机械原理课程设计书本打包机.doc

书本打包机设计——课程 设计

机械原理课程设计
Course Design of Mechanical

设计题目：书本打包机

目录

设计任务 3
设计题目:书本打包机 3
1设计任务 3
书本打包机设计 4
第一章：功能分析及流程分析 5
1.1设计要求： 5
1.2功能分析： 5
1.3机构选用： 5
1.4包装示意图： 6
第二章 各机构的选用及组合 7
2.1主要执行机构方案设计原理 7
2.11推书机构： 7
2.12剪纸机构： 8
2.13折上下边机构： 9
2.14涂糨糊贴标签机构： 9
2.15整体机构 10
第三章 各机构装配及设计 11
3.1原始数据及设计要求 12
3.11机构的尺寸范围 12
3.12工艺要求的数据 12
3.13纵向推书运动要求 13
3.14其他机构的运动关系 13
3.15工作阻力 14
第四章 机构计算 15
4.1传动装置设计： 15
4.11选择电机： 15
4.12传动比分配： 16
4.2传动零件设计： 16
4.21轮选用表 16
第五章 总结 16
参考文献 17

设计任务
设计题目:书本打包机
1设计任务
1.根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。内容包括纵向推书机构和送纸、裁纸机构，以及从电动机到主轴之间的传动机构。确定传动比分配。
2.书本打包机一般应包括凸轮机构、齿轮机构、平面连杆机构等三种以上常用机构。
3.按比例画出机构运动简图，标注出主要尺寸；画出包、封全过程中机构的运动循环图（全部工艺动作与主轴转角的关系图）。
4.设计平面连杆机构。并进行运动分析。绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，计算凸轮廓线。
6.设计计算其中一对齿轮机构。
7.进一步对平面连杆机构进行力分析，求出主轴上的阻力矩在主轴旋转一周中的一系列数值 =（）
式中，为主轴的转角；i为主轴回转一周中的各分点序号。
力分析时，只考虑工作阻力和移动构件的重力、惯性力和移动副中的摩擦阻力。为简便起见，计算时可近似地利用等效力矩的计算方法。对于其他运动构件，可借助于各运动副的效率值作近似估算。画出阻力矩曲线=（），计算阻力矩的平均值。
8.根据力矩曲线和给定的速度不均匀系数δ值，用近似方法（不计各构件的质量和转动惯量）计算出飞轮的等效转动惯量。
9.编写设计计算说明书。
书本打包机设计

摘要： 书本打包机主要是用在印刷厂里，在大量数印刷出来后，将其以一定数量为一堆，用牛皮纸将其包装起来，以便于销售和运输。这种功能在很多地方都可以用到，比如：包糖机，饭盒包装机等凡是设计到需要将东西分堆包装的地方都可以将其稍加改动即可用于其他地方。设计说明书包括机构原理分析、机构选型与比较、机构设计、机构计算校核，最终有机整合，完成所需机械运动循环。并附有各单个机构与整体图样及运动循环图。

前言
机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计的正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，都应认真对待。机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有知识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息（如查阅文献、专利、标准，同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。
机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机械运动方案设计等，使学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及设计资料查询等诸多方面的独立工作能力进行的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发的创新能力。因此，机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。

第一章：功能分析及流程分析
1.1设计要求：
设计书本打包机，在连续生产线上实现自动送书，用牛皮纸将一摞（5本）书包成一包，并在两端贴好标签
1.2功能分析：
（1）机构横向纵向推书，因此需设计相应的推书机构

（2）包装书本，需设计相应的包装机构：，送纸剪纸机构这上下边，折前角，折后角
（3）涂浆糊，贴标签，所以需设计相应的机构对三个机构的运动功能做进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动
（1）推书机构为前后的直线往复运动
（2）包装书本机构，剪纸为直线往复运动，折上下边为摆动往复运动，折前角为凸轮回转运动
（3）涂浆糊，贴标签可用一个机构实现，凸轮滑块往复运动
1.3机构选用：
基本功能
执行构件
工艺动作
执行机构
横向推书：
滑块或推板
直线往复运动
连杆机构或圆柱凸轮机构
纵向推书
滑快或推板
直线往复运动
连杆机构或圆柱凸轮机构
折上下边
平板
摆动往复运动
凸轮连杆机构
折前角
扇行轮
往复回转运动
凸轮回转机构
折后角
挡板
固定
挡板
涂糨糊，贴标签
烘干两次
滑块
直线往复运动
连杆或凸轮机构
1.4包装示意图：

