機械原理課程設(shè)計說明書--圖書館圖書標(biāo)簽自動粘貼機

1、<p><b>　　機械基礎(chǔ)工程訓(xùn)練</b></p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 圖書館圖書標(biāo)簽自動粘貼機 </p><p>　　系 部： 機械科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專

2、 業(yè)： 測控0904班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　起迄日期： 2012年 1 月 1日 ~ 2012年 1月12日 </p><p>　　指導(dǎo)教師

3、： </p><p>　　教研室主任： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言…………………………………………………………1</p><p>　　1 課程

4、設(shè)計題目簡介……………………………………3</p><p>　　1.1設(shè)計背景……………………………………………………3</p><p>　　1.2 初步設(shè)計功能……………………………………………………4</p><p>　　1.3 設(shè)計要求………………………………………………………4</p><p>　　2 設(shè)計方案與選擇…………………

5、……………………3</p><p>　　2.1 對稱彈簧夾………………………………………………………3</p><p>　　2.2 凸輪驅(qū)動松緊夾………………………………………………………4</p><p>　　2.3 方案的選擇以及優(yōu)化…………………………………………………4</p><p>　　3 主要機構(gòu)尺寸計算和工藝參數(shù)的確定………

6、…………6</p><p>　　3.1 整體構(gòu)造圖及零件圖……………………………………………4</p><p>　　3.2 動力源參數(shù)………………………………………………………4</p><p>　　3.3 為實現(xiàn)裁紙功能的凸輪機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計算………………4</p><p>　　3.4 為實現(xiàn)貼紙功能的曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸設(shè)計與計算…………

7、4</p><p>　　3.5 間歇功能-槽輪尺寸設(shè)計與計算…………………………………4</p><p>　　3.6 傳送帶的設(shè)計與計算……………………………………………4</p><p>　　3.7 錐齒輪的設(shè)計與計算……………………………………………4</p><p>　　3.8 滾子鏈傳動設(shè)計…………………………………………………4&l

8、t;/p><p>　　3.9 齒輪的傳動設(shè)計及計算…………………………………………4</p><p>　　4 工作性能分析…………………………………………6</p><p>　　4.1 運動性能………………………………………………………4</p><p>　　4.2 傳動性能………………………………………………………4</p>&

9、lt;p>　　4.3 安全性……………………………………………………………4</p><p>　　4.4 經(jīng)濟適用性………………………………………………………4</p><p>　　4.5 操作性……………………………………………………………4</p><p>　　4.6 使用和維護………………………………………………………4</p><p

10、>　　5 特點與應(yīng)用前景…………………………………………34</p><p>　　5.1 系統(tǒng)特點………………………………………………………4</p><p>　　5.2 應(yīng)用前景………………………………………………………4</p><p>　　6 總結(jié)………………………………………………………34</p><p>　　參考文獻……

11、………………………………………………35</p><p>　　附錄…………………………………………………………36</p><p>　　附錄一：整體二維結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　附錄二：機構(gòu)運動循環(huán)圖</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　圖書館是大學(xué)重要的組成部分，他為

12、我們提供了廣泛、及時的資料幫助我們的學(xué)習(xí)及生活，圖書館每天會購入大量新書，每本新書都需要貼上標(biāo)簽，因為圖書側(cè)面上的標(biāo)簽是圖書流動管理登記的重要識別標(biāo)簽，沒有該標(biāo)簽，圖書的借出、歸還登記、上架、下架等管理工作將異常復(fù)雜。而對于新進的大量圖書，貼標(biāo)簽無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)，如果用手工完成不僅工作量大，還會由于疏忽造成難以挽回的損失?；谶@種現(xiàn)狀，我們設(shè)計了一種能夠以流水線的形式來完成圖書館新書貼標(biāo)簽的任務(wù)，解放人力，也讓圖書的身份證更加美觀。

13、</p><p>　　As we all know,library is an important part of a univwesity.It provides a lot of resource to help us with our study and life.Every year our university buys many new books for the library.And we nee

14、d to tip every book in order to manage them.without the tips,it will be difficult for us to borrow and return the books.But tip the new books by hand is a hard and complex work.So we design this machine to make the work

