西北工業(yè)大學(xué)機械原理課程設(shè)計小電器引出線綁扎機設(shè)計

1、機械原理課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目 小電器引出線綁扎機設(shè)計 目錄1.設(shè)計題目3 1.1設(shè)計要求3 1.2題目分析32.機械系統(tǒng)的方案擬定42.1工作原理確定4 2.1.1繞線機構(gòu)4 2.1.2綁線機構(gòu)5 2.1.3掃線機構(gòu)62.2執(zhí)行機構(gòu)及其運動設(shè)計6 2.2.1繞線機構(gòu)6 2.2.2綁扎線送線機構(gòu)10 2.2.3綁線機構(gòu)11 2.2.4掃線機構(gòu)122.3原動機的選擇132.4執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計142.5方案評價及優(yōu)選173.相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合184.機械系統(tǒng)相關(guān)性能分析或說明205.課程設(shè)計體會及建議206.參考文獻21 1.設(shè)計題目小電器的引出電線是隨其小電器一道出售的附件

2、，為便于用戶應(yīng)用和包裝，需將引出線綁扎成如圖所示的小卷。為使引出線在展開時不致打扭，引出線剛開始需作8字形纏繞，最后才在中間部分橫著纏上幾圈。引出線的長度范圍一般在1.53 m之間，要求作8字形纏繞的圈數(shù)，最好能在相應(yīng)的可繞圈數(shù)之間調(diào)整，橫著纏繞的圈數(shù)為4 6圈即可，引出線的原材料為繞在線軸上的雙膠軟質(zhì)細線。試設(shè)計該綁扎機的工作原理及工藝動作，繪出其整機的機械系統(tǒng)簡圖、工作循環(huán)圖和個別部分的結(jié)構(gòu)示意圖，并編寫提交相關(guān)設(shè)計說明技術(shù)報告。 1.1 設(shè)計要求小電器引出線綁扎機的設(shè)計技術(shù)要求如表1：功能要求1）實現(xiàn)“8”字形結(jié)構(gòu)； 2）對“8”字形結(jié)構(gòu)進行纏繞。幾何參數(shù)1）引出線的原材料為繞在線軸上的

3、雙膠軟質(zhì)細線； 2）所要纏繞的引出線長約1.5-3m； 3）所需的纏繞圈數(shù)為4-6圈。生產(chǎn)率每班（8小時）生產(chǎn)率960件安全與人機工程1）綁扎機應(yīng)盡可能簡單，便于工作人員對機器進行必要的清理、維護；2）機器工作時對環(huán)境無害，即低噪聲、低污染、低振動使用和維護1）調(diào)試與安裝方便；2）盡可能減少人工操作 表11.2 題目分析根據(jù)設(shè)計要求該小電器引出線綁扎機主要要能夠?qū)崿F(xiàn)雙膠軟質(zhì)細線的“8”字形纏繞，并滿足一定的尺寸要求。在設(shè)計要求中，所繞“8”字的長度應(yīng)為80-100，而所繞圈數(shù)限定在4-6圈，同時要實現(xiàn)1.5-3m范圍內(nèi)的引出線的纏繞，顯然以最大圈數(shù)，最大“8”字形長度纏繞也不能滿足纏繞最長3m

4、的引出線的要求，題目給定的設(shè)計要求一定程度上并不符合實際情況，所以在進行設(shè)計的時候要結(jié)合實際做出適當?shù)恼{(diào)整。題目給出引出線的實際長度范圍為1.5-3m，而實際生產(chǎn)中引出線都是批量生產(chǎn)，不可能每根線的長度都均勻分布在該范圍之內(nèi)，所以在進行設(shè)計時在幾個固定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)“8”字的長度和所繞的圈數(shù)就可以滿足生然要求，而沒必要做到對該長度范圍的數(shù)學(xué)上精確滿足，從而降低了設(shè)計難度和生產(chǎn)成本。所以結(jié)合上述論述，本次小電器引出線綁扎機的主要設(shè)計目標及基本定位在：實現(xiàn)“8”字形纏繞，實現(xiàn)所纏繞引出線長度和纏繞圈數(shù)的一定范圍內(nèi)可調(diào)，實現(xiàn)對所繞成“8”字形雙膠軟質(zhì)引出線的綁扎。2.機械系統(tǒng)的方案擬定2.1 工作原理

