機械原理課程設計-書本打包機設計

1、課程設計說明書課程名稱：機械原理課程設計設計題目：書本打包機設計專業(yè)：船機修造 班級:2班學生姓名：丁帥學號:學生姓名：的量學號： Ij 1,'.'1 /指導教師:畢艷麗:書本打包機設計一、工作原理及工藝動作過程書本打包機的用途是要把一摞書（如五本一包）用牛皮紙包成一包，并在兩端貼好封簽（圖1）。包、封的工藝順序如圖2所示，各工位的布置（俯視）如圖3所示。其工藝過程如下所述（各工序標號 與圖2、3中標號一致）。1 .橫向送書（送一摞書）。2 .縱向推書前進（推一摞書）到工位a,使它與工位bg上的六摞書貼緊。3 .書推到工位a前，包裝紙已先送到位。包裝紙原為整卷筒紙，由上向下送夠

2、長度后進行裁切。圖1書本打包機的功用圖2包、封工藝順序圖圖3打包過程各工位布置繼續(xù)推書前進一摞書的位置到工位 b,由于在工位b的書摞上下方設置有擋板，以擋住書摞上下 /門， J I I方的包裝紙，所以書摞推到b時實現(xiàn)包三面，這個工序中推書機構共推動 ag的七摞書。推書機構回程時，折紙機構動作，先折側邊（將紙卷包成筒狀），再折兩端上、下邊。 .'! 'J.! I.繼續(xù)折前角。上步動作完成后，推書機構已進到下一循環(huán)的工序 ，此時將工位b上的書推到工位c。在此過 程中，利用工位c兩端設置的擋板實現(xiàn)折后角。推書機構又一次循環(huán)到工序 時，將工位c的書摞推至工位d,此位置是兩端涂漿糊的位置

3、。涂漿糊。!在工位e貼封簽。在工位f、g用電熱器把漿糊烘干。在工位h時，用人工將包封好的書摞取下。因此書本打包機中的主要機構包括：縱向推書機構、送紙機構及裁紙機構。 I P-_ _I二、原始數(shù)據(jù)及設計要求圖4表示由總體設計規(guī)定的各部分的相對位置及有關尺寸。其中軸o為機器主軸的位置。圖4機構布置圖機構的尺寸范圍及其它數(shù)據(jù)機器中機構的最大允許長度 A和高度B: 22000mm B= 1600mm工作臺面高度：距地面 y=700mm距主軸ye400mm主軸水平位置：x= 1001100mm為了保證工作安全、臺面整潔，推書機構最好放在臺面以下（2）工藝要求的數(shù)據(jù)書摞尺寸：a=130140mm b= 1

4、80220mm推書起始位置：Xo=200 mm推書行程：H= 400 mm推書次數(shù)（主軸轉速）：n= 10± 0.1r/min 。主軸轉速不均勻系數(shù)：6 < 0.25。（3）縱向推書運動要求整個機器的運動循環(huán)以主軸回轉一周為一個周期。因此，可以用主軸的轉角表示推書機構從動件的運動時間。推書動作占1/3周期，相當于主軸轉120o；快速退回動作時間小于1/3周期，相當于主軸轉角小于1000；停止不動時間大于1/3周期，相當于主軸轉角大于1400。:各工作阻力的數(shù)據(jù)縱向推書機構從動件的工藝動作與主軸轉角的關系見下表：主軸轉角縱向推書機構從動件（推頭）的工藝動作0o (80o)推單摞書

5、(80o)120o推七摞書（同時完成折后角的動作）120o220o從動件退回220o360o從動件靜止不動（4）其它機構的運動關系見下表所示工藝動作主軸轉角橫向送書150o340o折側邊，折兩端上下邊180o340o折前角、涂漿糊、貼封簽、烘干'180o340o送紙200o360o70o裁紙70o-80oJ1）每摞書的質(zhì)量為4.6kg;2）橫向送書機構的阻力可假設為常數(shù)，相當于主軸上有阻力矩：MC4=4000Nm3）送紙、裁紙機構的阻力也認為是常數(shù)，相當于主軸上有阻力矩：MC5=6Nm4）折后角機構的阻力，相當于四摞書的摩擦阻力。5）折邊、折前角機構的阻力總和，相當于主軸上受到阻力矩M