15、faster and more convenient.</p><p>　　1 課程設(shè)計題目簡介 </p><p>　　1.1圖書標(biāo)簽粘貼機的設(shè)計背景</p><p>　　對于圖書館的圖書，起側(cè)邊上的標(biāo)簽可謂是圖書的身份證，在圖書的借出、回收以及整理的過程中有著極為重要的作用。圖書館每天會購入大量新書，每本新書都需要貼上標(biāo)簽，如果考純手工完成，不緊工作量巨大，還

16、會由于疏忽造成貼歪，貼皺甚至貼錯的情況?；谶@種現(xiàn)狀，我們設(shè)計了一種能夠以流水線的形式來完成圖書館新書貼標(biāo)簽的任務(wù)，解放人力，也讓圖書的身份證更加美觀。</p><p>　　1.2 初步設(shè)計功能</p><p>　　初步設(shè)計的機器包含一個夾取傳輸機構(gòu)、一個標(biāo)簽切割機構(gòu)、一個標(biāo)簽粘貼機構(gòu)和一個書本收集機構(gòu)。夾取機構(gòu)能夠穩(wěn)定夾取任意厚度的書本，并且能夠定位其中心，在運動到末端能自動松開放下書本

17、；標(biāo)簽切割機構(gòu)能夠周期性有間歇的運動，每次切下大小相等的書簽并配合粘貼機構(gòu)完成粘貼；標(biāo)簽粘貼機構(gòu)也做周期運動，能夠?qū)Σ煌穸鹊臅就瓿蓮膫?cè)面至正反兩面共三面的標(biāo)簽粘貼；最后的書本收集機構(gòu)能在夾取機構(gòu)松開后將書本收集或者堆疊。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1）完成預(yù)想的功能；</p><p>　　2）

18、結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊；</p><p>　　3）工作可靠，安全性高；</p><p>　　4）操作簡單，維護方便；</p><p><b>　　設(shè)計方案與選擇</b></p><p><b>　　2.1夾取機構(gòu)</b></p><p>　　夾取機構(gòu)是循環(huán)運動機構(gòu)，在運動過程中的

19、特定時刻需要完成加緊書本和松開書本的運動，可以采用對稱彈簧夾結(jié)構(gòu)或者由凸輪控制的自動松緊夾機構(gòu)。</p><p><b>　　1、對稱彈簧夾結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　對稱彈簧夾機構(gòu)簡圖如下：</p><p>　　由連桿滑塊機構(gòu)組成，夾面滑塊能在短導(dǎo)軌上運動，導(dǎo)軌固定于傳送帶上隨傳送帶循環(huán)運動，在運動到需松開的位置時，由固定于機架上的擋塊

20、擠壓連桿，使彈簧夾自動松開放下書本。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，體積小，設(shè)計方便，無需提供額外動力驅(qū)動夾子夾緊和松開。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　若要設(shè)置在特定時刻自動夾緊步驟則會很難實現(xiàn)，故書本的裝夾需人力完成。

21、</p><p>　　2、由凸輪控制的自動松緊夾機構(gòu)</p><p>　　由凸輪控制的自動松緊夾機構(gòu)簡圖如下：</p><p>　　由凸輪及連桿機構(gòu)組成，凸輪隨松緊夾循環(huán)運動同時凸輪轉(zhuǎn)動控制松緊夾松開夾緊運動。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　全自動，不需要人力，運

22、動過程可控。</p><p>　　缺點：由于凸輪隨夾子運動，故凸輪的動力提供需要用到萬向節(jié)，結(jié)構(gòu)將非常復(fù)雜，空間體積也將較大。</p><p><b>　　3、方案選擇</b></p><p>　　在經(jīng)過討論之后，我們選擇了對稱彈簧夾機構(gòu)。</p><p>　　本著結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，維護方便的原則，彈簧夾機構(gòu)更能滿足要

23、求，而且其對人力參與程度要求并不高，并且彈簧夾的適應(yīng)性較高，能夠夾取書本之外的其他物體，使得本機器的實用性更大；反觀凸輪控制的自動松緊夾，其復(fù)雜的傳動裝置以及夾子的單一性使該機構(gòu)的實用性受到了極大的限制。故我們選擇了第一個方案，彈簧夾。</p><p>　　3主要機構(gòu)尺寸計算和工藝參數(shù)的確定</p><p>　　3.1整體構(gòu)造圖及零件圖</p><p><b&

