機械原理課程設(shè)計-書本打包機設(shè)計.doc
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課程設(shè)計說明書 課程名稱: 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目: 書本打包機設(shè)計 專 業(yè): 船機修造 班級:2班 學(xué)生姓名: 丁帥 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 郭哲睿 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 畢 艷 麗 書本打包機設(shè)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(biāo)號與圖2、3中標(biāo)號一致)。 1. 橫向送書(送一摞書)。 2. 縱向推書前進(jìn)(推一摞書)到工位a,使它與工位b~g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,由上向下送夠長度后進(jìn)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 ④ 繼續(xù)推書前進(jìn)一摞書的位置到工位b,由于在工位b的書摞上下方設(shè)置有擋板,以擋住書摞上下方的包裝紙,所以書摞推到b時實現(xiàn)包三面,這個工序中推書機構(gòu)共推動a~g的七摞書。 ⑤ 推書機構(gòu)回程時,折紙機構(gòu)動作,先折側(cè)邊(將紙卷包成筒狀),再折兩端上、下邊。 ⑥ 繼續(xù)折前角。 ⑦ 上步動作完成后,推書機構(gòu)已進(jìn)到下一循環(huán)的工序④,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(shè)置的擋板實現(xiàn)折后角。 ⑧ 推書機構(gòu)又一次循環(huán)到工序④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。 ⑨ 涂漿糊。 ⑩ 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(gòu)包括:縱向推書機構(gòu)、送紙機構(gòu)及裁紙機構(gòu)。 二、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 圖4表示由總體設(shè)計規(guī)定的各部分的相對位置及有關(guān)尺寸。其中軸o為機器主軸的位置。 圖4 機構(gòu)布置圖 (1) 機構(gòu)的尺寸范圍及其它數(shù)據(jù) 機器中機構(gòu)的最大允許長度A和高度B:A≈2000mm,B≈1600mm。 工作臺面高度:距地面y≈700mm;距主軸y0≈400mm。 主軸水平位置:x≈100~1100mm。 為了保證工作安全、臺面整潔,推書機構(gòu)最好放在臺面以下。 (2) 工藝要求的數(shù)據(jù) 書摞尺寸:a=130~140mm;b=180~220mm。 推書起始位置:X0=200 mm。 推書行程:H=400 mm。 推書次數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速):n=100.1r/min。 主軸轉(zhuǎn)速不均勻系數(shù):δ≤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(zhuǎn)一周為一個周期。因此,可以用主軸的轉(zhuǎn)角表示推書機構(gòu)從動件的運動時間。 推書動作占1/3周期,相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)120;快速退回動作時間小于1/3周期,相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)角小于100;停止不動時間大于1/3周期,相當(dāng)于主軸轉(zhuǎn)角大于140。 縱向推書機構(gòu)從動件的工藝動作與主軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系見下表: 主軸轉(zhuǎn)角 縱向推書機構(gòu)從動件(推頭)的工藝動作 0~(80) (80)~120 120~220 220~360 推單摞書 推七摞書(同時完成折后角的動作) 從動件退回 從動件靜止不動 (4)其它機構(gòu)的運動關(guān)系見下表所示。 工藝動作 主軸轉(zhuǎn)角 橫向送書 折側(cè)邊,折兩端上下邊 折前角、涂漿糊、貼封簽、烘干 150→340 180→340 180→340 送紙 裁紙 200→360→70 70→80 (5) 各工作阻力的數(shù)據(jù) 1) 每摞書的質(zhì)量為4.6kg; 2) 橫向送書機構(gòu)的阻力可假設(shè)為常數(shù),相當(dāng)于主軸上有阻力矩:Mc4=4000Nm。 3) 送紙、裁紙機構(gòu)的阻力也認(rèn)為是常數(shù),相當(dāng)于主軸上有阻力矩:Mc5=6Nm 。 4) 折后角機構(gòu)的阻力,相當(dāng)于四摞書的摩擦阻力。 5 ) 折邊、折前角機構(gòu)的阻力總和,相當(dāng)于主軸上受到阻力矩,其大小可用機器在縱向推書行程中(即主軸轉(zhuǎn)角0~120范圍中)主軸所受縱向推書阻力矩的平均值表示為: 可由下式算出: 式中為推程中各分點上主軸所受的阻力矩:為推程中的分點數(shù)。 6) 涂漿糊、貼封簽和烘干機構(gòu)的阻力總和,相當(dāng)于主軸上受到阻力矩,其大小可用表示為: 三、設(shè)計任務(wù) (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(jìn)行縱向推書機構(gòu)、送紙機構(gòu)及裁紙機構(gòu)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(gòu)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; (5) 對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動尺寸計算; (6) 在圖紙上畫出機械運動方案簡圖; (7) 進(jìn)行飛輪設(shè)計; (8) 編寫設(shè)計計算說明書。 