 制，與供氣壓力有 關(guān)。使用范ffl：15kw 以下，與馬達類型 有關(guān)特別適用于0. 75kw 以下的高速傳動受實際油壓 （一般最大 為34n/mm2） 和馬達尺寸 的限制。 小功率（0. 75kw 以 下）效率低成 本高根據(jù)以上表格比較，最終選定原動機為y系列三相異步電動機y132s-4功率5.5kw,額定轉(zhuǎn)速在1500以下，經(jīng)齒輪減速轉(zhuǎn)速減為60r/min,該原動機可以防止灰塵，棉絮等雜物浸入電動機內(nèi)部，且屬于節(jié)能型電動機。§ 6運動方案的擬定功能元方案1方案2方案3送棉與壓棉兩齒輪配合兩粗糙

11、圓輪配 合揪棉揪棉輪與傳送帶 配合旋轉(zhuǎn)刀具切斷帶刺輪和粗糙 輪配合送簽轉(zhuǎn)筒牙帶卷棉卡爪抓住簽桿自 轉(zhuǎn)粗糙圓輪摩擦 轉(zhuǎn)動由上表的形態(tài)學(xué)矩陣可知，如果列出所有方案可得：n二2x3x2x2=24種方案。從這些方案中剔除明顯不合理的，再進行綜合評價，最終選定方案:1+3+1+1o§ 7傳動機構(gòu)設(shè)計齒倫減速棉簽自轉(zhuǎn)齒揪棉機構(gòu) 齒輪傳動i 槽輪傳動-送棉機構(gòu)槽輪傳動簽桿轉(zhuǎn)筒軸5到軸3用三個齒輪傳動，m-1. 5mm, z二20使之同速同向轉(zhuǎn)動。軸3到軸1通過槽輪傳動，軸3到軸4由一對齒輪傳動m=0. 5mm, z二30。軸5到軸6通過槽輪傳動。簽村轉(zhuǎn)筒軸5上固連有凸輪和卷棉輪。凸輪帶動擋板周期性

12、的平動，當(dāng)棉簽與棉簽自轉(zhuǎn)齒 輪相接觸是，將被帶動，實現(xiàn)自轉(zhuǎn)。棉簽轉(zhuǎn)桶和一六槽槽輪固連，由固連在軸5上的轉(zhuǎn)臂帶動，做間歇性運動，從而 帶動簽桿轉(zhuǎn)筒作間歇轉(zhuǎn)動。揪棉輪分別固連在軸3和軸4上，軸3上的揪棉輪帶有一排尖刺，實現(xiàn)揪棉， 兩輪表面均為粗糙，可實現(xiàn)傳棉。其中，軸3與軸5做同向等速轉(zhuǎn)動。與軸4 相反。軸1和軸2上分別固連有兩個送棉齒輪，同時1上i古i連有一四槽槽輪，槽輪有固 連在軸4上的轉(zhuǎn)臂帶動。做間歇轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)定量送棉。§ 9運動循環(huán)圖轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn) 角迸棉輪 角遠度/擋板位 f時間/0.25s0.50s0.75s1.00s§ 10執(zhí)行機構(gòu)的計算七、執(zhí)行機構(gòu)的計算（單位/mm）1

13、、原始數(shù)據(jù)棉條：寬度 dl=2530mm,厚度 h=45mm棉簽：直徑dl=3mm長度ll=70mm；卷棉長度l2=2025mm；2、試驗數(shù)據(jù)棉簽轉(zhuǎn)筒直徑d2=28.16mm,長度l3=40mm,槽數(shù)nl=6mm；送棉輪傳動槽輪槽數(shù)n2=4卷棉齒輪厚（12= 10mm凸輪厚度d3=10mm其他盤狀零件厚度d4=3mm3、計算數(shù)據(jù)（為確保機構(gòu)的可行性，此部分計算比較保守）主軸轉(zhuǎn)速w：由于設(shè)備要求生產(chǎn)速度為60根/分鐘，我們把主軸轉(zhuǎn)周設(shè)為一個 周期，所以有w=60r/min；棉簽轉(zhuǎn)輪直徑d3：由循環(huán)圖知，卷簽的有效時間為1/3t,保守計算條件為此時間內(nèi)，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)過的弧長為30 （大于應(yīng)卷棉條長度），