图10 包、封工艺顺序

图11 包、封工位布置（俯视图）
1.送书。横向送一摞书进入流水线。
2.推书。纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位b～g上的六摞书贴紧在一起。
3.送纸。包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。
4.继续推书前进到工位b。在工位b书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实现三面包装，这一工序共推动a～g的七摞书。
5.推书机构回程。折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状，再折两端上、下边。
6.继续折前角。将包装纸折成如图11实线所示位置的形状。
7.再次推书前进折后角。推书机构又进到下一循环的工序4，此时将工位b上的书推到工位c。在此过程中，利用工位c两端设置的挡板实现折后角。
8在实现上一步工序的同时，工位c的书被推至工位d。
9.在工位d向两端涂浆糊。
10.在工位e贴封签。
11.在工位f、g用电热器把浆糊烘干。
12.在工位h，人工将包封好的书摞取下。
第二章 各机构的选用及组合
2.1主要执行机构方案设计原理
2.11推书机构：
推书机构：只需实现直线往复运动，可采用图一所示为一曲柄滑块机构利用一块挡板，就可以实现这种功能。

图二为凸轮齿轮齿条机构，凸轮转动带动齿条上下移动，进而带动齿轮顺时针逆时针规律运转进而由齿轮带动齿条上的挡板前后往复运 动，实现推书功能
二 者比较：图一机构较为简单，制造成本低，但连杆所要承受的力较大，且会产生死点，磨损较大。图二机构比较复杂，采用的构件较多，加工成本高，但精度高综上，课程设计以简单加工成本低，空间占用小为优先考虑，所以设计采用图一机构

2.12剪纸机构：

图一以凸轮机构实现剪纸动作，简洁明了，容易控制剪切时间 ，但是稳定太差，容易造成机械损坏。

图二为一可控摆动剪纸机构，运动靠齿轮或带轮的运动带动摆杆回转，通过连杆带动剪纸刀前后间隙运动，还可以通过改变左端的回转半径的调节来控制剪纸刀的间隙时间，实现纸张的长短控制
通过比较选用图二机构为设计选用机构
2.13折上下边机构：

图一所示的机构和图二所示的机构类似，为上下边机构，通过凸轮的回转带动杆件的上下运动进而带动假肢杆件的间隙闭合开启，实现书本的上下边折叠。通过比较可以发现，用图一所示机构，对牛皮纸造成的破坏比图二的要小，所以选择图一适合

2.14涂糨糊贴标签机构：

图示为凸轮滑块机构，通过凸轮的转动以实现摆杆的摇摆，来带动滑块的左右移动实现涂浆糊贴标签和烘干的功能 还有一种是利用了曲柄摇杆机构来实现了贴标签的功能利用凸轮比较容易实现这种功能。。选择图一合适
2.15 运动总简图
方案一：
根据上图所示，书本打包机主要分为6个主要工序：①送书，②推书，③送纸和剪纸，④折上下角⑤折前角⑥糊浆糊，贴标签，烘干。
①送书。由人工将书搬到工作平台，然后由送书机构把书横向送一摞书进入流水线。该机构的动力来自变速箱的纵轴连接锥齿轮，再由水平方向的锥齿轮连接凸轮，凸轮的转动带动推书的连杆机构做前后往（相对纸面）返运动，从而达到挡板把书送进流水线的目的。
②.推书。该机构的动力和送书来自同一根轴，即减速箱的纵轴。由减速箱的纵轴直接连接一个凸轮机构，凸轮再与推书连杆机构连接，利用凸轮机构的回转运动带动连杆机构的水平返复运动。从而连杆上的板块纵向推一摞书前进到工位a，使它与工位b～g上的六摞书贴紧在一起。
③.送纸剪纸。该机构的源动力来自减速箱的横轴，在减速箱的横轴上转载一对锥齿轮，再由锥齿轮连接一个带轮，因此用带传动实现剪纸和送纸结构的运动，又一根皮带连接到剪纸和送纸机构的凸轮上，在该凸轮机构中，装上一个滚筒来向下送纸，再由一个轴连接剪纸结构，从而达到送纸和剪纸两个机构的一体化。包装牛皮纸使用整卷筒纸，由上向下送够长度后裁切。
----继续推书前进到工位b。在工位b书摞上下方设置有挡板，以挡住书摞上下方的包装纸，所以书摞被推到工位b时实现三面包装，这一工序共推动a～g的七摞书。
④.折上下角。该机构的动力来自减速箱的横轴，在减速箱的横轴上装在一对锥齿轮，再由锥齿轮连接折上下角的挡板机构，通过凸轮的回转带动杆件的上下运动进而带动假肢杆件的间隙闭合开启，实现书本的上下边折叠。折纸机构动作，先折侧边将纸包成筒状，再折两端上、下边。
⑤折前角。该动力来源和折上下角机构的一样，都是来自同一根轴，再由锥齿轮改变运动方向，把运动传到折筒机构，折筒机构是对称的，每边一个，折筒转动完成折两边前角。
----再次推书前进折后角。推书机构又进到下一循环的工序4，此时将工位b上的书推到工位c。在此过程中，利用工位c两端设置的挡板实现折后角。在实现上一步工序的同时，工位c的书被推至工位d。
⑥糊浆糊，贴标签，烘干。在工位d向两端涂浆糊。在工位e贴封签。在工位f、g用电热器把浆糊烘干。
----在工位h，人工将包封好的书摞取下。

