书本打包机创新课程设计.docx

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书本打包机创新课程设计

一、绪论···················································1

二、打包机功能描述·········································1

三、设计方案及数据分析·····································3

四、机构方案初选···········································4

五、机构运算确定··········································14

六、机构综合设计··········································16

七、感想与自我评价········································17

八、参考文献··············································18

书本打包机设计

一、绪论

在人类的生产和生活中，大量使用各种机械设备，以减轻和代替人的劳动力，提高生产率，产品质量和生活水平。

随着科学技术和工业生产的发展，计算机技术、电子技术和机械技术有机结合，机电一体化的实现，促进机械产品向高速、高效、自动化、轻量化方向发展。

可见，人们对机械设计要求越来越高，所以我们大学生要带着自己的设计理念从理论到实践中去，努力设计出自己的完美设计，对社会左出大的贡献，做社会有用人才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。

这次设计，就是我们才华的一个展示，其中也体现了合作的重要。

以下是我们的设计内容：

Ⅰ内容提出：

为了让打包书本这个工作完全机械化，轻松、方便

Ⅱ设计对象：

书本打包机

Ⅲ设计内容：

根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定方案，内容包括纵向推书机构和送纸、裁纸机构.

根据选定的方案，给定的尺寸数据和运动性质的要求，利用优化设计纵向推书机构的简图尺寸。

对于传动机构及送纸，裁纸机构，确定与整体运动协调配合尺寸（宏观定性关系）。

最后感谢刘老师对我们的指导，相信我们以后会做的更好。

二打包机的功能描述

（一）、书摞的包、封工艺顺序

1书本打包机工艺分解，如下图所示：

书本打包机的工序图

（二）、书摞的包、封工艺位置

2书本打包机包、封工艺位置

包、封工艺位置示意图

（）工艺位置对应功能分解

1.横向送书（送一摞书）。

2.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，书推到工位a前，包装纸已经先送到位。

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2—1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。

综上分析，可以看出：

书本打包机中的主要机构包括：

横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构。

三设计方案及数据分析

（一）、结构描述

1书本打包机是用牛皮纸将一摞书（5本一摞）包成一包，并在两端涂浆糊和贴好标签，如下图所示：

书本打包机的总体功用

（二）、原始数据及设计要求

2下图所示为由总体设计规定的各部分的相对位置和有关尺寸。

打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围

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。

3书本打包机具体技术要求为：

1.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。

2.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（电动机转速：

1440r/min）。

主轴转速不均匀系数：

δ≤1/4。

纸卷直径：

d=400mm。

（三）、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、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊机构，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。

绘制从动件运动线图。

5）设计凸轮机构。

确定从动件运动规律，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）书本打包机进行三维造型和动态仿真，并输出送纸机构、推书机构、裁纸机构的位移、速度、加速度曲线。

