2022年李军医用棉签卷棉机设计方案机械原理课程设计方案 .pdf

高新学院机械原理课程设计题目：医用棉签卷棉机专业班级：机械设计制造及其自动化机单1002 班姓名：李军学号： 1001140624 指导教师：程安宁时间： 2012 年 7 月 2 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页任 务 书姓名李军学号1001140624 专业班级机单 1002 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页题目： 医用棉签卷棉机完成时间： 2012 年 7 月 13 号具体内容及进度要求：医用棉签的日耗量很大，以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制，工作量很大，为提高工作效率拟用机器代替手工卷制棉签。棉签卷制过程可以防照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到：（1）送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入；（2）揪棉：将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定长的条棉；（3）送签：将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触；（4）卷棉：签杆自转并引导棉槽移动完成卷棉动作。其中： 7 月 2 日：查阅资料、熟悉题目7 月 3 、4 日：方案分析、比较7 月 5、6 日：平面机构尺度综合、运动分析7 月 9、10 日：平面动态静力分析7 月 11、12 日：绘制方案图、整理设计说明书7 月 13 日：答辩指导教师程安宁2012 年 07 月 02 日医用棉签卷棉机机械原理课程设计针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。通过机械原理课程设计，使学生巩固所学机械原理的知识和理论，培养开发创新机械的能力，实现用图解法进行机构的分析计算的基本要求，达到借助计算机对机构进行解读法分析，完成机械运动方案和机构设计。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2025mm ，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。我所设计的两种方案中采用两滚轮压紧棉条，同时，在继续运动中实现楸棉，但需与棘轮、槽轮或不完全齿轮机构联接，以实现间隙送进的功能。一、课题设计背景及功能描述随着科学技术和工业生产的飞速发展，机械产品种类日益增多，自动化程度愈来愈高。这就要求设计者除综合应用各类典型机构的作用外，还要根据使用要求和功能分析，设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、适用性强的机械系统。机械原理课程设计是机械原理教案中的一个重要环节，是机械类各专业学生在机械原理课程学习后进行的全面、系统、深入的实践性教案，培养学生机械系统运动方案设计、创新设计及应用计算机进行机构分析和工程设计的能力。它是针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。通过机械原理课程设计，使学生巩固所学机械原理的知识和理论，培养开发创新机械的能力，实现用图解法进行机构的分析计算的基本要求，达到借助计算机对机构进行解读法分析，完成机械运动方案和机构设计。具体来说，就是根据给定机械的工作要求，确定机械的工作原理，拟定工艺动作和执行构件的运动形式，绘制工作循环图；选择原动机的类型和主要参数，并进行执行机构的选型与组合，设计该机械系统的几种运动方案，对各种运动方案进行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页分析、比较和选择；对选定的运动方案中的各执行机构进行运动分析与综合，确定其运动参数。二、总图三、拟定方案1、送料机构方案 a: 槽轮机构图 31 1主动销轮 2从动槽轮 3，4滚轮 5棉条方案 a 所采用的送棉机构是如图31 所示的槽轮机构。其主要由槽轮12 和滚轮 34 的串联而成，当主动销轮1 由传动机构相连而作等速连续转动时，当圆柱精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页销未进入径向槽时，槽轮因锁住而静止；当圆销进入径向槽时，槽轮2 在圆销的驱动下顺时针转动。当主动轮连续转动时，从动槽轮和滚轮4 夹住棉条 5 向前送进，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。方案 b：不完全齿轮机构1不完全齿轮 2 棉条 3 滚轮方案 b所采用送棉机构是如图32 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：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。如果橡胶齿磨损，可以及时更换。橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相比较，前者较为经济。2、楸棉机构方案 a: 凸轮机构1凸轮 2 弹簧 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页冲压板 4底座 5刀具方案 a所采用的楸棉机构如图33 所示。其主要由主动凸轮、弹簧、冲压板、刀具和底座组成。当主动凸轮随传动机构作等速顺时针连续转动时，推动构件3，使之往下运动进而压住棉条，由于构件3 刚好与刀具5 相切，从而完成压棉、楸棉的动作。当主动凸轮转到回程时，构件3 没有推力，受到弹簧2 的弹力回到原处。与此同时送棉机构将棉条送到构件3 下，以此来完成下一次的压楸棉的动作。安装刀具 5 和缓冲机构的好处： 比较锋利的刀具在构件3和下面的缓冲机构保证了棉条顺利的切割。 切割下来的棉条完整。方案 b :爪轮机构1、4爪轮 2棉条 3橡胶块方案 b所采用的楸棉机构如图34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。在实现压棉和楸棉时，还需要在方案b 中的送棉机构（图31所示）的配合，因为没有它的压紧力，本机构就不能完成该功能。3、卷棉机构方案 a: 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35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 只能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页一根一根地通过，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。方案 b 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36 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。4、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四、执行方案根据上述，我已经分析了a,b 两个方案的各构件的功能特点。