橫向送書機構(gòu): 方案一: 工作原理:通過主動件凸輪的轉(zhuǎn)動將速度通過齒條2→齒條2帶動齒輪1,2轉(zhuǎn)動,并且由齒輪1,2控制不同的傳動比→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(zhuǎn)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(gòu)復(fù)雜,采用的構(gòu)件較多,加工成本高,但精度高,課程設(shè)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(gòu)簡單,容易制造,維護(hù)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(hù)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(zhǔn)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。 縱向送書機構(gòu): 方案一: 工作原理:凸輪為主動件,凸輪的轉(zhuǎn)動使連桿擺動,從而帶動滑塊推頭做往復(fù)運動,從而完成縱向推書動作。 方案二: 方案比較: 方案二的連桿滑塊機構(gòu)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(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)復(fù)雜的運動要求比較容易設(shè)計各種傳動比的要求,而且結(jié)構(gòu)緊湊。連桿滑塊機構(gòu)制造容易,但設(shè)計較為困難,連桿機構(gòu)隨著構(gòu)件和運動副數(shù)目的增加,積累誤差較大,傳動精度不高。 經(jīng)方案比較:選取方案一為最佳方案。 送紙機構(gòu): 方案一: 工作原理:用皮帶輪控制另一個主動輪,按額定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,通過不完全齒輪控制摩擦輪的運動,當(dāng)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。 方案二: 工作原理:凸輪為原動件,通過凸輪轉(zhuǎn)動而使與滾紙筒相鄰的滾子與滾紙筒接觸或者相離,當(dāng)接觸時,由于摩擦較大,滾子轉(zhuǎn)動,帶動紙張下滑,當(dāng)相離時,由于無摩擦,紙張停止下滑。 方案比較: 方案一機構(gòu)簡單,空間構(gòu)件靈活,穩(wěn)定性好,設(shè)計簡單,精度有保證。但其不完全齒輪加工復(fù)雜,成本高,工作時會產(chǎn)生沖擊,載荷不大,對機構(gòu)整體的穩(wěn)定性影響不大。 方案二機構(gòu)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(gòu)的載荷比較大,對機構(gòu)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(gòu): 方案一: 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(zhuǎn)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(dá)到裁紙的工作過程。 方案比較: 方案一的機構(gòu)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,裁紙穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)緊湊,所占用的空間小。裝配略困難。 方案二的機構(gòu)復(fù)雜,構(gòu)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。 經(jīng)過方案比較:選擇方案一為最佳方案。 折邊機構(gòu): 方案一: 工作原理:主要執(zhí)行機構(gòu)為凸輪、連桿和擺桿機構(gòu),通過凸輪的回轉(zhuǎn)運動,帶動連桿擺動,進(jìn)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。 方案二: 方案比較: 方案二也可以實現(xiàn)折上下邊,但是該機構(gòu)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(gòu),而且曲柄連續(xù)回轉(zhuǎn)難以控制好折邊時間,因而精確度不如方案一機構(gòu)高,同時運動幅度也比較大,占空間大。 經(jīng)比較:選取方案一為最佳方案。 折前角機構(gòu): 方案一: 工作原理:主要執(zhí)行機構(gòu)為一個隨軸回轉(zhuǎn)的半球形轉(zhuǎn)子,該機構(gòu)隨軸轉(zhuǎn)動,上下邊折好后,半球形轉(zhuǎn)子剛好轉(zhuǎn)過來實現(xiàn)折前角的功能。后角利用固定擋板折好。 方案二: 工作原理:主要執(zhí)行機構(gòu)為一個隨軸轉(zhuǎn)動的矩形框和齒輪機構(gòu),該機構(gòu)為由齒輪帶動的,做圓周運動的機構(gòu)。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(dāng)側(cè)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(zhuǎn)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(biāo)簽烘干機構(gòu): 方案一: 工作原理:通過凸輪的轉(zhuǎn)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(fù)運動,在推書機構(gòu)把第二摞書推到涂漿糊處,第一摞書恰好到達(dá)貼標(biāo)簽處。直至最后完成烘干。 方案二: 工作原理:凸輪的轉(zhuǎn)動帶動滑塊的左右移動,從而實現(xiàn)涂漿糊、貼標(biāo)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(gòu)較多,運動復(fù)雜,容易積累誤差。而方案二相對來說機構(gòu)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(gòu)總方案匯總 橫向送書機構(gòu) 縱向送書機構(gòu) 送紙機構(gòu) 裁紙機構(gòu) 折邊機構(gòu) 折前腳機構(gòu) 涂漿糊貼標(biāo)簽烘干機構(gòu) 機構(gòu)總運動循環(huán)圖 電動機到主軸間的減速機構(gòu)計算 減速機構(gòu)的示意圖如下: 由選定的數(shù)據(jù):電動機轉(zhuǎn)速n1=1000r/min,主軸轉(zhuǎn)速n4=10r/min 可通過計算得到各個齒輪的齒數(shù),傳動比為10。 