5、確定2.1.1 繞線機構(gòu) 圖1根據(jù)圖1實現(xiàn)引出線“8”字形纏繞的機構(gòu)工作原理表述如下： 圖中曲柄滑塊機構(gòu)滑塊a處有一夾線裝置，帶動引出線進行纏繞。b，c為繞“8”字是引出線所纏繞的立柱，其裝在可在水平面內(nèi)前后滑動的滑塊上的孔中（圖中1,2,3）。a在曲柄的帶動下在水平面內(nèi)左右移動，當a運恰好動到b的左邊時，b在凸輪O1的作用下向后運動，并在a返回到b的右邊之后這一小段時間里在后邊短暫停頓，從而引出線便可纏繞到b上，然后b返回到前邊準備下一次纏繞。當a恰好運動到c的右邊時，c在凸輪O2的作用下向前運動，并在a返回到c的左邊之后這一小段時間里在前邊短暫停頓，引出線便可纏繞的c上，與b之間交替配合實

6、現(xiàn)“8”字形纏繞。然后該動作進行循環(huán)，便可實現(xiàn)多圈纏繞。 綁線機構(gòu) 圖2根據(jù)圖2引出線綁扎機構(gòu)的工作原理表述如下：圖中紅色細線為引出線綁扎線，其材料為常見的膠皮鐵絲。起初綁扎線放在一堆凸臺上，并被擋在另個圓柱后邊。繞O3旋轉(zhuǎn)的直角狀桿組從兩圓柱之間穿過時會將綁扎線彎曲成如圖所示“U”字形，并隨直角桿一起做旋轉(zhuǎn)運動，當恰好轉(zhuǎn)動到“8”字形引出線交點上方的時候，圖中藍色直角桿的上端經(jīng)過圓盤上的一小凸臺e，使得懸掛“U”形綁扎線的直角鉤展開，在重力作用下，“U”型綁扎線將懸掛在“8”字的中間交點處，當藍色直角桿經(jīng)過凸臺后在彈簧彈力的作用下恢復(fù)原樣準備下一次循環(huán)。而此時以O(shè)4為回轉(zhuǎn)中心的擰線裝置將在滿

7、足一定設(shè)計要求的凸輪的作用下向下運動，并很快做旋轉(zhuǎn)運動。向下運動時會使得拐角桿狀夾子向中間運動從而夾緊“U”形綁扎線開口的兩端，在機構(gòu)旋轉(zhuǎn)式實現(xiàn)擰緊，從而完成對引出線的綁扎。 掃線機構(gòu) 圖3圖3為掃線機構(gòu)的設(shè)計簡圖，該機構(gòu)所實現(xiàn)的功能是當繞線和綁線完成后將已綁好的引出線從工作臺上掃落下來（到包裝箱中），以方便下一輪綁線的循環(huán)。該機構(gòu)主要由滿足一定設(shè)計要求的凸輪帶動一搖桿轉(zhuǎn)動，從而搖桿將已綁好的“8”字形引出線掃落下來。（*注：以上三圖為說明機械系統(tǒng)工作原理的運動簡圖，圖中各構(gòu)件與所設(shè)計機構(gòu)并無尺寸和形狀上的比例關(guān)系；綁扎線的送線比較容易實現(xiàn)，本次設(shè)計中未重點涉及）2.2 執(zhí)行機構(gòu)及其運動設(shè)計2

8、.2.1 繞線機構(gòu)（1）繞線連桿的設(shè)計 圖4 設(shè)計原理說明傳動齒輪帶動曲柄做整周回轉(zhuǎn)，曲柄通過連桿帶動繞線滑桿做往復(fù)運動。連桿與曲柄用圖4左上角所示的銷釘連接，旋轉(zhuǎn)后可曲柄上三孔之間的窄縫中移動，從而實現(xiàn)可繞“8”字形長度的調(diào)節(jié)，實際中連桿上還有銷釘固定裝置，用于一次調(diào)節(jié)后將銷釘固連于某個孔。而曲柄的轉(zhuǎn)動有兩個不同的傳動分支控制，可以手動選擇，從而實現(xiàn)所繞“8”字的圈數(shù)可調(diào)。圖4最下方圖為繞線桿前端的局部放大圖，所繞引線穿過圖中圓孔，并在孔中夾持固定，從而繞線桿帶動引線做往復(fù)運動。另外夾持引線的裝置（圖中有孔圓柱）可繞其軸線轉(zhuǎn)動，從繞避免引出線出現(xiàn)交纏。 主要運動部件的尺寸（2）繞線立柱的設(shè)計

