機械原理課程設計 醫(yī)用棉簽卷棉機

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1、 機械原理 課程設計說明書 學 院：機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級：機自13班 學生姓名：武祥林 、劉寧寧、李雪濤 、劉 陽 指導教師：陳革新 2021年 7月 10日 燕山大學機械工程學院 機械原理教研室 ?機械原理?課程設計任務書 一、設計題目： 醫(yī)用棉簽卷棉機 1、工作原理及工藝動作過程 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。 棉簽卷制過程可以依照手工方式進行動作分解，亦可另行設想運動過程。按手工方式進行動作分解后得到： 1〕送

2、棉。將條狀棉通過機構作定時適量送入。 2〕揪棉。將條狀棉壓〔卷〕緊并揪棉，使之揪下定長的條棉。 3〕送簽。將簽桿送至導棉槽上方與定長條棉接觸。 4〕卷棉。簽桿自轉并沿導棉槽移動完成卷棉動作。 2、原始數據及設計要求 1〕棉花。條狀脫脂棉，寬25~30mm，自然厚4~5mm。 2〕簽桿。醫(yī)院通用簽桿，直徑約3mm，桿長約70mm，卷棉局部約20~25mm。 3〕生產率。每分鐘卷60支，每支卷取棉塊長約20~25mm。 4〕卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，本錢低，卷出的棉簽松緊適度。 3、設計方案提示 1〕送棉可采用滾輪壓緊棉條、對滾送進，送進方式可采用間歇運動，

3、以實現定時定量送棉。 2〕揪棉時應采用壓棉和揪棉兩個動作，壓棉可采用凸輪機構推動推桿壓緊棉條，為使自動調整壓緊力中間可加一彈簧。揪棉可采用對滾爪輪在轉動中揪斷棉條。 3〕送簽可采用漏斗口均勻送出簽桿，為防止簽桿卡在漏斗口，可將漏斗作一定振動。 4〕卷棉可將簽桿送至導棉槽，并使簽桿產生自轉并移動而產生卷棉，如采用帶槽的塑料帶通過撓性傳動來實現。 4、設計任務 1〕根據工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。 2〕進行送棉、揪棉、送簽、卷棉四個機構的選型，實現上述4個動作的配合。 3〕機械運動方案的評定和選擇。 4〕根據選定的電動機和執(zhí)行機構的運動參數擬定機械傳動方案。 5〕畫出機械運動方案

4、的簡圖〔機械運動示意圖〕。 6〕對機械傳動系統和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算。 二、設計工作量 1、2號或3號圖紙二張〔包括：運動循環(huán)圖和機械運動方案簡圖〕。 2、設計說明書一份。 三、課程設計進度安排 時間 內容 第一周 第1天 布置題目，方案討論 第2天 分析工藝動作，擬定動作循環(huán)圖 第3天 運動方案的制定、評價、選擇 第4天 運動方案的制定、評價、選擇 第5天 機構設計 第二周 第1天 機構設計 第2天 繪圖 第3天 繪圖 第4天 整理設計說明書 第5天 整理設計說明書 目錄

5、 任務書 1 第一章 總論及設計要求 3 功能要求 3 工作原理以及工藝動作流程圖 4 第2章 傳動方案和減速器總體結構方案設計 5 擬定傳動方案 5 第3章 主要執(zhí)行結構方案設計 7 送料機構 7 3.2 壓棉機構 9 3.3 卷棉機構 11 方案優(yōu)選 13 擬定運動循環(huán)圖 14 第4章 機械運動系統設計方案擬定 15 擬定的方案 15 第5章 方案的評價 17 評價方案表 17 第6章 系統設計數據處理 19 方案b的數據處理 19 系統傳動比計算 20 成品的尺寸設計 21 結束語 22 參考文獻 23 第一章

6、總論及設計要求 功能要求 全自動醫(yī)用棉簽卷棉機能夠實現送棉、楸棉、送棉和卷棉的一體化功能。醫(yī)院通用的簽桿直徑約3mm，長約為70mm，卷棉局部長約20—25mm，每分種能生產60支。 卷棉機由送棉機構，壓棉機構，楸棉機構，送簽機構，卷棉機構以及電動機組成。 選擇送棉機構時考慮到棉花很軟，要實施持棉以直線、間隙、定長地將適量條狀送入壓〔夾〕棉、楸棉機構，可用帶刺構件走直線軌跡段把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出，但此時要將棉條壓住。我所設計的兩種方案中采用兩滾輪壓緊棉條，同時，在繼續(xù)運動中實現楸棉，但需與棘輪、槽輪或不完全齒輪機構聯接，以實現間隙送進的功能。 實現送簽的功能是使一