計算過程: i14=z2*z3*z4z1*z2’*z3’=100 可?。? z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z2’=15 z3’=20 模數(shù)m=2 壓力角α=20 橫向推書機構(gòu)中凸輪機構(gòu)的設(shè)計:(matlab程序在附錄) 由上面要求設(shè)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。回程過程中加速度沒有要求,我們?nèi)耘f按正弦加速度規(guī)律設(shè)計凸輪。凸輪的行程有齒輪1可知,h=200mm,設(shè)計凸輪從動件是直動型的,采用壓力角為30,基圓半徑110mm。 基圓最小半徑表達(dá)式:Rmin = 將推程位移曲線中ds/dφ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(dá)式: S=φ-sin3φ(0<φ<2π/3) S=h-(φ-)+sin3(φ-)(2π/3<φ<4π/3) S=0; (4π/3<φ<2π) 位移曲線 凸輪從動件速度表達(dá)式: V=ω-ωcos3φ(0<φ<2π/3) V=-(ω - ωcos3(φ- )(2π/3<φ<4π/3) V=0 (4π/3<φ<2π) 速度曲線 凸輪從動件加速度表達(dá)式: a=sin3φ(0<φ<2π/3) a=sin3(φ-) (2π/3<φ<4π/3) a=0 (4π/3<φ<2π) 加速度曲線 凸輪理論輪廓曲線 用解析法對牛頭刨床六桿機構(gòu)運動分析 (C語言版,程序在附錄) 牛頭刨床機構(gòu)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(dǎo)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一階導(dǎo)得: 將上式寫成矩陣式可得: (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(jìn)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(dāng)原動件角度為0時: 利用CAD標(biāo)注選項得出位移S=10.11mm10=0.1011m; 與原圖相符。 速度驗證: 因為 Vb3 = Vb2 + Vb3b2; 大小 ? w1*l1 ? 方向 ⊥BC ⊥AB ∥BC 可求得Vb3=0.052m/s; Vd=Vb3/S3*L3=0.103m/s Ve = Vd + Ved 大小 ? w3*l3 ? 方向 ∥EF ⊥CD ⊥DE 可求得Ve=-0.085m/s 與原圖相符。 加速度驗證: ab3n + ab3t = ab2 + ab3b2K + ab3b2r 大小 V2b3/S3 ? V2b2/L1 2*w3*Vb3b2 ? 方向 B→C ⊥CD ⊥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 大小 ? √ V2ed /l4 ? 方向 ∥EF √ D→E ⊥DE 可求得 ae =-0.18m/s2; 與原圖相符; 當(dāng)原動件角度為200(360-160)的時: 利用CAD標(biāo)注選項得出位移S=-41.55mm10=-4.155m; 與原圖相符。 速度驗證: 因為 Vb3 = Vb2 + Vb3_b2; 大小 ? w1*l1 ? 方向 ⊥BC ⊥AB ∥BC 可求得Vb3; Vd=Vb3/s3*L3; Ve = Vd + Ve_d 大小 ? w3*l3 ? 方向 ∥EF ⊥CD ⊥DE 可求得Ve=-0.13m/s 與原圖相符。 加速度驗證: ab3n + ab3t = ab2 + ab3b2K + ab3b2r 大小 V2b3/S3 ? V2b2/L1 2*w3*Vb3b2 ? 方向 B→C ⊥CD ⊥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 大小 ? √ V2ed /l4 ? 方向 ∥EF √ D→E ⊥DE 可求得 ae =0.09m/s2; 與原圖相符; 課程設(shè)計心得體會 為期一周的機械原理課程設(shè)計結(jié)束了,在這次實踐的過程中我學(xué)到了一些除書本知識以外的其他東西,領(lǐng)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(dāng)我在設(shè)計當(dāng)中遇到問題時,必須要有斟酌的態(tài)度才會收到效果。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(xué)習(xí)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(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)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(shè)計,我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了,同學(xué)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,所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 我的心得也就這么多了,總之,不管學(xué)會的還是學(xué)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(fù)的感覺。此外,還得出一個結(jié)論:知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學(xué)會了,但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事,所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。 附錄: 牛頭刨床C語言程序 #include- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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