醫(yī)用棉簽卷棉機設計-機械原理課程設計

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1、武漢工程大學郵電與信息工程學院 課程設計成果說明書 題 目： 醫(yī)用棉簽卷棉機設計 學生姓名： 王向光 學 號： 6202140219 學 院： 機電工程學院 班 級： 機械設計及其自動化 02 指導教師： 盧霞 2014年5月 12 日 目 錄 緒論 5 0.1功能要求 5 0.2工作原理以及

2、工藝動作流程圖 6 第1章 傳動方案和減速器總體結構方案設計 7 1.1擬訂傳動方案 7 第2章主要執(zhí)行結構方案設計 10 2.1送料機構 10 2.2楸棉機構 12 2.3卷棉機構 14 2.4形態(tài)學矩陣 16 第3章機械運動系統(tǒng)設計方案擬定 18 3.1擬定的方案 18 第4章方案的評價 20 4.1評價方案表 20 第5章系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理 23 5.1方案b的數(shù)據(jù)處理 23 5.2傳動機構的尺寸設計及數(shù)據(jù)處理 24 5.3成品的尺寸設計 25 結束語 26 參考文獻 27 摘要:全自動棉簽機是按照國家衛(wèi)生標準自動設計和制造的一種自動化程序高、高速、高效

3、生產(chǎn)衛(wèi)生棉簽。自動卷棉設備它填補了國內(nèi)空白。 該機能制造棉簽，具有綜合性能強，棉頭飽滿、表面光潔、外形均勻、棉頭與棒體纏繞牢固，產(chǎn)品完全達到國家要求標準，該機可根據(jù)不同用途的棉簽，電子控制調(diào)節(jié)棉頭大小滿足各種使用要求。該機每小時可生產(chǎn)棉簽3600支，克服了傳統(tǒng)手工卷制效率低、棉簽頭大小不均、衛(wèi)生條件差的缺點，該機暢銷與國內(nèi)外市場。 本設備適用范圍可以用于個衛(wèi)生材料廠，也適用于棉簽用量大的大中型醫(yī)院，家庭小型企業(yè)，創(chuàng)業(yè)致富的好途徑。 我所設計的棉簽機實現(xiàn)了送棉，楸面棉，送簽和卷棉于一體的全自動化功能。 其主要設計思路來自于對手工卷棉動作分解,然后按照相應功能的機構部件進行設計,對比,

4、選定,以及優(yōu)化組合.綜合利用槽輪機構的間歇運動,凸輪連桿的往復運動,不完全齒輪的間歇運動,摩擦輪機構以及減速器的定植調(diào)速比的設定.定量送料,定位傳送和摩擦壓力的設計都需要人工數(shù)據(jù)處理.利用Auto Cad軟件強大繪圖功能,和Word的編輯功能,把設計方案圖文并茂,栩栩如生. 關鍵字: 減速器 槽輪 不完全齒輪 爪輪 齒形帶 緒論 在以機械學為主干學科的各專業(yè)教學計劃中,《機械原理課程設計》是主要的專業(yè)基礎課之一,是必修課,是培養(yǎng)學生機械設計能力的重要環(huán)節(jié).機械原理課程設計的目的在于進一步

5、鞏固和加深學生所學的理論知識,培養(yǎng)學生獨立解決機械設計中的實際問題的能力,使學生對于機構的綜合以及運動學和動力學分析有一個較完整的概念;并進一步提高學生的計算,繪圖和計算機輔助設計的能力。 0.1 設計的目的 機械原理課程設計的主要目的是為學生在完成課堂教學基本內(nèi)容后提供一個較完整的從事機械設計初步實踐的機會?！稒C械原理課程設計》的編寫宗旨就是指導學生能在短時間內(nèi)，將所學的機械基礎理論運用于一個簡單的機械系統(tǒng)，通過機械傳動方案總體設計，機構分析和綜合，進一步鞏固掌握課堂教學知識，并結合實際得到工程設計方面的初步訓練，培養(yǎng)學生綜合運用技術資料，提高繪圖、運算的能力。同時注重學生創(chuàng)