四机构设计方案初选

机构设计主要包括横向送书机构、纵向送书机构、送纸机构、裁纸机构、折角机构、涂浆糊贴标签机构以及烘干机构的设计，以实现书本打包的功能。

方案一横向送书机构

1．书本打包机——横向送书机构

横向送书机构的主要执行机构为凸轮机构和齿轮齿条机构，其机构简图如图3—1所示：

横向推书机构

2横向推书机构的工作原理：

（1）、横向推书机构的工作流程：

通过主动件凸轮的转动将速度通过齿条2→齿条2带动齿轮1,2转动，并且由齿轮1,2控制不同的传动比→齿轮1带动齿条1和其上推头横向运动完成横向推书动作。

（2）、机构运动循环图

横向送书机构运动循环图

横向推书机构在120°~360°期间进行推书运动：

120°~240°推头推书，240°~360°推头退回，0°~120°推头不动，横向推书行程H=380mm。

（三）、齿轮设计

一个横向推书过程，设计齿轮1转动一圈。

由H=380mm得，齿轮1的直径为120mm左右。

设计齿轮直径为120mm。

使用标准齿轮，压力角为20°，模数是8，齿数为15。

齿轮2直径为40mm，使用标准齿轮，压力角20°，模数为4。

各个齿轮齿条的数据参数：

全部使用标准齿轮

齿轮-1直径D=120mmM=8Z=15

齿轮-2直径D=40mmM=4Z=15

齿条-1有效长度380mm

齿条-2有效长度126mm

（四）、凸轮设计

由上面得知凸轮推程运动角为120°。

为了防止推书过程中书本出现洒落要求推书过程中加速度从零开始，根据要求凸轮的加速度按正弦规律变化。

回程过程中加速度没有要求，我们仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。

凸轮的行程有齿轮1可知，h=125.6mm，设计凸轮从动件是直动型的，采用压力角为32°，基圆半径80mm。

凸轮运动位移、转角示意图

3横向推书机构对比机构

横向推书机构对比机构

图所示的连杆滑块机构也可以实现横向推书的功能，但是通过对比凸轮齿条机构结构简单，易于实现复杂的运动要求比较容易设计各种传动比的要求，而且结构紧凑。

连杆滑块机构制造容易，但设计较为困难，连杆机构随着构件和运动副数目的增加，积累误差较大，传动精度不高。

因此我们确定凸轮齿条方案为横向推书机构。

方案二纵向送书机构

（一）1书本打包机——纵向送书机构

纵向送书机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆滑块推头机构，其机构见图如图

所示：

纵向推书机构

2纵向送书机构的工作原理

一、纵向送书机构的工作流程：

通过主动件凸轮的转动带动连杆摆动再带动滑块做往复运动，从而完成纵向推书动作。

（二）、机构运动循环图

纵向推书机构运动循环图

纵向推书机构在机构在0°~120°向推书机构在期间完成纵向推书动作：

0°~80°完成单摞推书，80°~120°完成七摞推书，120°~220°推头回退，220°~360°推头不动。

3纵向送书机构对比机构

下图所示机构也能实现纵向推书功能，具体分析同横向推书机构对比机构。

纵向推书机构

送纸机构

1书本打包机——送纸机构

送纸机构的主要执行机构为连杆弹簧机构和凸轮机构，其机构简图如图3—8所示：

送纸机构

2送纸机构的工作原理：

一、送纸机构工作原理：

送纸机构主要实现当有一摞书推来时从包装纸筒上扯下一定长度的包装纸，然后剪断。

根据书本尺寸，每份包装纸的尺寸700mm×400mm。

送纸采用橡胶摩擦轮传动，凸轮转动带动连杆摆动，与纸卷接触的滚子摩擦系数较大，连杆摆动使滚子与纸筒接触并产生相对滚动，从而将纸自上而下的传送，传送定量距离后将纸裁断。

二、送纸机构设计

送纸机构中的滚纸筒直径D=50mm，可绕纸筒中心轴自由转动，凸轮运动规律与横向送书机构的凸轮运动规律相似，故其轮廓与其相似。

裁纸机构

1书本打包机——裁纸机构

裁纸机构的主要执行机构为凸轮顶杆机构和连杆滑块机构，如下图3—9所示：

裁纸机构简图

2裁纸机构的工作原理：

通过主轴的运动将速度V传递到凸轮上，使其转动，将力与速度通过连杆传递给剪刀，通过剪刀截断合适尺寸的纸，最后达到裁纸的工作过程。

主轴转速应与送纸机构中的速度相匹配。

纸的有效长度为400mm，故要使得其送的纸的长度大于400mm，所以凸轮陷进的部分应大于120度，设其工作部分为140度，其中剪刀设计与竖直纸相隔50mm。

裁纸机构中，凸轮的轮廓大致形状即为图中所示，凸轮在链轮带动下传动，再由连杆机构使得裁刀做往复运动，达到裁纸功能。

在几个步骤进行后，书本三面被包上纸：

3裁纸机构对比

裁纸机构对比机构

图也是一种裁纸机构，通过对比，虽然结构比较简单，但是该机构很难控制裁纸时间，因而难以控制裁纸长度；而上述图的裁纸机构，不仅结构紧凑，而且可以通过改变左边机构的回转半径来准确控制裁纸刀的间隙时间，从而达到对纸张长短的控制。

1书本打包机——折角机构

一、折上下边机构

1）折上下边机构的主要执行机构为凸轮机构和连杆机构，折上下边机构简图如下图3—11所示：

2）折上下边机构工作原理：

通过凸轮的回转运动，带动连杆摆动，进而实现假肢杆件的间隙闭合开启运动，实现折上下边的功能。

3）机构优点：

该机构主要优点是通过凸轮较小幅度的回转运动实现了假肢杆件较大幅度的间隙闭合开启运动，而且可以同时折好上下边，提高了工作效率。

另外，由于凸轮回转幅度较小，因而整体机构所占空间小，整体显得十分紧凑。

折上下边机构

4）折上下边机构对比

图也可以实现折上下边，但是该机构只能折一边（上边或下边），因此要实现同时折好两边，需要两个对称的机构，而且曲柄连续回转难以控制好折边时间，因而精确度不如图3—11所示机构高，同时运动幅度也比较大，占空间大，所以选择图3—11机构比较合理。

