医用棉签卷棉机设计机械原理课程设计样本之欧阳道创编.docx
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医用棉签卷棉机设计机械原理课程设计样本之欧阳道创编
武汉工程大学邮电与信息工程学院
时间：
2021.03.06
创作：
欧阳道
课程设计成果说明书
题目：
医用棉签卷棉机设计
学生姓名：
王向光
学号：
6202140219
学院：
机电工程学院
班级：
机械设计及其自动化02
指导教师：
卢霞
2014年5月12日
绪论5
0.1功能要求5
0.2工作原理以及工艺动作流程图6
第1章传动方案和减速器总体结构方案设计7
1.1拟订传动方案7
第2章主要执行结构方案设计10
2.1送料机构10
2.2楸棉机构12
2.3卷棉机构14
2.4形态学矩阵16
第3章机械运动系统设计方案拟定18
3.1拟定的方案18
第4章方案的评价20
4.1评价方案表20
第5章系统设计数据处理23
5.1方案b的数据处理23
5.2传动机构的尺寸设计及数据处理24
5.3成品的尺寸设计25
结束语26
参考文献27
摘要:
全自动棉签机是按照国家卫生标准自动设计和制造的一种自动化程序高、高速、高效生产卫生棉签。
自动卷棉设备它填补了国内空白。
该机能制造棉签，具有综合性能强，棉头饱满、表面光洁、外形均匀、棉头与棒体缠绕牢固，产品完全达到国家要求标准，该机可根据不同用途的棉签，电子控制调节棉头大小满足各种使用要求。
该机每小时可生产棉签3600支，克服了传统手工卷制效率低、棉签头大小不均、卫生条件差的缺点，该机畅销与国内外市场。
本设备适用范围可以用于个卫生材料厂，也适用于棉签用量大的大中型医院，家庭小型企业，创业致富的好途径。
我所设计的棉签机实现了送棉，楸面棉，送签和卷棉于一体的全自动化功能。
其主要设计思路来自于对手工卷棉动作分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定,以及优化组合.综合利用槽轮机构的间歇运动,凸轮连杆的往复运动,不完全齿轮的间歇运动,摩擦轮机构以及减速器的定植调速比的设定.定量送料,定位传送和摩擦压力的设计都需要人工数据处理.利用AutoCad软件强大绘图功能,和Word的编辑功能,把设计方案图文并茂,栩栩如生.
关键字:
减速器槽轮不完全齿轮爪轮齿形带
绪论
在以机械学为主干学科的各专业教学计划中,《机械原理课程设计》是主要的专业基础课之一,是必修课,是培养学生机械设计能力的重要环节.机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的理论知识,培养学生独立解决机械设计中的实际问题的能力,使学生对于机构的综合以及运动学和动力学分析有一个较完整的概念;并进一步提高学生的计算,绘图和计算机辅助设计的能力。
0.1设计的目的
机械原理课程设计的主要目的是为学生在完成课堂教学基本内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。
《机械原理课程设计》的编写宗旨就是指导学生能在短时间内，将所学的机械基础理论运用于一个简单的机械系统，通过机械传动方案总体设计，机构分析和综合，进一步巩固掌握课堂教学知识，并结合实际得到工程设计方面的初步训练，培养学生综合运用技术资料，提高绘图、运算的能力。
同时注重学生创新意识的开发。
0.2设计的要求
1.以机械系统运动方案设计与拟定为结合点,把机械原理课程中分散与各章的理论与方法融会贯通起来,进一步巩固和加深学生所学的理论知识。
2.使学生能受到拟定机械运动方案的训练,具有初步的机构选型与组合和确运动方案的能力。
3.进一步提高学生运算,绘图和查找技术资料的能力.
