书本打包机设计,机械设计

机械原理课程设计说明书

书本打包机设计

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2011年11月

摘要

书本打包机是印刷厂为了把印刷的图书更快，更美观的把图书包装起来而设计的专门用来打包书本的机构。

书本打包机的设计主要分为：提出构思，计算自由度，分析可行性，画出机构运动简图，最后进行加工生产。其原理也很简单，主要分为推书机构，送纸机构，裁纸机构，折纸包装机构和传动机构。在包装过程中，几个机构相互配合而进行打包。

在整个设计过程要求有相应的数据计算，CAD绘制的运动简图，和对应的总装配图，最后附上心得体会和与设计有相关的参考文献。

关键词：书本打包机；机构；运动；简图.

目录

1.设计题目 (1)

2.工作流程及工艺动作过程 (1)

3.原始数据和设计要求 (5)

4.设计内容和步骤 (8)

5.心得体会 (15)

6.参考文献 (15)

一：设计题目—书本打包机设计及说

设计书本打包机中的推书机构，送纸机构及裁纸机构。

书本打包机的用途是用牛皮纸将书包成一包，并在两端贴好标签（如图1）。

二：工作流程及工艺动作过

书摞包、封过程工艺顺序及各工位布置分别如图二、三所示，分述如下：（1）横向送书(送一摞书)。

（2）纵向推书前进(推一摞书)到工位a，使它与工位b～g上的六摞书贴紧在一起。

（3）送包装纸。包装纸原为整卷筒纸，由上向下送够长度后进行裁切。

（4）继续推书前进到工位b，在工位b处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，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。将包装纸折成如图三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处向两端涂浆糊。

（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。

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图一书本打包机的功用

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图二包、封工艺顺序

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4

图四 纵向推书机构运动简图

图五 纵向推书机构运动循环图

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三：原始数据和设计要求

1、推书机构的基本数据

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：=DO x 表中数据。 推书行程：=H 表中数据。

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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。

3、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 o；

快速退回动作占时小于1／3周期，相当于主轴转角100 o；

停止不动占时大于1／3周期，相当于主轴转角140 o。

具体的每个运动时期内纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系如下

如图五所示为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。

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5、各工作阻力的数据

（1） 每摞书的质量为4.6kg 。

（2） 横向送书机构的阻力可假设为常数，相当于主轴上有等效阻力矩

=4c M 40N ·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

=5c M 10N ·m 。

（4） 折后角机构的阻力，相当于四摞书的摩擦阻力（设摩擦系数1.0=f ）。折算到主轴上的阻力矩。

（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6c M ，其大小可用机器在纵向推书行程中（即主轴转角从o 0转至o 120范围中）主轴所受纵向推书阻力矩的平均值3cm M 表示为

6c M ＝63cm M

其中3cm M 大小可由下式求出

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n

M

M n

i i

c cm ∑=1

33＝

式中，i 3c M 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

7c M ，其大小可用3c M 表示为

7c M ＝83cm M

四：设计内容及步骤

1、根据给定的原始数据和工艺要求，构思并选定机构方案。除纵向推书机

构按图四设计外，送纸、裁纸机构以及从电动机到主轴（图四所示凸轮轴）之间的传动机构应画出机械传动示意图。并确定传动机构及送纸、裁纸机构中与整机运动协调配合有关的主要尺寸或参数：如齿轮的齿数、模数、皮带轮直径、各机械间相互位置尺寸等。画出包封全过程中机械的运动循环图，即全部工艺动作与主轴转角的关系图。

2、设计纵向推书机构：按2—3人为一组，每组一个方案。每人选择方案中的两个位置（注意两个点要分别取在推程和回程）。

（1）用图解法初选AC 杆长度，找出m ax 3α与min 3α的大致范围。并保证滑块能达到行程H 。

（2）按mi n ma x 3)(α的原则最后确定AC 和CD 杆的长度。应满足][3max 3αα≤的要求。（注意：要保证C 点低于滑块导路以保证安全）

（3）设摆杆AC 的摆角2?与凸轮转角1?为等加速、等减速运动规律，对摇杆滑块机构进行运动分析，绘出14?-S 、12??-、14?-V 、14?α-线图。 （4）对机构进行力分析，求出主轴上的阻力矩在主轴旋转一周中的一系列数值，即

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)(j i c c M M ?=

式中?为主轴的转角，i 为主轴回转一周中的各分点的序号（每人求两个分 点的值）。力分析时，只考虑工作阻力、重力和惯性力。

汇集本组其他人的数据。绘制1?-c M 线图并计算出阻力矩的平均值cm M 。 （5）根据上面求出的平均阻力矩cm M ，考虑各运动副的效率。估算出整机效率，算出所需电动机功率的理论值N 计，再乘以安全系数K （一般取K ＝1.2～1.4），得出电动机功率N 电，查阅电动机产品目录，选择电动机型号，应使所选电动机的额定功率≥N N 电。

（6）根据力矩曲线和给定的速度不均匀系数δ，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。指出飞轮安装在哪根轴上较合理。

（7）根据12??-曲线，用作图法设计凸轮轮廓，并校核实际轮廓是否变尖或失真，校核][1max 1αα≤。

3.CAD 绘制运动简图及分析说明

纵向推书机构方案

凸轮机构和杠杆机构进行放大

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图六

运动拟定：

通过凸轮的转动控制摇杆的摆动角度，用杠杆放大原理进行行程的放大，当凸轮达到最大推程时，杠杆把书刚好退到b的位置，而当回程到基圆时，凸轮近休，杠杆间歇停止140°，等待系统的下一周期循环。

优点：杠杆结构简单，加工和安装比较方便，加工成本低，容易控制和调节，运动清晰明了，可满足运动要求。

缺点：杠杆的承载力不大，容易索性变形，杠杆结构运动摆幅大，占空间，效率低，凸轮加工难，易磨损，成本高。

送纸机构方案

摩擦轮—不完全齿轮组合机构送纸

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运动拟定：用皮带轮控制另一个主动轮，按额定的转速转动，通过不完全齿轮控制摩擦轮的运动，当需要送纸的时候使不完全齿轮与完全齿轮相啮合，实线送纸，不需要时使不完全齿轮的圆滑面与齿轮相切，实现传纸的间歇。

优点：空间构件灵活，简单，稳定性好，设计简单。

缺点：经济性较差。

剪纸机构方案

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运动拟定：皮带传动再利用凸轮与推杆机构完成纸的剪切。

优点：凸轮运用简单容易识别。

缺点：凸轮设计比较麻烦。

折纸机构

在推书的过程中由于b工位上上下设有挡板，所以当书被推到b工位时实现包三面，再利用凸轮连杆机构折前面，利用连杆滑块机构实现折侧边。再利用齿轮机构使折筒做圆周运动实现折前角，最后利用推书运动将书推到c工位上。在此过程中利用工位c两端设置的挡板实现折后角。

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传动机构方案

四级齿轮传动装置

运动拟定：马达通过皮带把转动传到齿轮，通过四级齿轮减速，达到转速要求。优点：通过马达解决了机构卡死导致马达烧坏的现象，相对于涡轮蜗杆传动力大，齿轮造价低，空间小。

缺点：占用空间大。

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书本打包机总流程图

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五：心得体会

经过一段时间的工作，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

六：参考文献

【1】孙恒，陈作模,机械原理.第七版.高等骄傲与出版社.

【2】孙恒.机械原理教学指南.高等教育出版社.

【3】沈乃勋.皱慧君.机械原理设计手册.高等教育出版社.

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