6、c6,其大小可用機器在縱向推書行程中（即主軸轉角0o120o范圍中）主軸所受縱向推書阻力矩的平均值 M cm8表示為：Mc6 口也nMc3iMcm3可由下式算出：M53式中M c3i為推程中各分點上主軸所受的阻力矩：n為推程中的分點數(shù)。6)涂漿糊、貼封簽和烘干機構的阻力總和， 相當于主軸上受到阻力矩 M c7，其大小可用Mcm3表示為:Mc7=8Mcm3三、設計任務(1)根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖并繪制在圖紙上；(2)進行縱向推書機構、送紙機構及裁紙機構的選型；(3)機械運動方案的評定和選擇；(4)根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在圖紙上畫出傳動方案圖；

7、(5)對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算；(6)在圖紙上畫出機械運動方案簡圖； 進行飛輪設計；.一|(8)編寫設計計算說明書。橫向送書機構：方案一:工作原理：通過主動件凸輪的轉動將速度通過齒條 2一齒條2帶動齒輪1,2轉動，并且由 齒輪1,2控制不同的傳動比一齒輪1帶動齒條1和其上推頭橫向運動完成橫向送書動作。方案二：工作原理：輪1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臺上。方案比較：方案一的機構復雜，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， 精度高為優(yōu)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。比較方案的機構

8、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，起安全保護作用；能起緩沖和吸振作用，可使傳動平穩(wěn)，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傳動比 ，效率較低。經(jīng)過比較，選第一種方案為最佳方案。 I縱向送書機構：F/ I.J a I I r :方案一：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。方案比較：方案二的連桿滑塊機構也可以實現(xiàn)橫向推書的功能，但是通過對比方案一的凸輪齒條機構結構簡單，易于實現(xiàn)復雜的運動要求比較容易設計各種傳動比的要求，而且結構緊湊。連桿滑塊機構制造容易，

9、但設計較為困難，連桿機構隨著構件和運動副數(shù)目的增加，積累誤差較大，傳動精度不 后b。經(jīng)方案比較：選取方案一為最佳方案。送紙機構:方案一:工作原理：用皮帶輪控制另一個主動輪，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 面與齒輪相切，實現(xiàn)傳紙的間歇。工作原理：凸輪為原動件，通過凸輪轉動而使與滾紙筒相鄰的滾子與滾紙筒接觸或者相離，當接觸時，由于摩擦較大，滾子轉動，帶動紙張下滑，當相離時，由于無摩擦，紙張停止下滑。方案比較：方案一機構簡單，空間構件靈活，穩(wěn)定性好，設計簡單，精度有保證。但其不完全齒輪加工復雜，

10、成本高，工作時會產(chǎn)生沖擊，載荷不大，對機構整體的穩(wěn)定性影響不大。方案二機構也相對簡單，但控制起來精度不高，誤差大，工作時會產(chǎn)生沖擊，對機構的載荷比較大，對機構整體的穩(wěn)定性影響較大。經(jīng)過方案比較，擬選取方案一為最佳方案。裁紙機構：II I |: .i s方案一：一、 ,工作原理：凸輪為原動件，凸輪推動推桿先前運動，上下兩邊的壓塊先壓緊牛皮紙，刀具再向前將紙裁斷。方案二：工作原理：通過主軸的運動將速度 V傳遞到凸輪上，使其轉動，將力與速度通過連桿傳遞給剪刀，通過剪刀截斷合適尺寸的紙，最后達到裁紙的工作過程。I1方案比較：方案一的機構直觀，簡單地實現(xiàn)裁紙工作，使用凸輪的推動運動來控制壓緊與切紙， 裁

11、紙穩(wěn)定，結構緊湊，所占用的空間小。裝配略困難。方案二的機構復雜，構件多，所積累的誤差較大，同樣是使用凸輪的運動來控制壓緊與切紙，但所占用空間大，裝配較困難。X X 11經(jīng)過方案比較：選擇方案一為最佳方案。折邊機構：方案一:工作原理：主要執(zhí)行機構為凸輪、連桿和擺桿機構，通過凸輪的回轉運動，帶動連桿擺動, 進而實現(xiàn)假肢桿件的間隙閉合開啟運動，實現(xiàn)折上下邊的功能。萬案一：方案比較：方案二也可以實現(xiàn)折上下邊，但是該機構只能折一邊（上邊或下邊），因此要實現(xiàn)同時折好兩 邊，需要兩個對稱的機構，而且曲柄連續(xù)回轉難以控制好折邊時間，因而精確度不如方案一機構高, 同時運動幅度也比較大，占空間大。經(jīng)比較：選取方案