6、新意識的開發(fā)。 0.2 設計的要求 1. 以機械系統(tǒng)運動方案設計與擬定為結合點,把機械原理課程中分散與各章的理論與方法融會貫通起來,進一步鞏固和加深學生所學的理論知識。 2. 使學生能受到擬定機械運動方案的訓練,具有初步的機構選型與組合和確 運動方案的能力。 3. 進一步提高學生運算,繪圖和查找技術資料的能力. 4. 通過編寫說明書,培養(yǎng)學生表達,歸納和獨立思考與分析的能力。 第一章總論及設計要求 1.1功能要求 全自動醫(yī)用棉簽卷棉機能夠?qū)崿F(xiàn)送

7、棉、楸棉、送棉和卷棉的一體化功能。醫(yī)院通用的簽桿直徑約3mm，長約為70mm，卷棉部分長約20—25mm，每分種能生產(chǎn)60支。 卷棉機由送棉機構，壓棉機構，楸棉機構，送簽機構，卷棉機構以及電動機組成。 選擇送棉機構時考慮到棉花很軟，要實施持棉以直線、間隙、定長地將適量條狀送入壓（夾）棉、楸棉機構，可用帶刺構件走直線軌跡段把棉條拉向前進，走非直線段時從棉條中退出，但此時要將棉條壓住。 實現(xiàn)送簽的功能是使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，我采用將一堆簽桿放入漏斗箱逐一的送到能產(chǎn)生一定壓緊力的構件上，同時一邊自轉(zhuǎn)，一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。

8、 1.2工作原理以及工藝動作流程圖 醫(yī)用棉簽卷棉機系統(tǒng) 定量送棉 壓 （夾） 棉 、 楸 棉 送簽 卷棉 將條狀棉的原料壓緊在固定面上，在另一端既實現(xiàn)壓緊，又實現(xiàn)拉扯動作 持定量棉花，以直線、間隙、定長送進 完成壓棉動作的機構，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且將壓力保持一定的時間，使楸棉時，壓頭下的條棉不致滑移。 完成楸棉動作的機構，其壓頭一方面有壓緊條棉的功能，又要使壓力在保持壓緊力的狀態(tài)下有向某個方向運動的可能，以完成楸棉動作。 采用適當?shù)膲侯^形式，使棉條容易楸斷，楸斷后自行落入導棉槽中。 機構能調(diào)整壓緊力。 使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，與楸下的棉

9、塊會合 簽桿與棉塊相遇，簽桿作自轉(zhuǎn)，將棉塊卷上簽桿。 第2章 傳動方案和減速器總體結構方案設計 2.1擬訂傳動方案 機器一般由原動機、傳動裝置和工作機三部分組成如圖２－１： 圖２－１ 1——電動機　　　2——聯(lián)軸器　3——減速器 ２.１.1　初步選擇電機和分配各級傳動比 （一）電動機的選擇 選擇電機類型：　電動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內(nèi)機、蒸汽機、水輪機、氣輪機、液動機等。電動機結構簡單、工作可靠、控制方便、維護容易

10、，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅(qū)動。 電動機已經(jīng)是系列化了，通常由專門的工廠按標準系列成批或大量生產(chǎn)。機械設計中應根據(jù)工作的載荷、工作的要求、工作的環(huán)境、安裝的要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產(chǎn)品目錄中選擇電動機的類型和結構形式、容量和轉(zhuǎn)速，確定具體的型號。 擇電動機的類型和結構型式。 生產(chǎn)的單位一般用三相交流電源，如無特殊的要求（如在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速，經(jīng)常啟動和反轉(zhuǎn)等），通常都采用三相交流異步電動機。我國已制定了一標準的Ｙ系列是一般用途的全封閉的自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕氣體和無特殊要求的機械，如金屬切削機床、風機、輸送機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械食品