方案优点：皮带轮传动（剪纸机构）的优点有：皮带轮传动能缓和载荷冲击;皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动;皮带轮传动的结构简单，调整方便;皮带轮传动对于皮带轮的制造和安装精度不象啮合传动严格;皮带轮传动具有过载保护的功能;
方案缺点：齿轮传动过多，凸轮机构多了，磨损大，凸轮造价昂贵。
方案二

方案说明：
纵向推书动作：通过与变速箱相连的a轴上的齿轮1将动力传递给i轴上的齿轮1，再通过轴i上的锥齿轮将动力传递给j轴上的锥齿轮1，由j轴带动轮a作回转运动，通过轮a的回转运动带动杆1做左右的摆动，再由杆1将运动传递给杆2，从而带动单板作往复直线运动，最终实现推书动作。
横向推书动作：通过与变速箱相连的a轴上的齿轮1将动力传递给b轴上的齿轮2，通过b轴上的齿轮3带动e轴上的齿轮1，再由e轴上的齿轮1带动f轴上的齿轮1，通过f轴带动带轮3做回转运动，通过皮带将动力传递给带轮4，再由带轮4通过轴将动力传给杆1，带动杆1做匀速圆周运动。在此曲柄摇杆机构中杆1作为原动杆将动力动力通过从动杆传递给杆3。从而带动杆3做前后摆动，杆3另一头连接着单板（单板和连杆3连接处是一个滑动连接），由于杆3做前后摆动从而带动单板作直线往复运动，最终实现横向推书动作。
送纸动作：通过a轴上的齿轮1带动b轴上的齿轮2，再由b轴带动凸轮2，通过凸轮2的回转运动带动导杆做上下往复运动，再由齿条把运动传递给下一机构，通过棘轮机构实现滚筒的间歇运动，以此实现送纸。
裁纸动作：由a轴上的齿轮1将动力传递给i轴上的齿轮1，再由轴i带动带轮1作回转运动，由带轮1将运动通过皮带传递给带轮2，带轮2和凸轮为一整体机构，带轮2转动从而凸轮也随之做回转运动，再由凸轮的回转带动连杆作上下往复运动，再通过连杆将运动传递到摆叉机构上，摆叉作一定角度的摆动随之带动裁纸刀做前后的间隙运动，从而实现裁纸的目的。
折纸动作：动力由变速箱通过齿轮1传递到b轴上的齿轮2，通过轴b将动力传递给齿轮3，此时分别有e轴上的齿轮1和h轴上的齿轮1相连，通过e轴上的齿轮将动力传递给凸轮1，带动齿轮1做回转运动，通过凸轮的回转实现导杆作上下直线往复运动，从而带动前上挡板、左上挡板和右上挡板作上下直线运动（前上挡板、左上挡板、右上挡板为一体），从而实现折角动作。而折下边的角则有h轴上的齿轮1将动力传递给凸轮3，再由凸轮带动导杆运动，原理与折上边角一样。折前角滚筒完成，其工作原理是：动力由变速箱通过齿轮1传递到b轴上的齿轮2，通过轴b将动力传递给锥齿轮4，再由锥齿轮将运动传递给c轴上的锥齿轮1，从而通过轴c带动右折筒作回转运动，由于折筒是一个不完全筒，从而折前角动作是一个间歇运动，则折前角目的达到。折左前脚与折右前角原理相同。
涂浆糊、贴标签、烘干动作：通过a轴上的锥齿轮将2将运动传递到k轴上的锥齿轮1，通过k轴带动凸轮4做回转运动，凸轮4的回转带动连杆机构作一定弧度的摆动，再由摆叉将运动分别传递到涂浆糊、贴标签和烘干机构，使得如上机构作往复的直线运动。（具体说明见涂浆糊、贴标签、烘干机构方案说明）
方案三：