7、堆簽桿分成一根一根送至確定位置，我采用將一堆簽桿放入漏斗箱逐一的送到能產生一定壓緊力的構件上，同時一邊自轉，一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。此外，壓緊機構也有兩種方案。 工作原理以及工藝動作流程圖 醫(yī)用棉簽卷棉機系統 定量送棉 卷棉 持定量棉花，以直線、間隙、定長送進 完成壓棉動作的機構，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且將壓力保持一定的時間，使楸棉時，壓頭下的條棉不致滑移 完成楸棉動作的機構，其壓頭一方面有壓緊條棉的功能，又要使壓力在保持壓緊力的狀態(tài)下有向某個方向運動的可能，以完成

8、楸棉動作 采用適當的壓頭形式，使棉條容易楸斷，楸斷后自行落入導棉槽中 機構能調整壓緊力 使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，與楸下的棉塊會合 簽桿與棉塊相遇，簽桿作自轉，將棉塊卷上簽桿 將條狀棉的原料壓緊在固定面上，在另一端及實現壓緊，又實現拉扯動作 壓 〔夾〕 棉 、 楸 棉 送簽 第2章 傳動方案和減速器總體結構方案設計 擬定傳動方案 機器一般由原動機、傳動裝置和工作機三局部組成。 初步選擇電機和分配各級傳動比

9、 電動機的選擇 選擇電機類型：電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易，一般機械上大多數是均采用電動機驅動。 電動機已經是系列化了，通常由專門的工廠按標準系列成批或大量生產。機械設計中應根據工作的載荷、工作的要求、工作的環(huán)境、安裝的要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產品目錄中選擇電動機的類型和結構形式、容量和轉速，確定具體的型號。 擇電動機的類型和結構型式。 生產的單位一般用三相交流電源，如無特殊的要求〔如在較大范圍內平穩(wěn)地調速，經常啟動和反轉等〕，通常都采用三相交流異步電動機。我國已

10、制定了一標準的Ｙ系列是一般用途的全封閉的自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕氣體和無特殊要求的機械，如金屬切削機床、風機、輸送機、攪拌機、農業(yè)機械食品機械等。由于Ｙ系列還具有啟動性好的優(yōu)點，因此也適合某些對啟動轉矩要求較高的機械。 三相交流異步電動機根據其額定功率和滿載轉速的不同，具有系列型號。為適應不同的安裝需要，同一類的電動機結構又制成假設干種安裝形式。各類型的電動機的參數和外型及安裝尺寸可查手冊。 選定電動機的容量： 電動機的容量選得適宜與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早

11、損壞；容量過大那么電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其工作情況決定。工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，； n——工作機的轉速，； 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各局部運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率。 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6

12、, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 根據附Ⅱ。2選擇Y系列三相異步電動機 經過綜合考慮決定選用Y132S—8型號電動機 考慮減小噪聲、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當原動機驅動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦〔或嚙合〕，便拖動從動輪一起轉動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應用。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統的高速級，以獲得較小的結構尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處

13、有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據以上的分析比擬，再結合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。 第3章 主要執(zhí)行結構方案設計 送料機構 方案a:槽輪機構 圖3—1 1——主動銷輪 2——從動槽輪 3，4——滾輪 5——棉條 方案a所采用的送棉機構是如圖3—1所示的槽輪機構。其主要由槽輪1—2和滾輪3—4的串聯而成，當主動銷輪1由傳動機構相連而作等速連續(xù)轉動時，當圓柱銷未進入徑向

14、槽時，槽輪因鎖住而靜止；當圓銷進入徑向槽時，槽輪2在圓銷的驅動下順時針轉動。當主動輪連續(xù)轉動時，從動槽輪和滾輪4夾住棉條5向前送進，完全實現定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 方案b：不完全齒輪機構 圖3—2 1——不完全齒輪 2——棉條 3——滾輪 方案b所采用送棉機構是如圖3—2所示的不完全齒輪機構。其主要由不完全齒輪和一個滾輪串聯而成。 當不完全齒輪由傳動機構而作等速順時針連續(xù)轉動時，當第一枚齒還未到達棉條時，棉條因無摩擦力而不能向前送進；而當第一枚齒接觸到棉條，同時與滾輪嚙合時，產生摩擦夾帶棉條向前送進，直到最后一枚齒脫離滾輪，而