4.通过编写说明书,培养学生表达,归纳和独立思考与分析的能力。
第一章总论及设计要求
1.1功能要求
全自动医用棉签卷棉机能够实现送棉、楸棉、送棉和卷棉的一体化功能。
医院通用的签杆直径约3mm，长约为70mm，卷棉部分长约20—25mm，每分种能生产60支。
卷棉机由送棉机构，压棉机构，楸棉机构，送签机构，卷棉机构以及电动机组成。
选择送棉机构时考虑到棉花很软，要实施持棉以直线、间隙、定长地将适量条状送入压（夹）棉、楸棉机构，可用带刺构件走直线轨迹段把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出，但此时要将棉条压住。
实现送签的功能是使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，我采用将一堆签杆放入漏斗箱逐一的送到能产生一定压紧力的构件上，同时一边自转，一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。
1.2工作原理以及工艺动作流程图
医用棉签卷棉机系统
定量送棉
压
（夹）
棉
、
楸
棉
送签
卷棉
将条状棉的原料压紧在固定面上，在另一端既实现压紧，又实现拉扯动作
持定量棉花，以直线、间隙、定长送进
完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一定的压力，并且将压力保持一定的时间，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移。
完成楸棉动作的机构，其压头一方面有压紧条棉的功能，又要使压力在保持压紧力的状态下有向某个方向运动的可能，以完成楸棉动作。
采用适当的压头形式，使棉条容易楸断，楸断后自行落入导棉槽中。
机构能调整压紧力。
使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，与楸下的棉块会合
签杆与棉块相遇，签杆作自转，将棉块卷上签杆。
第2章传动方案和减速器总体结构方案设计
2.1拟订传动方案
机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成如图２－１：
图２－１
1——电动机 2——联轴器 3——减速器
２.１.1 初步选择电机和分配各级传动比
（一）电动机的选择
选择电机类型：
电动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等。
电动机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。
电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。
机械设计中应根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。
择电动机的类型和结构型式。
生产的单位一般用三相交流电源，如无特殊的要求（如在较大范围内平稳地调速，经常启动和反转等），通常都采用三相交流异步电动机。
我国已制定了一标准的Ｙ系列是一般用途的全封闭的自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械食品机械等。
由于Ｙ系列还具有启动性好的优点，因此也适合某些对启动转矩要求较高的机械。
三相交流异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，具有系列型号。
为适应不同的安装需要，同一类的电动机结构又制成若干种安装形式。
各类型的电动机的参数和外型及安装尺寸可查手册。
选定电动机的容量：
电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。
当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。
电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。
工作机所需工作功率
，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算：
其中：
T——工作机的阻力矩，
；
n——工作机的转速，
；
传动装置的总效率
组成传动装置的各部分运动副效率之积，即
其中：
分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率
按推荐的传动比合理范围，取一级传动i1=20-50，二级圆柱直齿轮的传动比i2=4-6,三级圆柱直齿轮的传动比i3=2-4,总的传动范围为40-200.
