书本打包机课程设计.docx

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书本打包机课程设计

XXX学院

机械原理课程说明书

设计题目：

书本打包机

设计者：

xxx

合作者：

xxxxxx

班级：

C08机械

（1）班

学号：

081309125

机械设计制造及其自动化系

指导老师:

xxxxxx

2010年6月24日

目录

书本打包机3

设计任务4

1.设计题目:

书本打包机4

2.工作原理及工艺动作过程4

3.设计任务5

4.设计提示6

第一章：

功能分析及流程分析7

1.1设计要求7

1.2功能分析7

1.3机构选用：

7

1.4机构运动功能图7

1.5包装示意图：

8

第二章各机构的选用及组合9

第三章机械驱动装置选择与设计14

3.1驱动装置的选择14

3.1.1常用电动机的结构特征14

3.1.2选定电动机的容量14

第四章各机构装配及设计15

4.1原始数据及设计要求15

4.11机构的尺寸范围15

4.12工艺要求的数据15

4.13纵向推书运动要求16

4.14其他机构的运动关系见表11。

17

4.15工作阻力17

第五章机构计算18

结束语18

参考文献19

书本打包机

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

机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学理论知识和技能解决实际问题，获得工程技术训练必不可少的实践性教学环节。

长期以来，各高校在机械原理课程设计中进行了不同的教学改革尝试，目的都是为了锻炼机械类学生的创新能力。

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。

设计任务

1.设计题目:

书本打包机

2.工作原理及工艺动作过程

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，如图9所示。

图9书本打包机的功用

书摞的包、封过程工艺顺序及各工位布置分别如图10、11所示：

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。

图10包、封工艺顺序

图11包、封工位布置（俯视图）

3.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。

10.学生可进一步完成书本打包机的计算机演示验证、凸轮的数控加工等。

4.设计提示

1.此题包含较丰富的机构设计与分析内容，教师可以根据情况确定学生全部或部分完成该题设计任务，也可由一组学生完成全题。

2.推书机构、送纸机构、裁纸机构之间有严格的时间匹配与顺序关系，应考虑这些机构之间的传动链设计。

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

无

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机构运动功能图

1.5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

主要执行机构方案设计原理

2.11推书机构

其原理为：

通过挡板的往复运动实现推书功能，实现往复运动可有以上3种机构选用

图一是曲柄滑块机构

图二是圆柱凸轮机构

图三是凸轮机构

2.12剪纸机构：

原理：

通过冲刀的停歇往复运动运动实现对包装纸的剪切，带动机构可用以上两种机构实现

图一是连杆机构

图二是圆柱摆杆机构

2.14折上下边机构：

原理：

凸轮的运动带动两杆的开合，实现折上下边功能

图为凸轮杆件机构

2.15涂糨糊贴标签机构：

原理：

通过凸轮，连杆带动滑块的直线往复运动

图为凸轮连杆滑块机构

2.16整体机构

方案一：

方案二：

第三章机械驱动装置选择与设计

3.1驱动装置的选择

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。

3.1.1常用电动机的结构特征

（1）.Y系列三相异步电动机

该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的型电动机。

（2）.电磁条速三相异步电动机

名称：

YCD电磁调速三相异步电动机。

有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件。

3.1.2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.

经过综合考虑决定选用Y132S—4型号电动机（电流A：

11.6转速:

1440r/mm效率:

85.5功率因数cosø:

0.82功率:

5.5kw）

第四章各机构装配及设计

图12所示为由总体设计规定的各部分的相对位置和有关尺寸。

其中O为机器主轴的位置，A为机器中机构的最大允许长度，B为最大允许高度，

为工作台面距主轴的高度，（x，y）为主轴的位置坐标，（

）为纸卷的位置坐标。

图12打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围

书本打包机具体技术要求为：

4.1原始数据及设计要求

4.11机构的尺寸范围

A=2000mm，B=1600mm。

工作台面位置

=400mm

主轴位置x=1000～1100mm，y=300～400mm；

纸卷位置

=300mm，

=300mm。

为了保证工作安全、台面整洁，推书机构最好放在工作台面以下。

4.12工艺要求的数据

书摞尺寸：

宽度a=130~140mm；

长度b=180~220mm；

高度c=180~220mm。

推书起始位置

=200mm。

推书行程H=400mm。

推书次数（主轴转速）n=（10±0.1）r/min。

主轴转速不均匀系数δ≤1/4。

纸卷直径d=400mm。

4.13纵向推书运动要求

（1）推书运动循环：

整个机器的运动以主轴回转一周为一个循环周期。

因此可以用主轴的转角表示推书机构从动件（推头或滑块）的运动时间。

推书动作占时1/3周期，相当于主轴转120°；

快速退回动作占时小于1/3周期，相当于主轴转角100°；

停止不动占时大于1/3周期，相当于主轴转角140°。

每个运动时期纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系见表7.10。

表10纵向推书机构运动要求

主轴转角

推书机构执行滑块的工作

主轴转角

推书机构执行滑块的动作

0°~80°

80°~120°

推单摞书前进

推七摞书前进，同时折后角

120°~220°

220°~360°

滑块退回

滑块停止不动

图13为推书机构运动循环图。

图13纵向推书机构运动循环图

（2）推书前进和退回时，要求采用等加速、等减速运动规律。

4.14其他机构的运动关系见表11。

表11其他机构运动要求

工艺动作

主轴转角

工艺动作

主轴转角

横向送书

折侧边，折两端上下边，折前角

涂浆糊,贴封签,烘干

150°~340°

180°~340°

180°~340°

送纸

裁纸

200°~360°~70°

70°~80°

4.15工作阻力

（1）每摞书的质量为4.6kg，推书滑块的质量为8kg。

（2）横向推书机构的阻力假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩

=4N•m。

（3）送纸、裁纸机构的阻力也假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩

=6N•m。

（4）折后角机构的阻力相当于四摞书的摩擦阻力。

（5）折边、折前角机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩

，其大小可用机器在纵向推书行程中（即主轴转角从0°转至120°范围中）主轴所受纵向推书阻力矩的平均值表示为

=6

其中

大小可由下式求出=

式中，

为推程中各分点的阻力矩的值；n为推程中的分点数。

（6）涂浆糊、贴封签和烘干机构的阻力总和，相当于主轴上受到等效阻力矩

，其大小可用

表示为

=8

第五章机构计算

……………………….

（1）

…………………………………

（2）

=

………………………………...（3）

………….（4）

（串联）…（5）

（并联）…………………………………………………（6）

=6…………………………………（7）

=4N•m..............................................（8）

=6N•m.................................................（9）

=

………………………………（10）

=8

………………………………...（11）

结束语

书本打包机的出现解决了包装书本所引起的困难，随着时间的推移，出现越来越多形式的书本打包机，主要是机械式和电气式。

在本次课程设计中，书本打包机可以用许多不同的机构把它设计出来，在整个过程中，所遇到的问题就是画图。

三维空间图必须要掌握好，整个过程允许同学之间互相学习互相交流，，集思广益有效的解决了许多问题。

在此次设计中仍然可能存在缺陷，希望指出。

参考文献

【1】孙恒，陈作模.机械原理【M】6版.北京：

高等教育出版社.2001

【2】孙恒，陈作模.机械原理【M】7版.北京：

高等教育出版社.2005

【3】裘建新.机械原理课程设计指导书【M】.北京：

高等教育出版社.2004

【4】郑文纬，吴克坚.机械原理.第7版.北京：

高等教育出版社.1997

【5】姜琪.机械运动方案及机构设计——机械原理课程设计题例及指导.北京：

高等教育出版社，1991.