书本打包机机构设计说明书

机械原理课程设计

设 计 题 目：书本打包机机构设计

学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化专业

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目录

一：设计题目—书本打包机设计及说 二：工作流程及工艺动作过 三．原始数据与设计要求 四 机构设计方案初选

（一） 横向送书机构 （二） 纵向送书机构

（三） 送纸机构

（四） 裁纸机构

（五）折边、折角机构

（六）涂胶、贴封签、烘干机构

五、电动机的选择 六．整体方案图 七．课程总结

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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

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，如下图所示：

二：工作流程及工艺动作过

③送纸①送书②推书④推书包三面c'⑤折侧边ad'cbd后角⑥折前角⑦折后角⑧推书⑨涂浆糊⑩贴封签⑾烘干 推书行程②④⑤⑦⑧⑨⑩⑾①abcdefgh⑿⑥挡板③ 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

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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

三．原始数据与设计要求：

打包机各部分的相对位置及有关尺寸和范围

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。 2.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 r/min

四 机构设计方案初选

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、折边机构、涂浆糊贴标签烘干机构的设计，以实现书本打包的功能。

（一） 横向送书机构

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1.机构的运动要求：

由横向推书机构与主轴转角的关系得：横向推书机构在120°~340°期间进行推书运动： 120°~340°推头推书，340°~360°推头退回，0°~120°推头不动。 2.运动方案的比较与选择： 初步设计方案如下面三图所示：

方案一

方案二

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方案三

对于横向送书机构来说，有三种机构方案可以选择。其优缺点对比如下图所示。 方案一 优点 缺点 运动机构比较简单能够比较精确 方案二 运动机构比较简单，只有连杆和滑 方案三 能够精确的控制推书的速度，便于在适当的时间内把书推到相应位置，不妨碍其他机构的执行。 由齿轮和焊接在齿轮上的连杆组成，容易磨损，加工成本高。 运动机构的运运动复杂，制造的控制推书的速度，块组成，容易加工制便于在适当的时间内把书推到相应位置 造，并且制造成本比较低。 动速度比较难控制，成本高 不能精确地在规定时间内把书推到规定的地点。 综合上述对三个方案的全方位比较，选择方案一机构比较符合我们对于打包过程的准确性和经济的适用性。 3.所选方案的工作原理：

通过主动件齿轮的转动带动焊接在齿轮上的连杆运动，从而推动滑块向前运动，达到推书目的，又因为齿轮和连杆相当于曲柄滑块运动，所以推书到一定距离后，滑块退回来，

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准备进行第二次推书，以此循环运动下去。 4．所选方案的数据设计

因为齿轮和连杆、滑块相当于做曲柄滑块运动，所以必须满足杆长条件，且在设计的时候把齿轮的圆心和滑块的中心设计在同一水平面上，即e=0，所以其杆长条件为：r＜L,

又因为滑块运动距离为H=200+400=600mm，所以可设定L=400mm，r=200mm，齿轮的直径D=440mm,

（二 ） 纵向送书机构

1.机构的运动要求:

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。 2.运动方案的比较与选择：

初步设计方案如下面三图所示

方案一

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方案二

方案三

优点 方案一 能够比较精确的控制推书的速度，便于在适当的时间内把书推到相应位置。 方案二 整个机构较简单，运动也比较简单。 方案三 机构简单，占用空间小，成本低。 8

缺点 凸轮的制造成本高，占用空间大。 摆杆的运动规律难以控制。 难以控制推书的规律。

综合上述对三个方案的全方位比较，选择图三机构比较符合我们对于打包过程的准确性和经济的适用性。 3．所选方案的工作原理：

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。

4．所选方案的数据设计

由主轴转过的角度和推书的距离可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，仍旧按正弦加速度规律设计凸轮。 凸轮和机构整体的具体设计尺寸如下图所示：

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(1) 按α（max）min确定H1和L用图解法初选L杆长度，找出αmax和αmin的大致范围，并保证滑块能达到行程H.根据凸轮机构压力角α1<[α1]，且尺寸愈小愈好的原则设计凸轮轮廓，确定尺寸H1 和基圆半径R，并求出最大（最小）压力角。 数据如下：

X1 (mm) 203

具体计算如下：

L1=250mm，L2=453mm,d=40mm; αmax = arctan(X2/ Y1)=22.1° L3=(L1-L2)/2=(453-250)/2 αmin = arctan(L3/Y1)=18.9° L=800mm H1=400mm

mm) 370 L5 (L4 (mm) 1001 L6 (mm) 150 mm) 400 H (αmax (°) 22.1 ) 18.9 40 αmin (°r (mm) R (mm) 250 （三） 送纸机构

1.机构的运动要求:

送书机构在机构在0°~200°时停止不动，从200°到360°再到70°这一区间内完成送纸运动，在转动130°送书机构再次进行运书运动，以此一直循环运动。 2.运动方案的比较与选择：

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方案一

方案二 优点 方案一 能够有效的在主轴转过一定角度后控制所放纸的长度，运动比较精确。 缺点 所需的构件比较复杂，不能有效的控制放纸的方案二 机构比较简单，成本低，占用空间小。 成本高，齿轮较容易磨损。 长度，容易影响整个书本打包机构的运行。 通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符合我们的设计要求。 3．所选方案的工作原理：

如图所示，1为纸筒，2、3和5为半径相等的橡胶摩擦圆，4为与摩擦圆3相连接在一起的齿轮，6为不完全齿轮，7为与不完全齿轮相连接在一起的传动轮不完全齿轮6随着主轴的转动而转动，从而带动齿轮4转动，不完全齿轮6又通过齿轮4带动橡胶摩擦圆3的转动。最终，橡胶摩擦圆3带动纸筒转动，完成送书过程。 4.所选方案的数据设计：

（1）对于橡胶摩擦圆2和3的设计

根据书摞的高度b=180~220mm，宽度a=130~140mm,且所需纸的长度l=3a+b，可以算

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出所需纸的长度l=570~0mm。假设橡胶摩擦圆3转动1圈完成送纸，即πd=l，求出橡胶摩擦圆3的直径d=181~203mm。因此可以选择d=200mm。因为橡胶摩擦圆2和5的作用为使纸张沿着胶摩擦圆3的切线方向垂直向下传动，所以橡胶摩擦圆2和5的直径应该与橡胶摩擦圆3的直径相等。

（2）不完全齿轮5，传动轮6和齿轮4的的设计

先假设齿轮4的直径为100mm。使用标准齿轮，齿数为20，模数为5，则不完全齿轮6转过230°（360°-200°+70°）时，齿轮4转过1圈。即100π=D*（230°/180°）π，推出不完全齿轮5直径D=78mm，并且其光滑面为130°。传动轮7只起到传动作用，所以可以设定其直径为50mm。

（四） 裁纸机构

1.机构的运动要求:

裁纸机构在主轴开始转动70°开始进行裁切，到80°时裁切过程结束。80°到360°之间，裁纸机构不进行裁切工作，只是继续转动回到原位。 2.运动方案的比较与选择：

方案一

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方案二

优点 方案一 能够通过凸轮的转动使摆杆和裁切刃转动达到裁切目的，运动过程简单且有效。 缺点 凸轮磨损，摆杆的摆动角度容易受到凸轮对杆的冲击的影响。 通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符合我们的设计要求。 3．所选方案的工作原理：

如图所示，1为凸轮，2为传动轮， 4为与连杆连接的滚子。当凸轮转动70°时，其开始与滚子5接触，并推动连杆绕铰链4向下做圆周转动，通过铰链的作用使裁切刃往上转动，达到裁切目的。在凸轮轮2转动到80时，开始与滚子5分开，继续转动，而滚子在弹簧的作用下回到原位，裁切刃也随着回到原位。。 4.所选方案的数据设计：

设定传动轮2直径为75mm。因为裁切过程为10°，所以可设定∠ABD=10°，L1长度

很难控制裁纸的长度和裁纸时间。 方案二 机构比较简单 13

为200mm，L2长度为200mm。滚子4直径d为40mm，根据裁切机构的运动过程可设定凸轮1的运动规律为正弦加速度运动，最小基圆半径为58.8，推程为98.8mm，压力角为20°。

（五）折边、折角机构

1.机构的运动要求:

折边机构的作用区间为180°到340°，0°到180°之间折边机构不进行折边工作，340°到360°，折边机构退回原位。 2.运动方案的比较与选择： （1）折边机构

方案一

方案二

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优点 方案一 能够一次性完成折边工作，效率高 小 方案二 机构较简单，占用空间缺点 占用空间较大，机构比较复杂 只能折上面和两侧的边，工作效率低 通过上表对于两种机构的优缺点的综合比较，选择方案一比较符合我们的设计要求。1）．所选方案的工作原理：

如图所示，1、2、3、4、5、6、都是长方形的板块，齿轮轮随着主轴的转动而转动，通过焊接在齿轮上的连杆推动，是长方形板块1、2、3向下移动，4、5、6向上移动，从而达到折边目的。1、2、3、4、5、6、都是长方形的板块示意图如下：