现在对它们进行最佳精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 18 页组合。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卷轮五、方案的评价评价方案表：方案评价 (1) 号评价工程评价等级评 价 尺 度（评价分数）功 能 目 标 完 成 情况很好好较好不太好不好10 8 5 3 0 工 作 原 理 的 先 进性先进较先进一般落后10 8 4 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页系统的工作效率高较高一般低10 8 4 0 系 统 机 械 传 动 的精度高较高一般低10 8 4 0 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 系 统 方 案 的 新 颖性新颖较新颖一般不新颖10 8 4 0 系 统 方 案 的 实 用性实用一般不实用10 5 0 系 统 方 案 的 经 济成本低较低高较高10 8 4 0 0 系 统 方 案 的 环 保问题好较好不好10 5 0 方案评价（2）“ ” ：“ 很好” ，“ ” ：“ 好” ，“ ” ：“ 不好” 。工程方案累计得分a 5 4 8 10 5 10 8 4 4 10 58 b 8 8 8 8 10 10 8 4 8 10 72 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页方案评价标准方案 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7“+”，1 个“”5 个“+”显而易见，综上所评方案a 为最佳方案。六、系统设计数据处理（尺寸）6.1 方案 a 的数据处理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：不完全齿轮的转速3： n3=2 (rad/s) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页送棉机构：输送机构2 的转速： n1=8(rad/s) 机构 4 的转速 n2=2(rad/s) 零件尺寸设计： r1=60/ mm r2=50/mm r3=50/ mm r5=100/ mm 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1，2带轮 3 ，4，5，6传动齿轮图 62所示是图 21 的俯视图。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=28.25 i2=4 i3=轴名参数转速(rad/s)输 入 功 率KW 710 822 2 2.2 2.046 1.98 1.925 1.905传动比效率28.25 4 1 0.93 0.97 0.97 0.99 传动齿轮设计：齿轮参数 3 4 5 6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页齿数8 32 16 32 模数 mm 5 5 5 5 6.3 凸轮 5 的设计1) 确定凸轮机构的基本尺寸等加速等减速运动规律的运动规律表达式为：等加速段：22max02/ (00/2) 等减速段：22maxmax002() / (00/ 2) 由以上两个表达式求得：max204dd (00/ 2) max0204()dd (00/ 2) (a+OP) ddt=OPddt， (1) 则 OP/(OP+a)= dd。 (2) 将(1) 式分子分母同乘d整理得：OP(1-dd)=add (3) 由式(3) 求出 OP代入式 (1) 右边得： a+OP=A/(1-dd) (4) 在三角形 A1BP中由正统定理有：000sin(90)sin(90)aOPL (5) 将式(4) 代入式 (5) 中得：0(1/)coscos()aLdd (6) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页用090代入式 (6) 中得：0(1/)sinsin()aLdd (7) 过 点O作O1C/P1B， 则1OAC1PAB， 再 由 式 (2)得11OPdB CLLaOPd， 等 式 (7) 正 是1OAC的 正 弦 定 理 。 将 等 式 (6) 中 的0c o s ()a展开得：tana=00(1)cot()sin()dLda (8) 由等式 (8) 求得0(1)coscos( )dLada (9) 将090 代入式 (9) 得: 0(1)sin( )sin()dLad (10) 如果在图中所示位置的接触点1B处的压力角正好满足a，比较式 (10) 和式(7) 可知，直线1OC便是在此位置时满足式 (10) 以等到式成立的边界。0(1)cos(cos()dsLada(11) 将090代入式 (11) 得：0(1)sin()cos()dsLad(12) 选 取 凸 轮 机 构 为滚 子 从 动 件 凸 轮 机 构 。 滚 子 半 径rr=(0.1 0.5) 0r， 取精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页rr=5.4mm 。2) 凸轮廓线的绘制选定角度比例尺，摆杆的角位移曲线，如图所示，将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分。选定长度比例尺，作以O 为圆心以OB=0r为半径的基圆；以O 为圆心，以OA=a为半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆。自 A点开始沿 -方向把机架圆分成与图中横坐标相应的区间和等分，得点123,.AAA， 再 以123,.AAA为 圆 心 ， 以AB=L 为 半 径 作 弧 与 基 圆 交 于 点123,.BBB，得线段112233,.A BA BA B。自线段112233,.A BA BA B开始，分别作123,.，使它们分别等于图中对应的角位移，得线段112233,.A BA BA B。将点112233,.A BA BA B连成光滑曲线，它就是所求理论轮廓线。实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出，如图所示。6.4 成品的尺寸设计包装尺寸：长宽高 1650810 1300 重量： 150kg七、速度、加速度分析速度分析图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页加速度分析图机构实际运动曲线与理论曲线有一点误差，因为机构实际运动时有振动，摩擦等外界影响。而理论曲线是通过公式计算求得，是理论状态下的曲线。八、结束语精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页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帮助。九、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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页机械原理课程设计指导教师评审意见评审意见：评审成绩：评阅教师：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页