14、故有方程，*d*% = 30,解的d = 28.648mm這里取d3=29mm；揪棉輪直徑d4：根據(jù)循環(huán)圖，揪棉輪卷動的時間內(nèi)，只有3/4t的時間在送棉， 同上保守計算，故有方程丄龍*d = 30,解的d = 12.732mm,這里取d4=13mm；4軸 3,4 距離 l4=d4+3=16mm送棉齒輪輪直徑d5 （分度圓直徑）：送棉輪在一周期內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為龍/2,所以又方程丄龍*d = 23,解得d = 29.285 ,這里取 d5=30mm,z=10,m=3mmo44、移動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計p.nin” +在設(shè)計凸輪輪廓線時，只要保證幾曲>0,即可使凸輪輪廓全部外凸，并避免廓線

15、 變尖或出現(xiàn)交叉。實際設(shè)計時，為了防止接觸應(yīng)力過高和減小磨損，通常規(guī)定凸 輪輪廓的最小曲率半徑不得小于某許用值q因此得>p-（5 + -）mind（p由此確定基圓半徑。根據(jù)工作要求為保證既無剛性沖擊又無柔性沖擊，選用3-4-5次多項式運動規(guī)律,推程角為60度，冋程角為60度，h二5。根據(jù)計算機輔助計算最終確定滬18mm。（程序見附錄）凸輪參數(shù)基圓半徑為18.000mm角度sva半徑x00.0000.0000.00018.0000.0001&000100.0000.0000.00018.00032617.727200.0000.0000.00018.0006.15616.91530

16、0.0000.0000.00018.0009.00015.589400.0000.0000.00018.00011.57013.789500.0000.0000.00018.00013.78911.570600.0000.0000.00018.00015.5899.000700.0000.0000.00018.00016.9156.156800.0000.0000.00018.00017.7273.126900.0000.0000.00018.0001&0000.0001000.0000.0000.00018.00017.727-3.1261100.0000.0000.00018.00

17、016.915-6.1561200.0000.0000.00018.00015.589-9.0001300.1770.3030.30518.18513.894 11.7211401.0490.7760.24419.05612.150-14.6721502.5000.9820.00020.50010.115-17.8321603.9510.776-0.24421.9457.392-20.6691704.8230.303-0.30522.8153.916-22.4841805.0000.0000.00023.0000.00023.0001905.0000.0000.00023.000 3.994-

18、22.6512005.0000.0000.00023.000-7.867 21.6132105.0000.0000.00023.000 11.500 19.9192205.0000.0000.00023.000-14.784-17.6192305.0000.0000.00023.000-17.619 14.7842405.0000.0000.00023.000-19.919 11.5002505.0000.0000.00023.000 21.613 7.8672605.0000.0000.00023.00022.651-3.9942705.0000.0000.00023.00023.000-0

19、.0002805.0000.0000.00023.00022.6513.9942905.0000.0000.00023.000 21.6137.8673005.0000.0000.00023.000-19.91911.5003104.823-0.303-0.30522.815-17.51414.6333203.951-0.776-0.24421.945-14.20416.7363302.500-0.9820.00020.500-10.38517.6763401.0490.力60.24419.056-6.63117.8593500.177-0.3030.30518.185-3.20417.893

20、3600.0000.0000.00018.000-0.00018.0005、擋板尺寸2534石6、幾何計算（由以上數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，確定各機構(gòu)的具體位置）s§ 11參考資料1機械原理教程（第2版）清華大學(xué)岀版社 申永勝主編2. 機械原理課程設(shè)計手冊高等教育出版社鄒慧君主編3. 中國機械 cad 論壇 http:/www. jxcad. com. cn4. 中國期刊網(wǎng)http:/www. chinaqking. com5程序設(shè)計基礎(chǔ)（c語言）北京航空航天大學(xué)岀版社丁海軍、何坤金、王林、景雪琴編著§ 12心得體會這次課程設(shè)計我們小組的課題是自動卷棉機，我們小組由四人組成。完成這次課

21、程設(shè)計，我們大概分為了四個階段，分別是：個人構(gòu)思，小組討論，具體實現(xiàn)， 小組總結(jié)。剛拿到方案時比較茫然不知道從何下手，后來通過查找資料，瀏覽一些網(wǎng)上 的成熟的方案，我們有了初步的想法，進行了幾次討論，然后進入了具體實現(xiàn)階 段。在這個階段我主要負責(zé)的是凸輪計算程序的編寫，我查找了一些關(guān)于這方面 的論文，最終完成了編寫。同時在完成后我發(fā)現(xiàn)了原有方案的一些不足。于是對 原有的方案進行了重新的計算，設(shè)計，以及3d模型的繪制。最后小組的總結(jié)也 說出了各自機構(gòu)的優(yōu)勢和不足，從中也學(xué)到了很多。1) 在做設(shè)計時遇到很多不明白的，效率較低，查書查資料占用了很多時間，體 現(xiàn)出我們平時的積累不夠。2) 團對合作的重

