一次性纸杯分杯器 机械原理课程设计说明书

一次性纸杯分杯器机械原理课程设计说明书

武汉工程大学

机械原理课程设计说明书

——一次性纸杯分杯器院系：机电工程学院

专业：过程装备与控制工程

班级：03班

设计者：赵晨0903020328

袁望生0903020327

杨丹0903020326

辅导老师：赵芸芸

2011年6月27日——7月8日

目录

摘要 (3)

ABSTRACT (4)

第一章前言 (5)

1.1机械设计课程的目的 (5)

1.2机械设计课程的任务 (5)

1.3机械设计课程设计的步骤 (5)

第二章设计简介 (7)

2.1设计背景 (7)

2.2设计条件和要求 (7)

2.3拟设计思路 (7)

第三章设计方案对比选择 (8)

3.1方案的拟定 (8)

3.2评价方案表 (10)

第四章设计任务 (13)

4.1一次性纸杯分杯器动画仿真图 (13)

4.2设计原理 (16)

4.3具体操作步骤 (16)

4.4各部分原理图及运动分析 (16)

参考文献 (18)

致谢 (19)

摘要

本设计针对现在家用饮水机饮用时所需纸杯拿取不便的问题，设计一种基于v型夹指机构的一次性纸杯分杯系统。当使用者按动系统按钮时，通过v型夹的动作分离最下方的纸杯，使其落下以提供使用。这样既保证了纸杯拿取的便捷性，也确保其卫生洁净。该系统构造简单，造价低廉，具有一定的实用价值。

关键词：v型夹指机构纸杯分杯便捷性卫生洁净

Abstract

Based on the problem of the inconvenience of taking the paper caps out when using the water dispenser, this project designs a promoted v clamping device for fabricating a system to separate paper caps. When the user press the button of this system, it will divide the paper cap at the bottom letting it drop down to provide use. This design can not only ensure the facility of getting the cap but also guarantee the clean of it. The system is simple in structure, low cost, which has certain practical value.

Key words: v clamping device; separate paper caps; convenience; health and clean

第一章前言

1.1 机械设计课程的目的

机械原理课程设计是使学生较全面、系统掌握机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生“初步具有确定机械运动方案，分析和设计机械的能力”及“开发创新能力”的一种手段。其目的是：

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于各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识；

2）通过拟定机械运动方案的训练，使学生初步具有机构选型与组合和确定运动方案的能力；

3）使学生在了解机械运动的变换与传递及力的传递的过程中，对机械的运动、动力分析与设计有一个较完整的概念；

4）进一步提高学生运算、绘图、运用计算机和技术资料的能力；

5）通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。

1.2 机械设计课程的任务

机械设计的任务一般是设计一般机械的传动装置或简单机械，此次课程设计主要是设计与生活和娱乐相关的简单机械，为人们的生活带来便利与乐趣。

其任务通常包括：对给定的设计要求进行分析，将总功能分解；制定机构运动循环图；设计实现各个分功能的机构运动原理，构成几种运动方案，对各个运动方案进行对比和选择；对选定方案中的机构进行分析与设计，画出机构运动简图；对机构进行必要的运动和动力分析。

1.3 机械设计课程设计的步骤

任何一部新的机械都要经过设计、研制、生产和使用等四个阶段，其中设计阶段通常分为机构运动设计和结构设计，机构运动设计是根据机械的设计任务和要求，拟定机械中各机构的方案，利用机械原理课程的理论知识，对该机构方案进行结构分析、运动分析和动力分析，从而设计出满足使用要求、经济可靠、运动性能和动力性能优异的机构。而结构设计则是根据机械中各构件的

工况参数和失效形式，选择合理的材料，确定合理的几何形状和尺寸，绘制具体零件的工作图、部件装配图和总装图。经过审批投入试制，通过试验考证后才能正式投入生产。因此，机构结构设计是机构运动设计后所进行的设计阶段，是把具有发明创造性的机构方案设计转化为实际应用机械的具体实施设计阶段，而机构方案设计是机构运动设计的重要组成部分，机构运动设计正是机械原理课程设计的主要任务。