11、機械等。由于Ｙ系列還具有啟動性好的優(yōu)點，因此也適合某些對啟動轉(zhuǎn)矩要求較高的機械。 三相交流異步電動機根據(jù)其額定功率和滿載轉(zhuǎn)速的不同，具有系列型號。為適應不同的安裝需要，同一類的電動機結構又制成若干種安裝形式。各類型的電動機的參數(shù)和外型及安裝尺寸可查手冊。 選定電動機的容量： 電動機的容量選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常的工作，或使用電動機因長期的過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且常常不在滿載下運行，其效率和功率的因數(shù)都較低，造成浪費。 電機的容量的主要由電動機的運行時的發(fā)熱情況決定，而發(fā)熱又與其

12、工作情況決定。 工作機所需工作功率，應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算得來的，可按下式計算： 其中：T——工作機的阻力矩，； n——工作機的轉(zhuǎn)速，； 傳動裝置的總效率組成傳動裝置的各部分運動副效率之積，即 其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率 按推薦的傳動比合理范圍，取一級傳動i1=20-50，二級圓柱直齒輪的傳動比i2=4-6, 三級圓柱直齒輪的傳動比i3=2-4,總的傳動范圍為40-200. 根據(jù)附Ⅱ。2選擇Y系列三相異步電動機 經(jīng)過綜合考慮決定選用Y132S—8型號電動機 考慮減小噪聲、振動等方面的要求

13、時，最好選用帶傳動。當原動機驅(qū)動主動輪時，由于帶與帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、選價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應用。 圖２-２帶傳動 圖２-３鏈傳動 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結構尺寸；同時，摩擦力大，發(fā)熱大。同時蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好

14、時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因而摩擦損失較大，效率低； 根據(jù)以上的分析比較，再結合要求的工作條件可以得到，在此采用帶傳動。 第3章主要執(zhí)行結構方案設計 3.1送料機構 方案：不完全齒輪機構 圖3—1 1——不完全齒輪 2——棉條 3——滾輪 方案 所采用送棉機構是如圖3—1所示的不完全齒輪機構。其主要由不完全齒輪和一個滾輪串聯(lián)而成。 當不完全齒輪由傳動機構而作等速順時針連續(xù)轉(zhuǎn)動時，當?shù)谝幻洱X還未到達棉條時，棉條因無摩擦力而

15、不能向前送進；而當?shù)谝幻洱X接觸到棉條，同時與滾輪嚙合時，產(chǎn)生摩擦夾帶棉條向前送進，直到最后一枚齒脫離滾輪，而停止送棉。當主動不完全齒輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。 其中不完全齒輪的外圈部分是由橡膠模具制成。 分析其原因如下： ① 考慮到棉花很軟，如使用鋼制不完全齒輪，在抓棉時很容易將棉條抓斷；使用外圈為橡膠齒的不完全齒輪，質(zhì)地相對柔軟，又有彈性。 ② 如果橡膠齒磨損，可以及時更換。 ③ 橡膠齒輪與鋼制齒輪的造價相比較，前者較為經(jīng)濟。 3.2楸棉機構 方案 :爪輪機構 圖3—2 1、4——爪輪 2——棉條

16、 3——橡膠塊 方案 所采用的楸棉機構如圖3—4所示。其主要由兩個爪輪串聯(lián)而成。當主動爪輪1由傳動機構作順時針等速轉(zhuǎn)動時，嵌入爪輪1的橡膠塊轉(zhuǎn)到另一個爪輪的橡膠塊相遇時，夾送到的條棉2價在其中，靠彈性壓緊，繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，將條棉楸斷。 3.3卷棉機構 方案a: 圖3—5 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿 5、8——條棉 6——導棉槽 7——靜止摩擦片 方案a所采用的卷棉機構如圖3—5所示。起主要由主動輸送機構、漏斗狀簽箱和導棉槽組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內(nèi)，漏斗口限制簽桿3只能一根

17、一根地通過，由漏斗口下的輸送構件2和4同步將簽桿送入到導棉槽，進至與在導棉槽7內(nèi)的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿3自轉(zhuǎn)，此時簽桿的外露在輸送機構4外的頭部（約長25mm）與導棉槽8中的條棉相遇，使條棉卷在簽桿上。 設計要求：漏斗狀簽箱1的口寬的大小應與簽桿的直徑差不多。這既能使簽桿逐一的通過漏斗口，又防止簽斗內(nèi)簽桿相互擠造成卡住。 方案b: 圖3—6 1——漏斗狀簽箱 2——簽桿 3——條棉 4——輸送機構 5——齒行帶 6——拖板 7——靜止摩擦片 8——彈簧 9——壓板 10——卷輪 方案b 所采用的卷棉