15、停止送棉。當主動不完全齒輪作連續(xù)轉動時，完全實現定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 其中不完全齒輪的外圈局部是由橡膠模具制成。 分析其原因如下： ① 考慮到棉花很軟，如使用鋼制不完全齒輪，在抓棉時很容易將棉條抓斷；使用外圈為橡膠齒的不完全齒輪，質地相對柔軟，又有彈性。 ② 如果橡膠齒磨損，可以及時更換。 ③ 橡膠齒輪與鋼制齒輪的造價相比擬，前者較為經濟。 3.2 壓棉機構 方案a：凸輪機構 圖3—3 1——凸輪 2——彈簧 3——沖壓板 4——底座 5——刀具 方案a所采用的楸棉機構如圖

16、3—3所示。其主要由主動凸輪、彈簧、沖壓板、刀具和底座組成。當主動凸輪隨傳動機構作等速順時針連續(xù)轉動時，推動構件3，使之往下運動進而壓住棉條，由于構件3剛好與刀具5相切，從而完成壓棉、楸棉的動作。當主動凸輪轉到回程時，構件3沒有推力，受到彈簧2的彈力回到原處。與此同時送棉機構將棉條送到構件3下，以此來完成下一次的壓楸棉的動作。 安裝刀具5和緩沖機構的好處： ① 比擬鋒利的刀具在構件3和下面的緩沖機構保證了棉條順利的切割。 ② 切割下來的棉條完整。 方案b :爪輪機構 圖3—4 1、4——爪輪 2——棉條 3——橡膠塊 方案b所采用的楸棉機構如圖3—4所示。其主

17、要由兩個爪輪串聯而成。當主動爪輪1由傳動機構作順時針等速轉動時，嵌入爪輪1的橡膠塊轉到另一個爪輪的橡膠塊相遇時，夾送到的條棉2價在其中，靠彈性壓緊，繼續(xù)轉動時，將條棉楸斷。在實現壓棉和楸棉時，還需要在方案b中的送棉機構〔圖3——1所示〕的配合，因為沒有它的壓緊力，本機構就不能完成該功能。 3.3 卷棉機構 方案a： 圖3—5 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿 5、8——條棉 6——導棉槽 7——靜止摩擦片 方案a所采用的卷棉機構如圖3—5所示。起主要由主動輸送機構、漏斗狀簽箱和導

18、棉槽組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內，漏斗口限制簽桿3只能一根一根地通過，由漏斗口下的輸送構件2和4同步將簽桿送入到導棉槽，進至與在導棉槽7內的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿3自轉，此時簽桿的外露在輸送機構4外的頭部〔約長25mm〕與導棉槽8中的條棉相遇，使條棉卷在簽桿上。 設計要求：漏斗狀簽箱1的口寬的大小應與簽桿的直徑差不多。這既能使簽桿逐一的通過漏斗口，又防止簽斗內簽桿相互擠造成卡住。 方案b: 圖3—6 6——齒行帶 7——壓板及摩擦片 8——拖板 9——漏斗狀簽箱 10——簽桿 12——卷輪 13——皮帶輸送機構 14——條棉

19、 方案b 所采用的卷棉機構如圖3—6所示。起主要由卷輪、漏斗狀簽箱、送棉機構、拖板和靜止摩擦片壓板組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱內，漏斗口限制簽桿只能一根一根地通過，由漏斗口下的卷輪帶離簽箱，進至與在壓板的靜止摩擦片接觸后，在摩擦力作用下簽桿一面前進，一面自轉，此時簽桿的外露在輸送機構外的頭部〔約長25mm〕與導棉槽8中的條棉相遇，且有一定的壓緊力，使條棉卷在簽桿上。 方案優(yōu)選 功能元 功能元解 1 2 3 4 5 動力源 電動機 A1 汽油機 A2 柴油機 A3 液壓機 A4 汽動馬達 A5 減速2 蝸桿傳動 B

20、1 鏈傳動 B2 帶傳動 B3 齒輪傳動 B4 擺線針輪轉動 B5 送料持夾器的運動 不完全齒輪機構 C1 槽輪機構 C2 曲柄滑塊機構 C3 凸輪機構 C4 連桿機構 C5 壓緊器的間歇轉動 凸輪機構 D1 爪輪機構 D2 齒型帶機構 D3 平面凸輪+正切機構 D4 空間凸輪+正切機構 D5 壓桿的往復移動 齒輪機構 E1 齒型帶機構 E2 凸輪機構 E5 系統解的可能方案數： F=5*5*5*5*3=1875 其中列出較為理想的兩種