折上下边对比机构

二、折前角机构

1）折前角机构的主要执行机构为一个随轴回转的半球形转子，其机构示意图如下图4—5所示：

折前角机构

2）折前角机构工作原理：

该机构随轴转动，上下边折好后，半球形转子刚好转过来实现折前角的功能。

后角利用固定挡板折好。

3）机构优点：

该机构十分简单，容易实现，而且制造成本低，性价比很高。

1书本打包机——涂浆糊、贴标签、烘干机构

涂浆糊贴标签烘干机构的主要执行机构为凸轮摆杆机构，其机构简图如图3—15所示：

将此机构分解成四部分，涂浆糊→贴标签→烘干→二次烘干。

如图3—14所示：

涂浆糊贴标签烘干示意图

它们的机构都可以用凸轮摆杆滑块机构实现。

凸轮的转动使得滑块往复运动，完成各个动作。

涂浆糊、贴标签、烘干机构

2涂浆糊贴标签烘干机构的工作原理：

通过凸轮的转动带动与凸轮连接的轮轴，并使其上面的水平板块做水平往复运动，四个长方体相邻两长方体间隔130~140mm（书摞的宽度），恰好为两摞书中点之间的距离，在推书机构把第二摞书推到涂浆糊处，第一摞书恰好到达贴标签处。

直至最后完成烘干。

3凸轮机构的设计要求

1）贴标签工艺是在折角之后完成的，故工作时间为180°~340°之间。

2）凸轮推程运动角φ=45°，从动件在推程时按正弦加速度运动，设计其行程为24mm，凸轮机构的许用压力角[α]=30°

4机构运动循环图

可以看出180°至340°为工作区域。

5涂浆糊贴标签烘干机构的对比机构

图所示为滚子从动件机构，凸轮的转动带动滑块的左右移动，从而实现涂浆糊、贴标签、烘干功能。

但与涂浆糊贴标签烘干示意图比较，涂浆糊贴标签烘干示意图加了一个摇杆，从而使传动更为稳定，且冲击明显少于后者。

因此，我们选择涂浆糊贴标签烘干示意图机构。

涂浆糊贴标签烘干机构运动循环图

涂浆糊贴标签烘干机构对比机构

五机构计算的确定

综上所述，优选择方案一：

横向送书机构送纸机构裁纸机构涂浆糊、贴标签、烘干机构

1、机构综合设计

推头行程范围为377mm；齿轮1直径120mm，凸轮的最大行程是125.6mm，工作台与凸轮轴的垂直距离应大于325.6mm，设计为400mm。

2、凸轮设计以及机构整体尺寸

由图得知凸轮推程运动角为120°。

为了防止推书过程中书本出现洒落要求推书过程中加速度从零开始，根据要求凸轮的加速度按正弦规律变化。

回程过程中加速度没有要求，我们仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。

凸轮和机构整体的具体设计尺寸如下图所示：

凸轮设计图

1）按αmaxαmin确定AB和BC用图解法初选BC杆长度，找出αmax和αmin的大致范围，并保证滑块能达到行程H.

2）根据凸轮机构压力角α1<[α1]，且尺寸愈小愈好的原则设计凸轮轮廓，确定尺寸lAB和基圆半径r0，并求出最大（最小）压力角。

数据如下：

X1

（mm）

Y1

（mm）

Y

（mm）

X2

（mm）

H

（mm）

αmax

（°）

αmin

（°）

rr

（mm）

r0

（mm）

203

370

1001

150

400

22.1

18.9

40

250

具体计算如下：

αmax=arctan（X2/Y1）=22.1°L=（453-250）/2

αmin=arctan（L/Y1）=18.9°Lbc=800mm

Lab=400mm

六机构的综合设计

5.1构汇总如图所示：

书本打包机总简图

上图所示为书本打包机总简图，该图按加工顺位表达了书本打包的运动情况。

该图中分别表达了横向推书机构、纵向推书机构、送纸机构、裁纸机构、折上下边机构、折前角、涂浆糊、贴标签、烘干机构的机构简图。

通过该简图可以了解书本打包机的运行过程和打包过程。

2机构总运动循环图

机构总运动循环图如下图所示：

机构总运动循环图

七、感想与自我评价

经过这次短暂的课程设计，我们不但复习了以前所学过的知识，使以前千疮百孔的知识形成了一有机的知识网络体系，我还为自己补充了许多机械设计方面的知识。

这次的课程设计也让我看到了很多自己的不足，在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经绘图成功而热情高涨。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

虽然这只是一次的极简单的课程制作（书本打包机），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞机械设计的前辈们，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！

通过这次课程设计，我想说：

为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，同时还有考研的重要任务，其中难免会产生一些错误或不足之处，但自己通过这次课程设计提高自己的创新意识，以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

与此同时我们还发现机械在社会生产中发挥的重要作用，它可以大大降低生产时间并节省劳力，对中国的发展起着重大的作用。

它还不断地改变着人们的生活方式和思维方式。

它是人类进步的推进剂，因此我认为学习机械是一件光荣的事情，所以我们更有必要学好机械制造这一行业。

八参考文献

[1]高志、殷勇辉、章兰珠、崔立.《机械原理》华东理工教育出版社，2010

[2]王三民主编.《机械原理与设计课程设计》机械工业出版社，2004

[3].《机械原理指导书》.高等教育出版社

[4]张永安《机械原理课程设计指导》高等教育出版社