24、gt;　　3.1.1整體構(gòu)造</b></p><p>　　其中，3號輪為電動機帶動的主動輪，1號輪是和3號輪配合的齒輪，通過滾子鏈傳動，帶動凸輪及2好輪轉(zhuǎn)動；2號輪為曲柄結(jié)構(gòu)，與剪切頭構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)；4號輪為槽輪1+錐齒輪，通過主動輪帶動，與5號錐齒輪配合提供動傳送帶做間歇運動的動力；6號輪為帶動傳送帶運動的主動輪；7號輪是與6號輪同軸的皮帶輪通過皮帶與10號輪傳動；11號輪是與10號輪同軸的齒輪，

25、做間隙運動帶動收集書本的小車運動；8號輪與3號輪配合傳動并帶動槽輪9做間歇運動帶動紙帶運動。</p><p>　　3.1.2部分零件圖</p><p><b>　　3.2電機選型</b></p><p>　　3.2.1電動機類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇</p><p>　　電動機主要有Y、YZ、YZR系列，無特殊需要，一般選取Y

26、系列的三相交流異步電動機；而YZ、YZR系列一般用于頻繁啟動，制動和換向，具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大的過載能力。我們設(shè)計的自動圖書貼標(biāo)簽機沒有特殊要求，故選用Y系列的三相交流異步電動機。</p><p>　　3.2.2電動機功率的確定</p><p>　　本機械消耗功率由以下幾個部分組成：</p><p><b>　　夾書皮帶輪傳送機構(gòu)</b>&

27、lt;/p><p>　　皮帶上共有5個夾子在線運動，可以同時有3個夾子夾書工作。書本以漢語詞典為最重案例，重600g。三個夾子夾著3本漢語詞典以速度V=0.4m/s運動為最大功率</p><p><b>　　=7.2w </b></p><p><b>　　圓整為10w.</b></p><p><

28、;b>　　小車傳送機構(gòu)</b></p><p>　　小車本身重2kg,共有10個書位，在放滿書的情況下重8kg</p><p>　　已知小車運動速度為0.08m/s.故最大功率為：</p><p><b>　　=6.4w</b></p><p><b>　　圓整為10w</b>&l

29、t;/p><p><b>　　凸輪剪切標(biāo)簽機構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)查閱資料得，因貼紙較難剪切，故需大約100N的力。取剪切的功率為200W。</p><p>　　曲柄搖桿貼標(biāo)簽沖壓運動</p><p>　　通過查閱資料，我們對本機械定義為小型機器，故取沖壓功率為200W</p><p>

30、<b>　　齒輪傳動消耗功率</b></p><p>　　機械系統(tǒng)中用了3組齒輪嚙合，兩組滾子鏈，兩組槽輪，一組皮帶輪傳動，故會產(chǎn)生較大的摩擦分享功率，為了保險起見應(yīng)當(dāng)在前者計算基礎(chǔ)上多增加200w功率。</p><p><b>　　故最終=620w</b></p><p>　　取總體，故=775w</p>

31、<p>　　5.3電動機轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　根據(jù)尺寸計算已知W6=10rad/s ,n6=95r/min</p><p>　　W5=W6,W4=W3</p><p>　　且4,5的傳動比為4，故W4=2.5rad/s=W3</p><p>　　3為主動輪，求得n3=23.9r/min</p><p&g

32、t;　　圓整為24r/min</p><p>　　5.4電動機型號的確定</p><p>　　額定功率為775W,轉(zhuǎn)速24r/min。</p><p>　　3.3為實現(xiàn)裁紙功能的凸輪機構(gòu)的尺寸設(shè)計及計算</p><p>　　已知單個運動行程為8秒，其中運動時間為2秒，靜止時間為6秒。在靜止時間6秒內(nèi)進行貼標(biāo)簽行為，因此要求裁紙動作在前兩秒內(nèi)完

33、成，故設(shè)計凸輪形狀如下。</p><p>　　運動方向：順時針 凸輪類型：凹槽凸輪（為實現(xiàn)往復(fù)運動） 凸輪基圓半徑：30mm</p><p><b>　　.</b></p><p>　　因回程的過程是裁紙的過程，而裁紙需要比較大的沖力，所以回程設(shè)計較快。</p><p>　　3.軟件仿真凸輪形狀：</p>

34、<p>　　3.4為實現(xiàn)貼紙功能的曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸設(shè)計與計算</p><p>　　1)已知推程H=60mm e=0;</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p><b>　　解得=30mm</b></p><p>　　2)確定最小傳動角：</p>&