18、機構如圖3—6所示。起主要由卷輪、漏斗狀簽箱、送棉機構、拖板和靜止摩擦片壓板組成。將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱1內(nèi)，漏斗口限制簽桿2只能一根一根地通過，由漏斗口下的卷輪5帶離簽箱1，，進至與在壓板9的靜止摩擦片7接觸后，在摩擦力作用下簽桿2一面前進，一面自轉(zhuǎn)，此時簽桿的外露在輸送機構4外的頭部（約長25mm）與導棉槽8中的條棉相遇，且有一定的壓緊力，使條棉卷在簽桿上。 3.4形態(tài)學矩陣 功能元 功能元解 1 2 3 4 5 動力源 電動機 A1 汽油機 A2 柴油機 A3 液壓機 A4 汽動馬達 A5 減

19、速2 蝸桿傳動 B1 鏈傳動 B2 帶傳動 B3 齒輪傳動 B4 擺線針輪轉(zhuǎn)動 B5 送料持夾器的運動 不完全齒輪機構 C1 槽輪機構 C2 曲柄滑塊機構 C3 凸輪機構 C4 連桿機構 C5 壓緊器的間歇轉(zhuǎn)動 凸輪機構 D1 爪輪機構 D2 齒型帶機構 D3 平面凸輪+正切機構 D4 空間凸輪+正切機構 D5 壓桿的往復移動 齒輪機構 E1 齒型帶機構 E2 凸輪機構 E5 系統(tǒng)解的可能方案數(shù)： F=5*5*5*5*3=1875

20、 其中列出較為理想的兩種： A1+B3+C1+D1+E1 A1+B3+C2+D3+E2 3.5擬定運動循環(huán)圖 分配軸轉(zhuǎn)角 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 送棉機構 定量送棉 間隙運動 壓棉楸棉機構 爪輪間隙運動 爪輪轉(zhuǎn)動摩擦楸斷棉 爪輪間隙運動 送簽機構 帶輪轉(zhuǎn)動送簽 壓板提供壓緊力 卷棉機構 開始卷棉

21、 第4章 機械運動系統(tǒng)設計方案擬定 4.1擬定的方案 在第三章中，我已經(jīng)分析了a,b兩個方案的各構件的功能特點。根據(jù)形態(tài)學矩陣的分析和原理?，F(xiàn)在對它們進行最佳組合。如圖 方案a 1——漏斗狀簽箱 2、4——輸送機構 3——簽桿 5——凸輪機構 6——正壓機構 7——底座 8——不完全齒輪 9——滾輪 方案b 1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪 4，11——爪輪 5——橡膠塊 6——齒形帶 7——壓板 8——支板 9——漏斗狀簽箱 10——簽桿 １２——卷輪

22、 第5章方案的評價 5.1評價方案表 評價方案(2) 序號 評價項目 評價等級 評價尺度（評價分數(shù)） 1 功能目標完成情況 很好 好 較好 不太好 不好 10 8 5 3 0 2 工作原理的先進性 先進 較先進 一般 落后 10 8 4 0 3 系統(tǒng)的工作效率 高 較高 一般 低 10 8 4 0 4 系統(tǒng)機械傳動的精度 高 較高 一般 低 10 8 4 0 5 系統(tǒng)的復雜程度 簡單 較復雜 復雜 10

23、 5 0 6 系統(tǒng)方案的可靠性 可靠 較可靠 一般 不可靠 10 8 4 0 7 系統(tǒng)方案的新穎性 新穎 較新穎 一般 不新穎 10 8 4 0 8 系統(tǒng)方案的實用性 實用 一般 不實用 10 5 0 9 系統(tǒng)方案的經(jīng)濟成本 低 較低 高 較高 10 8 4 0 10 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題 好 較好 不好 10 5 0 項目 方案 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 累計得分 a 5 4 8 10 5 10 8

