书本打包机创新课程设计

目 录

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

1、 设计题目及要求

一、题目：书本打包机

(一)、结构描述 书本打包机的总体功用 如图

二、要求

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，

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= 2000 mm，B= 1600 mm。

工作台面位置： = 400 mm

主轴位置：x = 1000～1100 mm，y = 300～400 mm；

纸卷位置： = 300 mm， = 300 mm。

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 工艺要求的数据

书摞尺寸：宽度a= 130~140 mm；

长度b= 180~220 mm；

高度c= 180~220 mm。 推书起始位置： = 200 mm。

推书行程：H= 400 mm。

推书次数（主轴转速）：n= (10±0.1) r/min（电动机转速：1440 r/min）。

主轴转速不均匀系数：δ≤ 1/4。

纸卷直径：d= 400 mm。 ⑤ 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。

2、题目分析

（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：

⑥折前角②推书①送书⑦折后角后角⑨涂浆糊⑧推书⑾烘干⑩贴封签④推书包三面③送纸⑤折侧边d'bdc'ac

书本打包机的工序图 ② 封工工艺位置

①⑤⑨⑩⑾⑥③②④推书行程⑦⑧abcdefgh⑿挡板

包、封工艺位置示意图

（二）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。

3、 设计

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。

3.1 横向送书机构

1、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。

3、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=120mm M=8 Z=15

齿轮-2 直径D=40mm M=4 Z=15

齿条-1 有效长度380mm

齿条-2 有效长度126mm

4、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。

3.2 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

3.3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。

3.4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：