机构原理课程设计是在机械原理课程进行中或完成后集中进行的教学环节，它是在教师指导下由学生独立完成的。每个学生都应明确课程设计的任务和要求，拟定设计计划，保证设计进度、设计质量，按时完成课程设计。在设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计工作。要求设计态度严肃认真、一丝不苟，反对不求甚解，这样才能确保课程设计达到教学基本要求，并在设计思想、方法和技能等方面得到良好的训练和提高。

机械原理课程设计一般分为下面几个阶段：

（1）设计准备认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤，收集和阅读有关资料、图样，复习有关课程知识；准备设计所需的工具和用具，拟定设计计划。

（2）机构方案设计根据设计任务书的要求，绘制各种方案的机构运动简图，进行机构的选型和组合，研究运动形式的变换与联接，并对机构进行结构分析和性能比较，绘制出传动系统示意图。

（3）机构运动设计对所选定的机构方案进行运动综合，要求既满足机械的用途、功能和工艺条件等要求，又满足机构原动件运动规律及机构位置、速度和加速度等运动参数的要求，并将机构运动简图、速度图和加速度图以及相应的运动线图画在图纸上。

（4）机构动力设计在机构的运动设计基础上，根据各构件的质量及转动惯量确定机构的惯性力、惯性力偶矩、各位置的运动副反力及应加于原动件上的平衡力矩，绘制平衡力矩及运动副反力的变化线图，以便清楚地了解在一个运动循环中，平衡力矩及运动副反力的变化情况。

（5）整理说明书将课程设计的有关内容和设计体会以文字形式编写成说明书。

第二章设计简介

2.1 设计背景

本次设计利用互联网，对认识的好友家人共98人进行了调查，其中拥有饮水机的人数为63人。大部分人都认为使用饮水机的时候，特别是有客人来的时候，取用纸杯较为麻烦，而且长时间存放，用手取的时候也不够卫生洁净。基于大家对于取用纸杯的便捷性和卫生性的要求，本次课程设计将设计一种一次性纸杯分离器，既保证取用时的便捷性，也确保其卫生安全。

2.2 设计条件和要求

设计成品需外形美观大气，操作简单，适用纸杯范围广，安全省力，出杯轻松，并且出杯率高，只要轻轻地摁下按钮，纸杯就会落下一个至出杯卡口处，然后横向取出即可。

1.产品原材料应采用PC，ABS组成，具有抗冲击，抗老化，阻燃，不发黄，可抗100万次以上疲劳伸拉，经久耐用，完全符合欧盟环保ROHS标准。

2.产品结构应全部采用插拔式连接，易卸易装易清洗。

3.固定纸杯装置牢固，易放置纸杯。

4.下沉式按钮设计，出杯率高。

5.设计可直接用螺丝固定于墙壁或橱柜侧面两旁。

2.3 拟设计思路

本次设计针对9盎司容量的一次性纸杯，需要在一摞纸杯（10-20个）中迅速分离一个以便使用。对于一次性纸杯的分离，首先要能在一摞纸杯中找到第一个或者最后一个纸杯，利用夹指机构卡在其与剩余于纸杯之间，通过推动使其产生张力，从而达到分离纸杯的效果。此次拟设计两种设计思路，一种是分离最上方的纸杯，另一种则是分离最下方的纸杯。

第三章设计方案对比选择

3.1 方案的拟定

方案1：

图3-1

上图这种自动取杯器，其特点是由取杯部件、底座和翠杯筒所组成，取杯部件包括固定支捧体和取杯推片，固定支律体垂直固定在底座上，其中有开口供杯子穿过，并在开口周缘有中空凸栓，取杯推片有推杆和阻挡片形成环体，装在固定支律体间隙内，其前端弹赞顶抵在底座上，推杆内缘对应有凸块，凸块有斜端面，底座上有柱杆.按压取杯推片，且利用凸块的倾斜端面将相登合的杯子分离，而达到每次仅取出一纸杯，操作简便。但是它不卫生容易把杯子挤