2）.所选方案的数据设计：

根据书摞的高度和宽度，可以算出长方形板块1和4的长为300mm，宽为100mm。而长方形板块2,3,5,6的长度为100mm，宽度为100mm。又因为齿轮和连杆、滑块相当于做曲柄滑块运动，所以必须满足杆长条件，且在设计的时候把齿轮的圆心和滑块的中心设计在同一水平面上，即e=0，所以其杆长条件为：r2＜L1以及r＜L4.设定书摞高度H=200mm 根据其运动规律可算出其他杆的尺寸，如下图所示 L1 (mm) L2 (mm) L3 (mm) L4 (mm) r (mm) m) 200 100 100 200 100 240 100 240 R (mr2 (mm) R2 (mm) 15

（2）折角机构

折前角机构的主要执行机构为一个随轴回转的长方形转子。如下图所示:

该机构随轴转动，上下边折好后，长方形转子刚好转过来实现折前角的功能。后角利用固定挡板折好。折前角机构十分简单，容易实现，而且制造成本低，性价比很高。其中1和2为直齿锥齿轮，可设定1和2直齿锥齿轮的齿数为25，直径为100mm，模数m=4. 长方形转子的宽L1=75mm，长度L2=100mm。

（六）涂胶、贴封签、烘干机构

1.机构的运动要求:

涂胶、贴封签、烘干机构的作用区间为180°到340°，0°到180°之间涂胶、贴封签、烘干机构不进行工作，340°到360°，涂胶、贴封签、烘干机构退回原位。 2.运动方案的比较与选择：

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方案一

方案二

优点 方案一 能够一次性完成涂胶、贴封签，烘干工作，占用空间小。传动更为稳定 缺点 运动有不确定性 很难控制其运动规律，凸轮制造成本高，其有两个凸轮，成本比方案一的高 3．所选方案的工作原理：

方案二 机构运动比较简单 17

如图所示，1、2、3都是长方形的板块，其中1为涂胶，2为贴封签,3为烘干。齿轮轮随着主轴的转动而转动，通过焊接在齿轮上的连杆推动三个长方形板块向下移动，从而达到涂胶、贴封签、烘干目的。当转过一定角度后，三个长方形板块开始向上回收。达到循环运动下去。 4.所选方案的数据设计：

根据书摞的高度和宽度，长方形的板块1、2、3的长度都可设为100mm，宽度可设为50mm。又因为齿轮和连杆、滑块相当于做曲柄滑块运动，所以必须满足杆长条件，且在设计的时候把齿轮的圆心和滑块的中心设计在同一水平面上，即e=0，所以其杆长条件为：r＜L1，设定书摞高度H=200mm，因为涂胶、贴封签、烘干的区域在书摞的中间部位，所以三个长方形板块需向下移动150mm，所以可设定r=150mm，L1=300mm，L2=150mm，L4=50mm。又根据书摞的宽度a=135mm，可设定L3=270mm。

五、电动机的选择

根据主轴的转速n=10r/min,所选的电动机转速n=1000r/min，所以i=1000/10=100,设有六个齿轮进行减速。

计算过程：i14=（z2*z3*z4）÷（z1*z2’*z3’）=100

可取： z1=24 z2=75 z3=60 z4=160 z2’=15 z3’=20 模数m=3 压力角α=20°

根据D=mz可知，D1=-72mm，D2=225mm，D3=480mm，D2’=45mm，D3’=60mm。 减速机构的示意图如下：

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六．整体方案图如下：

七．课程总结

在短暂的课程设计期间中，我收益良多，不但复习了以前所学过机械原理、理论力学、物理等学科的知识，使以前零散的知识形成了一个有效的知识网络体系，补充了许多机械设计方面和力学方面知识。这次的课程设计在收获的同时也让我看到了自己的很多不足之处，这表现在对原有机构的改良和创新上，也表现在对机构的运动分析上。在这个课程设计的过程中，我常常卡在对所设计的机构的运动分析上，这是对机械原理课程知识掌握不够的表现。还有我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经绘图成功而热情高涨。虽然这只是一次的极简单的课程制作（书本打包机），可是平心而论，也耗费了我不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞机械设计的前辈们，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！

通过这次课程设计，我认识到了机械创新的艰难性和必须性。也知道了机械在社会生产中发挥的重要作用，它可以大大降低生产时间并节省劳力。科技是第一生产力，只有掌握了先进的科学技术，才能在当今竞争日益激烈的社会的更好的生存下去，如果你一直在闭门造车，寸步不进，那你只能被社会所淘汰。对于我们大学生来说，在学校期间学好知识是我们将来成功的第一步，也是重要的一步。俗话说，一步错，步步错。如果我们在游戏中度过我们的大学时光，那我们很有可能被社会所淘汰。

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参考文献：

【1】王洪欣 《机械原理 课程上机玉设计》 【2】张策 《机械原理与机械设计》 【3】李学荣 《四杆机构综合概论》 【4】张晓玲 【5】罗洪田

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《机械原理课程设计指导》《机械原理课程设计指导书》