机构运动说明书

通过机构总图来看机构的运动大致为：电动机将驱动力传到减速箱，经过减速箱的变速获得我们想要的转速之后通过圆锥齿轮组把主轴(纵轴)转动转化为各横轴的转动。如图，
在经过一对圆锥齿轮，改变传动方向，通过凸轮4以及与之搭配的连杆挡板实现横向送书；而纵向推书则是由凸轮1以及与之搭配的连杆机构挡来完成；通过代传动2把运动传达到送纸机构实现送纸，送纸实质是通过送纸机构上的凸轮转动使两根压条压在纸上，通过压条上转子与但纸轴之间的转动摩擦实现送纸任务；切纸是由凸轮3转动通过连杆带动切到实现来回周期运动完成切纸任务；折上下角是通过上下两个折板来完成，两板与车床一样宽，通过四个完全相同装在一根轴上两两安装相反的凸轮使上下折板同步做相反的周期性运动实现折上下角；折前是通过两个折筒来完成；折后角是通过推书过程中由流水线上的两档板完成；涂浆糊，贴标签，烘干是由主轴上的凸轮5以及与之搭配的连杆来完成，通过凸轮的回转来带动涂浆糊，贴标签，烘干机构来回运动，完成任务。

第三章 方案推优
经过以上三种方案比较，各个方案都有各自的优缺点：
方案一：方案优点：皮带轮传动（剪纸机构）的优点有：皮带轮传动能缓和载荷冲击;皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动;皮带轮传动的结构简单，调整方便;皮带轮传动对于皮带轮的制造和安装精度不象啮合传动严格;皮带轮传动具有过载保护的功能;
方案缺点：齿轮传动过多，凸轮机构多了，磨损大，凸轮造价昂贵。

方案二：优缺点说明：
各机构优缺点说明：
纵向推书：优点：运动轨迹容易确定；缺点：回程时间较长且功耗较大。
横向推书：优点：由于单板运动过程中有惯性，带动连杆机构闯过死点，不易发生自锁现象。缺点：单板作直线往复运动实现推书动作，但单板回程时所用时间过长工作效率不高。
送纸机构：优点：结构简单，要求的目的动作易于实现，功耗较小，经济实惠；缺点：此机构是由摩擦力来实现送纸，压轮使用时间过长可能会出现打滑现象。
剪纸机构：优点：结构简单且操作性强；缺点：间歇时间不容易控制，机构的精度要求较高。

方案三：此方案的设计不是很可以，主要是因为齿轮组传动的地方太多，而齿轮相对而言制造困难，而却没有过负保护，容易出现故障，而却维修困难。方案设计好之后，感觉上还是有很多的地方可以改进之处，皮带传动那个部件可以用链条传动代替，因为链条传动没有滑动，没有滑动轴上载荷较小，效率较高，能在温度较高、湿度较大的环境中使用 ，虽然链条传动也存在很多的缺点，比如：只能用于平行轴间的传动瞬时速度不均匀，高速运转时不如皮带传动平稳不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中使用，有噪声，制造费用比皮带传动高，但是在这个书本包装机构之中，
很能够体现它的优点，而其缺点由于是在这样的工作环境下就很少体现出来。
经比较：我们一致推选方案二为最佳方案。
第四章 总结
这次的课程设计深刻体会到了本专业的精髓之处,这次的设计明白了设计一种机械不仅需要各方面的知识，而且还需要深入到社会中，观察生活中的各式各样的东西。设计一种东西不仅需要考虑设计一种东西是否可行，考虑到他们的优点和缺点，还需要考虑到他们的设计成本，材料的选择等等各方面的因数。同学之间的合作也是很重要的，大家相互之间的讨论可以选出书本打包机的最佳方案。总之这次的课程设计有喜有优，设计一种东西靠的是一个团队还有和老师的交流。

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