12、一為最佳方案。|ir折前角機構：方案一:工作原理：主要執(zhí)行機構為一個隨軸回轉的半球形轉子，該機構隨軸轉動，上下邊折好后, 半球形轉子剛好轉過來實現(xiàn)折前角的功能。后角利用固定擋板折好。工作原理：主要執(zhí)行機構為一個隨軸轉動的矩形框和齒輪機構，該機構為由齒輪帶動的，做圓周運動的機構。初始狀態(tài)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。 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動，使豎直滾輪掠過前角邊， 將其折起。方案比較：方案一與方案二工作原理相似，但由于方案一為半球形轉子，力度更大，因此精度就越高，效率也就越高。經(jīng)比較，選取方案一為最佳方案。涂漿糊貼標簽

13、烘干機構：方案一：J、V I.J j / r ; /工作原理：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做水平往復運動，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標簽處。直至最后完成烘干。方案二：工作原理：凸輪的轉動帶動滑塊的左右移動，從而實現(xiàn)涂漿糊、貼標簽、烘干功能。方案比較：方案一雖然多了一個搖桿，傳動穩(wěn)定，但機構較多，運動復雜，容易積累誤差。而方案二相對來說機構簡單明了，搭建也方便。經(jīng)比較，選取方案二為最佳方案。機構總方案匯總j r-_ _i橫向送書機構縱向送書機構送紙機構裁紙機構折邊機構折前腳機構涂漿糊貼標簽烘干機構機構總運動循環(huán)圖電動機到主軸間的減速機構計算

14、減速機構的示意圖如下：由選定的數(shù)據(jù)：電動機轉速n1=1000r/min ,主軸轉速n4=10r/min可通過計算得到各個齒輪的齒數(shù)，傳動比為10。二步； :言計算過程：i14=z2*z3*z 4+ z1*z2' *z3 ' =100可取：z1=24z2=75z3=60z4=160z2' =15z3' =20模數(shù)m=2壓力角0c =20橫向推書機構中凸輪機構的設計：（matlab程序在附錄）由上面要求設定凸輪推程運動角為 120。為了防止推書過程中書本出現(xiàn)灑落要求推書過程中加速度從零開始，根據(jù)要求凸輪的加速度按正弦規(guī)律變化?；爻踢^程中加速度沒有要求,我們?nèi)耘f按正弦

15、加速度規(guī)律設計凸輪。凸輪的行程有齒輪1可知，h=200mm設計凸輪從動件是直動型的，采用壓力角為30° ,基圓半徑110mmtana-e2基圓最小半徑表達式:Rmin=將推程位移曲線中ds/d小最大斜率帶入得:Rmin=83.3mm選取基圓半徑110mm>83.3mm凸輪從動件位移表達式:3h hS=TT- - NTTsin2 3 ?。?<（|）<2 兀 /3）2 h2S=h （小-可 n ）+sin3（|）- JT ）（2 兀 /3< 小 <4兀 /3）S=0;（4 兀/3< 小 <2兀）位移曲線凸輪從動件速度表達式:3hV=- -2tt3

16、hv=-（不' ZTT3h cos3（|）（0<（|）<2 兀 /3 ）3h3 -丁 32tt2cos3（小-§ 譏）（2 兀 /3< 小 <4 兀 /3）V=0（4 兀 /3< 小 <2 兀）速度曲線凸輪從動件加速度表達式:9ho>2a='：9hm2a=2 ITsin3 ?。?< 小 <2 兀 /3 ）用解析法對牛頭刨床六桿機構運動分析（C吾言版，程序在附錄）牛頭刨床機構簡圖牛頭刨床三維立體圖1 .位置分析：2 .速度分析：將上式對時間求一階導得：將上式寫成矩陣式得：3 .加速度分析：.?將速度分析式對時間再次求

17、一階導得：II i1 , I /.i j 將上式寫成矩陣式可得：f'- X i ' j,“'：、 八 （L1=0.125m;L3=0.6m;L4=0.15m;L6=0.275m;L6'=0.575m;w1=1rad/s;）最后利用C語言（高斯消元法）對矩陣式進行求解，可得從動件位移，速度，加速 度數(shù)據(jù)，最后利用matlab將數(shù)據(jù)連成曲線，最終得出如圖所示曲線（單位皆為國際單位制）圖解法驗證：當原動件角度為00時：利用CA的注選項彳#出位移 S=10.11m儲10=0.1011m;與原圖相符。速度驗證：因為 Vb3=Vb2+Vb3b2；大小？ Wl*l1?方向，B