24、 4 4 10 58 b 8 8 8 8 10 10 8 4 8 10 72 方案評價（2） “＋＋”：“很好”，“＋”：“好”，“－”：“不好”。 方案評價標準 方案a 方案b 成本低 + ++ 便于加工 + + 結構簡單 - + 便于方便 + + 操作方便 ++ ++ 總計 5“+”， 1個“—” 7個“+” 顯而易見，綜上所評方案B為最佳方案。 第6章系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理 6.1方案b的數(shù)據(jù)處理 圖6—1

25、1——主動銷輪 2——槽輪 3——滾輪 4，11——爪輪 5——橡膠塊 6——履帶 7——壓板 8——支板 10——簽桿 設計數(shù)據(jù)如下： 卷棉機的生產(chǎn)率：60支/分鐘 卷棉機構和送簽機構5的轉(zhuǎn)速：v5=0.1m/s 卷輪的轉(zhuǎn)速n=2 (rad/s) 楸棉機構：爪輪的轉(zhuǎn)速3： n3=2π (rad/s) 送棉機構：主動銷輪1的轉(zhuǎn)速：n1=8π(rad/s) 槽輪2 n2=2π(rad/s) 零件尺寸設計： r1=60/πmm r2=50/πmm r3=50/πmm r5=100/πmm 履帶長600m

26、m 壓板15cm 履帶缺口深度3mm 6.2傳動機構的尺寸設計及數(shù)據(jù)處理 圖6—2 1，2——帶輪 3，4，5，6——傳動齒輪 圖6—2所示是圖2—1的俯視圖。 （二）計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比 在前面的方案設計中已確定此次設計的減速器為齒輪傳動，并且采用展開式傳動。 分配原則： 1、 使各級的傳動的承載能力大致相同（齒面的接觸強度大致相等）。 2、 使減速器能獲得最小的外形尺寸和重量。 3、 使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑方便。 選用減速器為三級傳動，先經(jīng)過三級減速后，再經(jīng)過分流得到軋輥所需要的轉(zhuǎn)速和方向

27、，經(jīng)過綜合考慮選得：i1=28.25 i2=4 i3=π 軸名 參數(shù) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 轉(zhuǎn)速(rad/s) 輸入功率KW 710 8π 2π 2 2 2.2 2.046 1.98 1.925 1.905 傳動比 效率 28.25 4

28、 π 1 0.93 0.97 0.97 0.99 傳動齒輪設計： 齒輪 參數(shù) 3 4 5 6 齒數(shù) 8 32 16 32 模數(shù) mm 5 5 5 5 6.3成品的尺寸設計 包裝尺寸：長寬高 16508101300

29、重量： 150kg 結束語 緊張的課程設計順利結束了。在這設計過程中，我從原來對本專業(yè)并不十分了解的狀況下,開始系統(tǒng)的運用了所學的機械基礎知識，加深了對專業(yè)知識的理解和掌握.并且,培養(yǎng)了我查閱機械類書籍的能力,為我以后的學習打下了扎實的基礎。 機械學作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內(nèi)容豐富，涉及面廣。在新的歷史條件下，機械學與電子電氣、液壓等多種學科，聯(lián)系更為緊密，它的綜合性更強。相信我們工科學生在進行了認識實習、金工實習、生產(chǎn)實習、課程設計、畢業(yè)實習，特別是以后的畢業(yè)設計對整個大學階段的知識的掌握會更加牢固。同時在以后的學習中會不斷拓寬

30、自己的知識面，結合生產(chǎn)實際，一定能更好的掌握機械知識。 最后，非常感謝 老師的關心指導和其他同學的協(xié)作！ 參考文獻 [1]牛鳴岐,王保民,王振甫.機械原理課程設計手冊.重慶:重慶大學出版社,2001 [ 2 ]機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編. 機械工程手冊第59篇、沖壓機械化與自動化. 北京：機械工業(yè)出版社.1982 [3]王知行,劉延榮.機械原理.北京:高等教育出版社,2000 [4 ]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組編.理論力學（第五版）. 北京：高等教育出版社. 1993 [5]陳秀寧.機械設計課程設計.浙江：浙江大學出版社.1995