35、lt;p><b>　　>=[r] </b></p><p>　　式中[r]為機械的許用傳動角。一般機械中推薦[r]=</p><p>　　取最小傳動角為 ，帶入已知條件解得</p><p><b>　　=60mm</b></p><p>　　3.5間歇功能——槽輪尺寸設(shè)計與計算<

36、;/p><p>　　在我們所設(shè)計的機器中，共需兩個槽輪，一個槽輪控制皮帶輪的間歇運動，另一個控制紙帶的間歇運動。</p><p>　　已知一個運動循環(huán)為8秒，動2秒，停6秒。</p><p>　　槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù)的選擇</p><p>　　由運動循環(huán)圖可知槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)τ=1/4，τ=K(z-2)/2z，由于槽輪的制造工藝，機構(gòu)尺寸等條件

37、的限制，槽輪的槽數(shù)不宜過多，所以選擇比較普遍，簡單的四槽槽輪，圓銷為1。</p><p><b>　　槽輪外形尺寸設(shè)計：</b></p><p>　　取中心距a=200mm,由機械原理相關(guān)計算公式得到該機構(gòu)基本尺寸：</p><p>　　算得z=4 a=200mm R=141.4 r=23.6 A=141.4 b=32 e=14.1

38、6 Rr=103.64</p><p>　　3.6傳送帶的設(shè)計與計算</p><p>　　已知傳送帶總長4m,共有五個夾子平均分布，平均0.8m一個夾子。已知一個運動循環(huán)為8秒，其中運動2秒，停止6秒。則有：</p><p>　　取皮帶輪R6=40mm</p><p>　　3.7錐齒輪的設(shè)計與計算</p><p>&

39、lt;b>　　錐齒輪模數(shù)為2</b></p><p><b>　　傳動比：=4</b></p><p>　　齒數(shù)： =80 =20</p><p><b>　　節(jié)錐角：</b></p><p>　　解得= = R=82.5mm</p><p>　　3.8

40、滾子鏈傳動設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計中我們用到了兩個滾子鏈傳動機構(gòu)</p><p>　　帶動凸輪，曲柄機構(gòu)滾子鏈設(shè)計</p><p><b>　　選擇鏈輪齒數(shù)</b></p><p><b>　　傳動比</b></p><p>　　根據(jù)鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)的原則，查表后取Z

41、3=21 Z1=67<120,合適</p><p>　　初定中心距，確定鏈節(jié)數(shù)L</p><p>　　初定中心距a=40p</p><p><b>　　鏈節(jié)數(shù)為：</b></p><p>　　帶入p=1 解得=125.34，圓整成偶數(shù)則取其為126</p><p>　　2.帶動小車運動的滾子

42、鏈設(shè)計</p><p><b>　　1)選擇鏈輪齒數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)小車的動停規(guī)律設(shè)計傳動比為</p><p><b>　　傳動比</b></p><p>　　根據(jù)鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)的原則，查表后取Z3=21 Z1=53<120,合適</p><p>　　

43、2)初定中心距，確定鏈節(jié)數(shù)L</p><p>　　初定中心距a=40p</p><p><b>　　鏈節(jié)數(shù)為：</b></p><p>　　帶入p=1 解得=117.65，圓整成偶數(shù)則取其為118</p><p>　　3.9齒輪傳動設(shè)計及計算（齒輪模數(shù)均為2）</p><p><b>　

44、　齒輪3,8</b></p><p>　　根據(jù)紙條的動停規(guī)律，設(shè)計得齒輪8與3的傳動比為2.5。</p><p>　　Z3=20，Z8=50</p><p><b>　　齒輪11帶動小車 </b></p><p>　　小車上一個書位為16cm,根據(jù)運動規(guī)律小車運動2秒靜止6秒，故在2秒內(nèi)小車應(yīng)當(dāng)走16cm.&

45、lt;/p><p>　　V小車=160mm/2s=80mm/s</p><p><b>　　故取Z11=20</b></p><p><b>　　4工作流程分析</b></p><p><b>　　5.1 運動性能</b></p><p><b>