18、CLAB/ BC可求得 Vb3=0.052m/s;Vd=W/S3*L3=0.103m/sVe=Vd+Md大?。?w3*l3?方向/ EF，CD± DE可求得 Ve=-0.085m/s4. .1與原圖相符。加速度驗證:ab3 +ab3 =ab2+ab3b2 +ab3b2 大小 V2b3/S3?V2b2/L12*w3*V b3b2?方向 Bf C，CD1 AB± BC/ BC可求得ab3；在通過影像原理可求得ad的大小和方向。ae=ad+aedn+aedt大??？ V V2ed/l4?方向/ EFV A E± DE可求得 ae=-0.18m/s 2;與原圖相符;當原動件

19、角度為200(360 -160 )的時：利用CA的注選項彳#出位移 S=-41.55mm< 10=-4.155m;與原圖相符。速度驗證：因為 Vb3=Vb2+Vb3_b2;大??？ w1*l1?方向，BCLAB/ BC I | |=可求得Vb3;Vd=Vb3/s3*L3;-!Ve=Vd+Ve_d一 , , I.大?。?w3*l3?方向/ EFL CD± DE-''二二' I. f1' I可求得 Ve=-0.13m/s與原圖相符。 1J、X4. .1加速度驗證：ab3 +ab3 =ab2+ab3b2 +ab3b2大小 V2b3/S3?V2b2/L12

20、*w3*V b3b2?方向 Bf C± CD1 AB± BC/ BC可求得ab3；在通過影像原理可求得ad的大小和方向。ae=ad+aed +aed大小？ V V2ed/l4?方向/ ER/ A E± DE可求得 ae=0.09m/s2;與原圖相符；課程設計心得體會為期一周的機械原理課程設計結束了，在這次實踐的過程中我學到了一些除書本知識以外的其他東 西，領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì) ，更深切的體會到人與人之間的那種相 互協(xié)調(diào)合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化 .當我在設計當中遇到問題時，必須要有斟酌的態(tài)度才會收到效果

21、。我記得有位老師說過，有些事情的 產(chǎn)生是有原因的，別人能在諸如學習上取得了不一般的成績，那絕對不是僥幸或者巧合，那是自己付 出勞動的成果的彰顯，那是自己辛苦過程的體現(xiàn).這一句話至今為止我都牢牢的記在心里。這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累 的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次課程設 計中也使我們的同學關系更進一步了， 同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不 同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常

22、感謝幫助我的同學。我的心得也就這么多了，總 之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。止匕外， 還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東 西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事， 所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學 會了。附錄:牛頭刨床C語言程序#include<iostream>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<algorithm>#include<string.h>#definePI3.

23、1415926usingnamespacestd; I -V I constdoubleeps=1e-15;TJ . Th constintMax M=15; _I.I IJconstintMax_N=15;doubleAugMax_MMax_N+1;/增廣矩陣boolfree_xMax_N;/判斷是否是不確定的變元。.I1 C IdoublexMax_N;doublex2Max_N;/ 解集doublel1,l3,l4,P,G,H,S;doublea1,a3,a4,w1; . I Iintm,n;/m個方程,n個未知數(shù)doubles1,w3,w4,ve;intsign(doublex)ret

24、urn(x>eps)-(x<-eps);/*返回值：-1無解0有且僅有一個解 >=1有多個解，根據(jù)free_x判斷哪些是不確定的解*/voidfun()增廣矩陣Aug00=cos(a3);Aug01=-P*sin(a3);Aug02=0;Aug03=0;Aug04=-l1*sin(a1)*w1;Aug10=sin(a3);Aug11=P*cos(a3);Aug12=0;Aug13=0;Aug14=l1*cos(a1)*w1;Aug20=0;Aug21=-l3*sin(a3);Aug22=-l4*sin(a4);Aug23=-1;Aug24=0;Aug30=0;Aug31=l3

25、*cos(a3);Aug32=l4*cos(a4);Aug33=0;Aug34=0;li 4.%' i.j.z- r If 7Ji1 IintGauss()/高斯消元法J、4. .1inti,j;introw,col,max_r; c 1 、memset(free_x,true,sizeof(free_x);for(row=0,col=0;row<m&&col<n;row+,col+)V 11 I I max_r=row;for(i=row+1;i<m;i+)/找到當前列所有彳f中的最大值(做除法時減小誤差)if(sign(fabs(Augicol)-