瘪，特别是挤瘪后就得用手去暴力取出来，杯口对着地面有没有较好的防护机构，因而容易沾染灰尘细菌。

方案2：

图3-2

上图这种自动取杯器杯口朝上，主要运用的是夹指机构，利用它的张开和闭合来控制杯子的自动取出，其具体的工作原理在进行运动分析的时候会做进一步详细的分析，由于杯口朝上，夹指机构装在杯筒上，杯筒上面用盖子盖住，这样杯子就处于一个非常干净的环境中，而不用担心灰尘的进入，就方案一来说，不存在把杯子挤瘪的情况

3.2 评价方案表

方案一：

表3-1

方案2：

表3-2

根据以上两运动方案评价表3-1与3-2，可看出方案2要优与方案1，故本设计采用方案2

第四章设计任务4.1一次性纸杯分杯器动画仿真图

图4-1

图4-2

图4-3

图4-4

4.2设计原理

本研究设计的一次性纸杯分杯器，利用两个稍加改进的V型夹指机构，通过一个竖直杆件的连接，一个夹持并控制纸杯杯身的机构，另一个利用按钮挤压夹指机构形成张角，弹开最下方的纸杯，以此构成此一次性纸杯分杯器。此机构的特点是满足了广大消费者的对一次性纸杯不易分离，且不够卫生的需求，使消费者在使用饮水机或其他饮料机构时拿取纸杯变得更加便利，并保证杯口不被污染。

通过选用本方案中的元件，该一次性纸杯分杯器能够快速从一摞纸杯中分离出将要使用的纸杯，并保证其卫生。其主要功能是实现一次性纸杯的半自动分离，便于拿取。

4.3具体操作步骤

1.使用者用手指轻轻按动按钮，按钮推动竖直杆件向前运动。

2.杆件的运动推动上部分运动系统中弹簧的收缩，弹簧使其左部V型夹指机构向前移动，两半圆片插入两杯缝中，并使V型杆件张开一个张角，即将最下面一个纸杯与上层纸杯分开。

3.杆件的运动同时也推动下部分运动系统中V型杆件的张开，使最下面的纸杯在自身重力的作用下掉落，达到分离纸杯的目的。

4.使用者手指松开，弹簧还原，装置复位。

4.4各部分原理图及运动分析

图4-5是取杯器分离杯子的机构，它由普通夹指机构改造而来，当推杆向左边运动时，两夹指绕着固定销转动，而使夹指头部两环分别上下张开，从而达到将两个杯子分开掉下的目的。

图4-5

此处可以设推杆推程为x,单个夹指转角为β，则：

tanβ=x/20 （式4-1）而单个夹指上升距离近似为：

H= 20sinβ/sin40°（式4-2）

H/x=cosβ/sin40°（式4-3）当x=5时，由上述关系可求得H=7.55.也就是说这时夹指会张开15毫米，足够让杯子掉下，而在此同时下面的夹杯子机构在按下按钮之前的作用是让杯子不会掉下，上面的夹指机构张开将杯子分离后，下面两环在水平夹指机构的作用下向外拉开距离使得杯口能够通过。

下面是对下部分机构运动行程可行性分析：

图4-6

同样的，设推杆推程为x，夹指水平张角为β:

tanβ=x/20 （式4-4）单个夹指近似水平移动距离为S=63.85*tanβ，则:

S/x=63.85/20=3.2 （式4-5）当x=5时，S=16,也就是说当推杆前进5毫米时，夹指张开32毫米，而32+60=92显然远大于杯口直径75，因而杯子可以轻松掉下。

参考文献

[1] 郑文纬,吴克坚.机械原理（第七版）.高等教育出版社,1997:21.