根据附Ⅱ。
2选择Y系列三相异步电动机
经过综合考虑决定选用Y132S—8型号电动机
考虑减小噪声、振动等方面的要求时，最好选用带传动。
当原动机驱动主动轮时，由于带与带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。
带传动具有结构简单、传动平稳、选价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。
图２-２带传动
图２-３链传动
但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。
蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，摩擦力大，发热大。
同时蜗杆传动在啮合处有相对滑动。
当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化，因而摩擦损失较大，效率低；
根据以上的分析比较，再结合要求的工作条件可以得到，在此采用带传动。
第3章主要执行结构方案设计
3.1送料机构
方案：
不完全齿轮机构
图3—1
1——不完全齿轮2——棉条3——滚轮
方案所采用送棉机构是如图3—1所示的不完全齿轮机构。
其主要由不完全齿轮和一个滚轮串联而成。
当不完全齿轮由传动机构而作等速顺时针连续转动时，当第一枚齿还未到达棉条时，棉条因无摩擦力而不能向前送进；而当第一枚齿接触到棉条，同时与滚轮啮合时，产生摩擦夹带棉条向前送进，直到最后一枚齿脱离滚轮，而停止送棉。
当主动不完全齿轮作连续转动时，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。
其中不完全齿轮的外圈部分是由橡胶模具制成。
分析其原因如下：
1考虑到棉花很软，如使用钢制不完全齿轮，在抓棉时很容易将棉条抓断；使用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。
2如果橡胶齿磨损，可以及时更换。
3橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比较，前者较为经济。
3.2楸棉机构
方案:
爪轮机构
图3—2
1、4——爪轮2——棉条3——橡胶块
方案所采用的楸棉机构如图3—4所示。
其主要由两个爪轮串联而成。
当主动爪轮1由传动机构作顺时针等速转动时，嵌入爪轮1的橡胶块转到另一个爪轮的橡胶块相遇时，夹送到的条棉2价在其中，靠弹性压紧，继续转动时，将条棉楸断。
3.3卷棉机构
方案a:
图3—5
1——漏斗状签箱2、4——输送机构3——签杆5、8——条棉6——导棉槽7——静止摩擦片
方案a所采用的卷棉机构如图3—5所示。
起主要由主动输送机构、漏斗状签箱和导棉槽组成。
将一堆签杆放入漏斗状的签箱1内，漏斗口限制签杆3只能一根一根地通过，由漏斗口下的输送构件2和4同步将签杆送入到导棉槽，进至与在导棉槽7内的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆3自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，使条棉卷在签杆上。
设计要求：
漏斗状签箱1的口宽的大小应与签杆的直径差不多。
这既能使签杆逐一的通过漏斗口，又防止签斗内签杆相互挤造成卡住。
方案b:
图3—6
1——漏斗状签箱2——签杆3——条棉4——输送机构5——齿行带6——拖板7——静止摩擦片8——弹簧9——压板10——卷轮
方案b所采用的卷棉机构如图3—6所示。
起主要由卷轮、漏斗状签箱、送棉机构、拖板和静止摩擦片压板组成。
将一堆签杆放入漏斗状的签箱1内，漏斗口限制签杆2只能一根一根地通过，由漏斗口下的卷轮5带离签箱1，，进至与在压板9的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆2一面前进，一面自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，且有一定的压紧力，使条棉卷在签杆上。
3.4形态学矩阵
功能元
功能元解
1
2
3
4
5
动力源
电动机
A1
汽油机
A2
柴油机
A3
液压机
A4
汽动马达
A5
减速2
蜗杆传动
B1
链传动
B2
带传动
B3
齿轮传动
B4
摆线针轮转动
B5
送料持夹器的运动
不完全齿轮机构
C1
槽轮机构
C2
曲柄滑块机构
C3
凸轮机构
C4
连杆机构
C5
压紧器的间歇转动
凸轮机构
D1
爪轮机构
D2
齿型带机构
D3
平面凸轮+正切机构
D4
空间凸轮+正切机构
D5
压杆的往复移动
齿轮机构
E1
齿型带机构
E2
凸轮机构
E5
系统解的可能方案数：
F=5*5*5*5*3=1875
其中列出较为理想的两种：
A1+B3+C1+D1+E1
A1+B3+C2+D3+E2
3.5拟定运动循环图
分配轴转角
0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360°
送棉机构
定量送棉
间隙运动
压棉楸棉机构
爪轮间隙运动
爪轮转动摩擦楸断棉
爪轮间隙运动
送签机构
带轮转动送签
压板提供压紧力
卷棉机构
开始卷棉
第4章机械运动系统设计方案拟定
4.1拟定的方案
在第三章中，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。
根据形态学矩阵的分析和原理。