26、fabs(Augmax_rcol)>0)max_r=i;if(max_r!=row)/將該行與當前行交換 for(j=row;j<n+1;j+)swap(Augmax_rj,Augrowj); if(sign(Augrowcol)=0)/當前列 row 行以下全為 0(包括 row 行)row-;continue; I， 1 八廣 I_7 1/ n Ifor(i=row+1;i<m;i+) J、4. .1if(sign(Augicol)=0)4.'，icontinue;doubleta=Augicol/Augrowcol;for(j=col;j<n+1;j+)

27、V 飛 ,jiAugij-=Augrowj*ta;、:11 i i for(i=row;i<m;i+)/col=n 存在 00,a 的情況，無解 if(sign(Augicol)return-1;if(row<n)/存在00,0的情況，有多個解，自由變元個數(shù)為 n-row個for(i=row-1;i>=0;i-)intfree_num=0;/自由變元的個數(shù)UJ_ I 廠I_intfree_index;/自由變元的序號for(j=0;j<n;j+)Il 】h 1 ；.i ii 1,1 I ； , / /if(sign(Augij)!=0&&free_xj)

28、一-.：、i.八 i I-%，JI I free_num+,free_index=j;1J、Xjif(free_num>1)continue;/ 該行中的不確定的變元的個數(shù)超過1個，無法求解，它們?nèi)匀粸椴淮_定的變元三<：, I/只有一個不確定的變元free_index,可以求解出該變元，且該變元是確定的doubletmp=Augin;for(j=0;j<n;j+)XK , I I I fif(sign(Augij)!=0&&j!=free_index)tmp-=Augij*xj;xfree_index=tmp/Augifree_index;free_xfree

29、_index=false;returnn-row;/有且僅有一個解，嚴格的上三角矩陣(n=m)for(i=n-1;i>=0;i-)I r -1 | doubletmp=Augin;for(j=i+1;j<n;j+)if(sign(Augij)!=0)| I I / I ；.I i I 1 <Zl,i ；/ ；,/tmp-=Augij*xj;-f i '"J、，/ JI1 I xi=tmp/Augii;1 :A.J、X4. .1return。;y I * ,voidfun2()- x_：iAug00=cos(a3);Aug01=-P*sin(a3);Aug02

30、=0;Aug03=0;、11Aug04=-(-w3*sin(a3)*s1-w3*(s1*sin(a3)+P*w3*cos(a3)-(l1*w1*w1*cos(a1);Aug10=sin(a3);Aug11=P*cos(a3);Aug12=0;Aug13=0;Aug14=-(s1*w3*cos(a3)+w3*(s1*cos(a3)-P*w3*sin(a3)-w1*l1*w1*sin(a1);Aug20=0;Aug21=-l3*sin(a3);Aug22=-l4*sin(a4);Aug23=0;Aug24=-(-l3*w3*cos(a3)*w3-l4*w4*w4*cos(a4);Aug30=0;A

31、ug31=l3*cos(a3);Aug32=l4*cos(a4);Aug33=0;Aug34=-(-l3*w3*w3*sin(a3)-l4*w4*w4*sin(a4);intmain()freopen("in.txt","r",stdin);freopen("out2.txt","w",stdout);/printf("inputl1l3l4HGa1w1:n");cin>>l1>>l3>>l4>>H>>G;for(intz=0;z<

32、;=360;z+)b 4.%' i.j.z- r If 7Ji1 Ia1=z/180.0*PI;w1=1; J、4. .1printf("a1=%lf",a1); c 1 、a3=fabs(atan(H+l1*sin(a1)/l1/cos(a1);P=l1*cos(a1)/cos(a3);- x_ 弋.y.1a4=asin(G-l3*sin(a3)/l4); Il S=l4*cos(a4)+l3*cos(a3);printf("s=%lf”,S);fun()；m=n=4;Gauss();printf("ve=%lf",x3);s1=x0;w3=x1;w4=x2;ve=x3;printf("n");fun2();intyy=Gauss();printf("%dn",yy);/for(inti=0;i<n;i+)'Ib/'-.v八/I I-zx：z !JI11/printf("%.2lf",xi);/i :、聲JX tWsprintf("n");re