46、　　各機構(gòu)運動循環(huán)圖：</b></p><p><b>　　5.2 傳動性能</b></p><p>　　系統(tǒng)中共有3組齒輪傳動，其中1組斜齒輪，2組槽輪傳動，1組凸輪傳動和2個連桿傳動，在需要負(fù)載的停歇周期運動中使用了凸輪，在不需要負(fù)載的停歇周期性運動中則使用的是槽輪這樣減輕了傳動中的摩擦損耗，并且各個機構(gòu)經(jīng)過嚴(yán)密的設(shè)計，盡量保持適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速以及平穩(wěn)的工作

47、。</p><p><b>　　5.3安全性</b></p><p>　　該系統(tǒng)中，夾取裝置采用的是彈簧夾而并非機械驅(qū)動的夾子，很大程度上避免了誤操作所產(chǎn)生的危險，并且切割機構(gòu)和粘貼機構(gòu)均處于切割機構(gòu)外殼的內(nèi)部，在切割及粘貼的過程中不需要人的參與，也極大地保證了該系統(tǒng)的安全性。</p><p><b>　　5.4 經(jīng)濟適用性</

48、b></p><p>　　該系統(tǒng)的總功耗不過W，所采用的電動機也屬于小功率電動機，并且工作過程平穩(wěn)速度適中噪聲小，制造及使用成本低；并且低噪聲的設(shè)計使其能夠適應(yīng)圖書館這個工作環(huán)境。</p><p><b>　　5.5 操作性</b></p><p>　　該系統(tǒng)操作簡單，需要人力參與的部分只有將書放置在夾取裝置上這一步驟，其余的工作都可自動

49、完成。</p><p><b>　　5.6 維護與檢修</b></p><p>　　該系統(tǒng)各個部分經(jīng)過慎重考慮，均采用的最簡單的機械結(jié)構(gòu)，以方便裝配拆卸以及日后的維護與檢修，并且對零件沒有過于嚴(yán)格的要求，使得其工作壽命較長，維修時方便替換，也不易因長期工作不見磨損老化而發(fā)生事故。</p><p><b>　　5特點及應(yīng)用前景</

50、b></p><p><b>　　5.1系統(tǒng)特點</b></p><p>　　本系統(tǒng)基于圖書館圖書標(biāo)簽粘貼這個繁瑣的工作構(gòu)建，能夠獨立完成運輸，剪切標(biāo)簽，粘貼標(biāo)簽，收集書本這一系列動作，將原本需要大量人力話費大量時間來完成的工作大幅簡化。并且該系統(tǒng)功率低，噪聲小，適合工作在圖書館等需要控制噪聲的特殊環(huán)境中。并且該系統(tǒng)各個部分均采用適應(yīng)性結(jié)構(gòu)，對不同的書本均能正確

51、完成任務(wù)，不需針對不同書型更換部件等繁瑣操作，使其應(yīng)用范圍十分廣泛。</p><p><b>　　5.2應(yīng)用前景</b></p><p>　　在測試成功之后，該機器可以大量生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用與各個圖書館以及其他需要在圖書上貼標(biāo)簽以方便進行管理的場所，可以減輕圖書館工作人員的工作壓力，更可提高工作效率。</p><p>　　此外該系統(tǒng)針對不同書型的圖

52、書所設(shè)計的適應(yīng)性夾子以及粘貼裝置不僅使其在圖書標(biāo)簽粘貼上游刃有余，更能應(yīng)用于工業(yè)上其他產(chǎn)品的標(biāo)簽粘貼，其對稱彈簧夾和粘貼機構(gòu)經(jīng)過適當(dāng)改造便能夠夾取不同形狀，材質(zhì)的產(chǎn)品，并且能夠在不同平面上粘貼標(biāo)簽，故該系統(tǒng)的應(yīng)用前景非常廣泛。</p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)基于圖書館書本側(cè)面的身份辨識標(biāo)簽的剪切及粘貼問題設(shè)計，由齒輪、連桿、滑塊

53、、凸輪、槽輪、皮帶輪、滾子鏈以及齒條構(gòu)成，能夠獨立的完成書本側(cè)邊以及正反的標(biāo)簽切割和粘貼工作，并且基本不需要人力的參與。并且在經(jīng)過適當(dāng)?shù)母脑?，更能夠適應(yīng)不同的工業(yè)生產(chǎn)要求，具有廣泛的適應(yīng)性。是我們強大設(shè)計感的成果，也是機械科學(xué)的高效性的體現(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 張衛(wèi)國等.機械設(shè)計—基礎(chǔ)篇[J].華中科技大學(xué)