机械原理课程设计说明书设计题目书本打包机主要机构设计专业热能与动力工程班级汽车1203学生姓名郭新强学号1215064067指导教师王保民日期2014.9.1——2014.9.14目录一．绪论二．设计题目1.设计目的及工艺过程2.原始数据及设计要求三．设计题目的分析1.总功能分析2.总功能分解3.全部基本功能的矩阵表四．主要机构的设计1.纵向推书机构的设计2.送纸机构的设计3.裁纸机构的设计4.推优所选主要机构矩阵表5.电动机的减速机构设计6.运动简图7.包封全过程运动循环图8.运动坐标轴示意图9.尺寸计算五．书本打包机各部件名称及动作说明六．总结一．绪论机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。

机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计的正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，都应认真对待。

机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有知识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息（如查阅文献、专利、标准，同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。

机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、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、机械运动方案设计等，使学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及设计资料查询等诸多方面的独立工作能力进行的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发的创新能力。

因此，机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。

二．设计题目1.设计目的及工艺过程设计目的：书本打包机的用途是将一摞书（如五本一包）用牛皮纸包成一包并在两端贴好封签，如下图。

书本打包机的功用工艺过程：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'a c包、封工艺顺序图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。

③ 书推到工位a 前，包装纸已先送到位。

包装牛皮纸使用整卷 筒纸，由上向下送够长度后裁切。

①⑤⑨⑩⑾⑥③②④推书行程⑦⑧a b c d e f g h⑿挡板打包过程各工位布置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。

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。

2.原始数据及设计要求本设计要求设计书本打包机中的纵向推书机构、送纸机构及裁纸机构三种机构。

（1）机构的尺寸范围及其他数据① 机器中机构的最大允许长度A 和高度B ：A ≈2000mm ，B ≈1600。

② 工作台面高度：距地面y ≈700mm ，距主轴y0≈400。

③ 主轴水平位置：x ≈100～1100mm 。

11地面卷纸工作台面O机构布置图为了保证工作安全、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① 书摞尺寸：a=130～140mm,b ≈180～220。

② 推书起始位置: x0=200mm 。

③ 推书行程:H=400mm 。

④ 推书次数（主轴转速）: n=10±0.1r/min ⑤ 主轴转速不均匀系数：δ≤0.25。

（3）纵向推书运动要求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的运动时间。

推书动作占时1/3周期，相当于主轴转120°；快速退回动作占时小于1/3周期，相当于主轴转角100°；停止不动占时大于1/3周期，相当于主轴转角140°。

每个运动时期纵向推书机构从动件的工艺动作与主轴转角的关系见下表。

（4）其他机构的运动关系见下表。

三．设计题目的分析主轴转角 纵向推书机构从动件（推头）的工艺动作 0°～80°（80°）～120° 120°～ 220°220°～ 360°推单摞书推七摞书（同时完成折后角的动作） 从动件退回 从动件静止不动工艺动作 主轴转角 横向送书折侧边，折两端上下边折前角、涂浆糊、贴封签、烘干 150°～ 340° 180°～ 340°180°～ 340°1.总功能分析书本打包机的用途是将一摞书（如五本书一包）用牛皮纸包成一包并在两端贴好封签，为了实现这一目的，自动打包机必须完成九个动作：横向送书至工作台；纵向推书至工位a；书推工位a前，包装纸已经先到位；书推工位a的同时，一定长度的牛皮纸被迅速裁切；继续推书到工位b，实现包三面；推书机构回程时，折侧边和两端上下边；继续折前角；推书机构又一次循环，折后角；涂糨糊、贴封签、用电热器把糨糊烘干。