21、： A1+B3+C1+D1+E1 A1+B3+C2+D2+E2 擬定運動循環(huán)圖 分配軸轉角 0 °30° 60° 90° 120° 150° 180 °210° 240 °270 °300 °330 °360° 送棉機構 定量送棉 間隙運動 壓棉楸棉機構 爪輪間隙運動 爪輪轉動摩擦楸斷棉 爪輪間隙運動 送簽機構 帶輪轉動送簽 壓板提供壓緊力 卷棉機構 開始卷棉 第4章 機械運動系統設計方

22、案擬定 擬定的方案 在第三章中，我已經分析了a,b兩個方案的各構件的功能特點。根據形態(tài)學矩陣的分析和原理。現在對它們進行最正確組合。如圖 方案a 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿 5——凸輪機構 6——正壓機構 7——底座 8——不完全齒輪 9——滾輪 方案b 1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪 4，11——爪輪 5——橡膠塊 6——齒形帶 7——壓板 8——支板 9——漏斗狀簽箱 10——簽桿 12——卷輪 13——皮帶傳送裝置 14——棉條 第

23、5章 方案的評價 評價方案表 評價方案(2) 序號 評價工程 評價等級 評價尺度〔評價分數〕 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 8 5 3 0 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 落后 10 8 4 0 3 系統的工作效率 高 較高 一般 低 10 8 4 0 4 系統機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 8 4 0 5 系統的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 10 5 0 6 系統方案的可

24、靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 4 0 7 系統方案的新穎性 新穎 較新穎 一般 不新穎 10 8 4 0 8 系統方案的實用性 實用 一般 不實用 10 5 0 9 系統方案的經濟本錢 低 較低 高 較高 10 8 4 0 10 系統方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 10 5 0 工程 方案 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 累計得分 a 5 4 8 10 5 10 8 4 4 10 58 b 8

25、 8 8 8 10 10 8 4 8 10 72 方案評價〔2〕 “＋＋〞：“很好〞，“＋〞：“好〞，“－〞：“不好〞。 方案評價標準 方案a 方案b 本錢低 + ++ 便于加工 + + 結構簡單 - + 便于方便 + + 操作方便 ++ ++ 總計 5“+〞， 1個“—〞 7個“+〞 顯而易見，綜上所評方案B為最正確方案。 第6章 系統設計數據處理 方案b的數據處理 圖6—1 1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪

26、 4，11——爪輪 5——橡膠塊 6——齒形帶 7——壓板 8——支板 10——簽桿 設計數據如下： 卷棉機的生產率：60支/分鐘 卷棉機構和送簽機構5的轉速：卷輪的轉速n=π(rad/s) 楸棉機構：爪輪的轉速3： n3=2π (rad/s) 送棉機構：主動銷輪1的轉速：n1=2π(rad/s) 槽輪2 n2=2π(rad/s) 零件尺寸設計： r1=60/πmm r2=50/πmm r3=50/πmm r5=100/πmm 齒形帶長600mm 壓板15cm 齒形帶缺口深度3mm 系統傳動比計算

27、 i1,11=ω1：ω11=2π：2π=1:1 i11,4=ω11：ω4=2π：2π=1:1 i11,12=ω11：ω12=2π：π=2:1 成品的尺寸設計 包裝尺寸：長×寬×高 1650×810×1300 重量： 150kg 結束語 緊張的課程設計順利結束了。在這設計過程中，我們從原來對本專業(yè)并不十分了解的狀況下,開始系統的運用了所學

28、的機械根底知識，加深了對專業(yè)知識的理解和掌握.并且,培養(yǎng)了我們查閱機械類書籍的能力,為我們以后的學習打下了扎實的根底。 機械學作為一門傳統的根底學科，內容豐富，涉及面廣。在新的歷史條件下，機械學與電子電氣、液壓等多種學科，聯系更為緊密，它的綜合性更強。相信我們工科學生在進行了金工實習、課程設計，特別是以后的畢業(yè)設計對整個大學階段的知識的掌握會更加牢固。同時在以后的學習中會不斷拓寬自己的知識面，結合生產實際，一定能更好的掌握機械知識。 最后，非常感謝老師的關心指導和大家的共同協作。 參考文獻 〔1〕?機械原理? 〔2〕?機械運動方案及機構設計?