22、耍性，每個的想法和創(chuàng)意都是有局限性的，通過小組的討論每 個人的關(guān)點不同，看待問題的角度也不同，而正是這些不通的角度，讓我們的思 維更加開闊，看問題也更加的全面。3) 這次的大作業(yè)，讓我深刻認識到理論和實踐之間的距離。一個產(chǎn)品的生產(chǎn)， 哪怕是最司空見慣的東四，如果沒有一點理論常識，耍想設(shè)計出來也不是那么容 易的?？偟膩碚f這次大作業(yè)讓我學(xué)到了很多，我相信這些經(jīng)驗教訓(xùn)會在以后的學(xué)習(xí)生活 中給我很多幫助。§ 13附錄include "stdio.h”#include<math.h>#define pi 3.1415926float pow(float a,int n)i

23、nt i;float s=l;for(i=0;ivn;i+)s=s*a;return s;float fs(float b,float h,float c,float cl,float c2,float c3)/*b 為全局變量為角度，c 為全 局變量為推程運動角,cl為停歇角2, c2為回程運動角，c3為停歇角*/float d;float s;if(b>(c+cl+c3)d= 1,0*(b-c-c i -c3)/c2;s=h*(l-10*pow(d,3)+15*pow(d,4)6*pow(d,5);else if(b>(c+c3)else if(b>c3)cl=1.0*(

24、bc3)/c;s=h*( 10*pow(d,3) 15*pow(d,4)+6*pow(d,5);elses=0;return s;float fl (float b,float h,float c,float c 1,float c2,float c3)float d;float fl;if(b>(c+cl+c3)d= 1.0*(b-c-c 1 -c3)/c2;fl =-l .0*h/c2*(30*pow(d,2)60*pow(d,3)+30*pow(d,4);else if(b>(c+c3)fl=0;else if(b>c3)d=1.0*(bc3)/c;fl = 1.0*h

25、/c*(30*pow(d,2)60*pow(d,3)+30*pow(d,4);elsefl=o;return fl;float f2(float b,float h,float c,float c 1,float c2,float c3)float d;float f2;if(b>(c+cl+c3)d= 1.0*(bcc 1 -c3)/c2;f2=-l .0*h/(c2*c2)*(60*pow(d, 1)-180*pow(d,2)+120*pow(d,3)； else if(b>(c+c3)f2=0;else if(b>c3)d=1.0*(b-c3)/c;f2= 1.0*h/

26、(c*c)*(60*pow(d,l )-180*pow(d,2)+120*pow(d,3);elsef2=0;return f2;float fv(float b,float h,float w,float c,float c 1,float c2,float c3)float d;float fv;if(b>(c+cl+c3)d= 1.0*(b-c-cl-c3)/c2;fv=-1.0* w*h/c2*(30*pow(d,2)-60*pow(d,3)+30*pow(d,4);else if(b>(c+c3)fv=0;else if(b>c3)d=1.0*(bc3)/c;fv

27、二 1.0*w*h/c*(30*pow(d,2)60*pow(d,3)+30*pow(d,4);elsefv=o;return fv;float fa(float b,float h,float w,float c,float cl,float c2,float c3)float d;float fa;if(b>(c+cl+c3)d= 1,0*(b-c-c i -c3)/c2;fa=-1.0*h* w*w/(c2*c2)*(60*pow(d, 1)-180*pow(d,2)+120*pow(d,3);else if(b>(c+c3)fa=0;else if(b>c3)d二 1

28、.0*(bc3)/c;fa= 1 0*h* w*w/(c*c)*(60*pow(d, 1 )-180*pow(d,2)+120*pow(d,3);elsefa 二 0;return fa;float fp(float rb,float b,float h,float c,float cl,float c2,float c3)float p;p=rb+fs(b,h,c,c 1 ,c2,c3)+f2(b,h,c,c 1 ,c2,c3);return p;float fx(float rb,float b,float h,float c,float cl,float c2,float c3)float x;x=(rb+fs(b,h,c,c i ,c2,c3)*sin(b*pi/180)+f 1 (b,h,c,c 1 ,c2,c3)*cos(b*pi/l 80); return x;float fy(float rb,float b,float h,float c,float cl,float c2,float c3)float y;y