设计书本打包机，其总功能可以分解为以下几个工艺动作：（1）推书机构：为间歇性运动，分为横向、纵向运输机构。

这一动作可以通过两个槽轮带动连杆运动来实现。

（2）送纸机构：采用橡胶摩擦轮通过摩擦来实现传动。

（3）裁纸机构：裁刀为间歇性的进给运动。

由皮带带动齿轮，在齿轮上安装一凸轮，凸轮连接连杆机构带动裁刀将牛皮纸裁断。

（4）折边机构：用凸轮带动连杆来实现折上下边的两块挡板同时运动。

（5）折角机构：折后角用一个凸轮机构来实现。

书通过挡板时则实现折前角。

（6）涂浆糊、帖签、烘干机构：可以通过凸轮连杆带动滑块来实现。

（7）电动机到主轴间的传动机构：通过齿轮系的变速来实现各个机构应有的转动速度。

2.总功能分解总功能分功能机构把一摞书用牛皮纸包一包并在两端贴好封签推书运动转换机构往复运动机构间歇机构送纸运动转换机构间歇机构裁纸运动转换机构往复运动机构刀片折边往复运动机构挡板折角转向机构挡板涂浆糊、帖签、烘干运动转换机构往复运动机构电动机到主轴间的传动减速机构3.全部基本功能矩阵表：基本功能执行构件工艺动作机构推书滑块或推板直线往复运动槽轮机构和连杆机构折上下边挡板上下往复运动凸轮连杆机构折前角扇形轮往复回转运动齿轮回转机构折后角挡板固定挡板图浆糊、贴标签、烘干滑块直线往复运动连杆或凸轮机构四．主要机构的设计1. 纵向推书机构的设计（1）动作分析：首先通过减速装置对电动机减速，再将转动变为平动，最后利用凸轮机构实现循环推书过程，所以这个过程需要运动转换机构、间歇机构和推书机构。

（2）纵向推书机构矩阵表：（3）纵向推书机构简图方案一方案二总功能分功能基本机构1 2 3 4纵向循环推书转动转化为移动平面连杆机构凸轮机构螺旋机构间歇运动棘轮机构槽轮机构凸轮机构不完全齿轮机构推书推板滑块方案三方案四（4）方案推优：凸轮和棘轮占空间大，并且磨损比较大，凸轮造价昂贵，棘轮不能实现间歇，所以不选方案二和三；曲柄滑块机构简单，制造方便，能承受较大载荷，但平衡困难，不宜高速，故不选；直动从动件圆柱凸轮既可以实现间歇运动，也可以节省一定的空间，所以选方案四比较合适。

2.送纸机构的设计（1）动作分析：将卷筒牛皮纸纸展开一定长度→停止展开一定时间→再展开一定长度，依次循环，因此，此过程需要夹纸机构、间歇机构。

（2）送纸机构矩阵表总功能分功能基本机构1 2 3 4（3）送纸机构简图方案一 方案二（4）方案推优：方案一利用不完全啮合齿轮间歇送纸，简单、直接，承载力和速度范围大，运动精度高，效率高，具有很好的时间控制能力以实现间歇运动；方案二运用单向传动棘轮送纸，棘轮机构停歇时间比较短，达不到设计要求，工作时冲击噪声比较大，并且输出轮的直径比较小，承受的扭力较小，所以选方案一。

3.裁纸机构的设计（1）动作分析：在水平面上往复移动以实现对牛皮纸的切割，切割需要一定的切向力，所以，此过程需要将齿轮转动转变为移动的转换机构、急回机构。

（2）裁纸机构矩阵表 循环送一定长度的牛皮纸夹纸 滚轮 皮带间歇运动 棘轮机构 槽轮机构 凸轮机构 不完全齿轮齿条机构基本机构（3）裁纸机构简图方案一 方案二 （4）方案推优：方案一平面导杆机构，结构简单，制造方便，具有很好的急回运动，以满足裁纸时所需的切应力；方案二是平面连杆机构和棘轮的组合，同样具有机构简单，制造方便，具有良好的急回运动，但其是利用弹簧给刀具提供动力，弹簧容易变形，耐用时间短，一般不采用，所以选方案一。

4.综以上所分析，可列出主要机构的选择矩阵表（如下） 主要功能 纵向推书送纸裁纸推优所选机构直动从动件圆不完全啮合齿导杆机构12 3 循 环 裁 纸转动转化为移动平面连杆机构 凸轮机构 螺旋机构急回运动 导杆机构弹力急回机构曲柄摇杆机构柱凸轮机构轮机构5.电动机的减速机构设计 （1）主轴直径的计算轴的扭转强度条件为： ][2.095500003TTT d n PW T ττ≤≈=式中： T τ—扭转切应力，单位MPa ； T —轴所受的扭距，单位mm N ⋅； T W —轴的抗扭截面系数，单位3mm ； n —轴的转速，单位min /r ； P —轴传递的功率。

单位KW ； d —计算截面处轴的直径，单位mm ； [T τ]—许用扭转切应力，单位MPa ；由上式可得轴的直径：30333][2.09550000][2.09550000nPA n P P n P d T T =⋅=⋅≥ττ选取轴的材料为45钢，调质处理。

A 0查表取112，P=4KW ，n=10r/min 带入得：轴最小直径的初始值：d ≥82.5mm 。

（2）传动比的计算由选定的数据：电动机转速n1=1500r/min ，主轴转速n5 =10r/min ，通过计算可得减速装置的传动比为i15=n1/n5=150。

（3）通过计算得各级传动比为下表：种类 V 带传动 齿轮一级减速 齿轮二级减速 齿轮三级减速传动比 3.643.53（4）V 带和各齿轮数据参考主轴的直径，齿轮8的直径可取d8=200mm ，V 带轮1的直径可取d1=100mm,再由传动比i12=z2/z1=d2/d1,可计算出其他轮的数据，如图二示。

（5）减速机构如图一示。