现在对它们进行最佳组合。
如图
方案a
1——漏斗状签箱
2、4——输送机构
3——签杆
5——凸轮机构
6——正压机构
7——底座
8——不完全齿轮
9——滚轮
方案b
1——主动销轮
2——槽轮
3——滚轮
4，11——爪轮
5——橡胶块
6——齿形带
7——压板
8——支板
9——漏斗状签箱
10——签杆
１２——卷轮
第5章方案的评价
5.1评价方案表
评价方案
（2）
序号
评价项目
评价等级
评价尺度（评价分数）
1
功能目标完成情况
很好
好
较好
不太好
不好
10
8
5
3
0
2
工作原理的先进性
先进
较先进
一般
落后
10
8
4
0
3
系统的工作效率
高
较高
一般
低
10
8
4
0
4
系统机械传动的精度
高
较高
一般
低
10
8
4
0
5
系统的复杂程度
简单
较复杂
复杂
10
5
0
6
系统方案的可靠性
可靠
较可靠
一般
不可靠
10
8
4
0
7
系统方案的新颖性
新颖
较新颖
一般
不新颖
10
8
4
0
8
系统方案的实用性
实用
一般
不实用
10
5
0
9
系统方案的经济成本
低
较低
高
较高
10
8
4
0
10
系统方案的环保问题
好
较好
不好
10
5
0
项目
方案
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
累计得分
a
5
4
8
10
5
10
8
4
4
10
58
b
8
8
8
8
10
10
8
4
8
10
72
方案评价
（2）
“＋＋”：
“很好”，“＋”：
“好”，“－”：
“不好”。
方案评价标准
方案a
方案b
成本低
+
++
便于加工
+
+
结构简单
-
+
便于方便
+
+
操作方便
++
++
总计
5“+”，
1个“—”
7个“+”
显而易见，综上所评方案B为最佳方案。
第6章系统设计数据处理
6.1方案b的数据处理
图6—1
1——主动销轮2——槽轮3——滚轮4，11——爪轮5——橡胶块
6——履带7——压板8——支板10——签杆
设计数据如下：
卷棉机的生产率：
60支/分钟
卷棉机构和送签机构5的转速：
v5=0.1m/s卷轮的转速n=2（rad/s）
楸棉机构：
爪轮的转速3：
n3=2π（rad/s）
送棉机构：
主动销轮1的转速：
n1=8π（rad/s）槽轮2n2=2π（rad/s）
零件尺寸设计：
r1=60/πmmr2=50/πmmr3=50/πmmr5=100/πmm
履带长600mm压板15cm履带缺口深度3mm
6.2传动机构的尺寸设计及数据处理
图6—2
1，2——带轮3，4，5，6——传动齿轮
图6—2所示是图2—1的俯视图。
（二）计算传动装置的总传动比及分配各级传动比
在前面的方案设计中已确定此次设计的减速器为齿轮传动，并且采用展开式传动。
分配原则：
1、使各级的传动的承载能力大致相同（齿面的接触强度大致相等）。
2、使减速器能获得最小的外形尺寸和重量。
3、使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等，润滑方便。
选用减速器为三级传动，先经过三级减速后，再经过分流得到轧辊所需要的转速和方向，经过综合考虑选得：
i1=28.25i2=4i3=π
轴名
参数
ⅠⅡⅢⅣⅤ
转速（rad/s）
输入功率KW
7108π2π22
2.22.0461.981.9251.905
传动比
效率
28.254π1
0.930.970.970.99
传动齿轮设计：
齿轮
参数
3456
齿数
8321632
模数mm
5555
6.3成品的尺寸设计
包装尺寸：
长×宽×高1650×810×1300
重量：
150kg
结束语
紧张的课程设计顺利结束了。
在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握.并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。
机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。
在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。
相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。
同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识。
最后，非常感谢老师的关心指导和其他同学的协作！
参考文献
[1]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.重庆:
重庆大学出版社,2001
[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编.机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化.北京：
机械工业出版社.1982
[3]王知行,刘延荣.机械原理.北京:
高等教育出版社,2000
[4]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）.北京：
高等教育出版社.1993
[5]陈秀宁.机械设计课程设计.浙江：
浙江大学出版社.1995
时间：
2021.03.06
创作：
欧阳道
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