9、 圖5 凸輪1 凸輪2 設(shè)計原理說明 該機構(gòu)與繞線連桿配合共同完成“8”字形引出線的纏繞。圖5上方大圖中v和h所標出的區(qū)域為所對應(yīng)的滑塊機構(gòu)可運動區(qū)域。圖5下方小圖為纏繞立柱所在的部分機構(gòu)圖。圓柱z在嵌在凸輪1的槽內(nèi)，凸輪1做旋轉(zhuǎn)運動時帶動z前后運動，從而帶動繞線柱b前后運動。繞線柱c運動原理與繞線柱b相同，但是在安裝時帶動b和c的凸輪起始角不相同，從而在b和c的配合運動繞線連桿的配合運動下實現(xiàn)“8”字型纏繞。如圖5下方小圖所示，立柱b和c可通過旋轉(zhuǎn)分別調(diào)節(jié)安裝到三個不同的孔中，與繞線連桿中曲斌長度的調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)一致，實現(xiàn)可繞“8”字長度的三級可調(diào)。圖5中上方大圖中小圓柱e嵌在凸輪2的槽內(nèi)，凸輪2

10、旋轉(zhuǎn)運動時帶動e上下用動從而帶動立柱b上下運動。其具體運動形式為：當繞線連桿在進行繞線時使得繞線柱b固定在上方不動，當繞線完畢是開始帶動b向下運動，在擰線動作恰好完成之前使得b完全運動到繞線平臺下方，從而為下一步的掃線做好準備。因為凸輪1槽的深度大于立柱b下降的高度，所以在b下降時z不會脫離凸輪1，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。繞線柱c與b對稱，其運動原理與b相同。 主要運動部件的尺寸及設(shè)計參數(shù)凸輪1設(shè)計參數(shù)：基圓半徑為50，推程為30，近休凸輪轉(zhuǎn)角為300o，推程凸輪轉(zhuǎn)角為20o，無遠休，回程凸輪轉(zhuǎn)角為40o，其實體形狀如前邊圖凸輪1示；凸輪2設(shè)計參數(shù)：基圓半徑為20，推程為30，近休凸輪轉(zhuǎn)角為4

11、5o，推程凸輪轉(zhuǎn)角為67.5o，遠休凸輪轉(zhuǎn)角為225o，回程凸輪轉(zhuǎn)角為67.5o，其實體形狀如前邊圖凸輪2示；2.2.2 綁扎線送線機構(gòu)圖6 設(shè)計原理說明 如圖6所示E為一可繞軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，C為一凸臺，幫在線最開始在凸臺上，并擋在其前端的小圓柱后邊，當E從兩小圓柱之間繞過是將綁扎線變形為“U”字形，并將其懸掛在前端的圓柱結(jié)構(gòu)上一并做旋轉(zhuǎn)運動，當恰好轉(zhuǎn)至“8”字中心上方時圖中深藍色構(gòu)件經(jīng)過圓盤上邊的凸臺D，D使得深藍色構(gòu)建向上運動，從而使得懸掛綁扎線的圓柱向下旋轉(zhuǎn)，在重力的作用下，綁扎線掉落到“8”字中心，并懸掛在其上，為下一步擰線做好準備，深藍色構(gòu)件在經(jīng)過凸臺后由彈簧復(fù)位。 主要部件尺寸及參數(shù)

12、E的豎直桿直徑為20，形成開口為20的“U”形綁扎線。2.2.3 綁線機構(gòu)圖7 設(shè)計原理說明 如圖7所示為該小電器引出線綁扎機的綁線機構(gòu)實體簡圖，整個個機構(gòu)由軸承固定豎直面內(nèi)。A為可繞銷釘轉(zhuǎn)動拐桿，其上部有夾緊功能。B為一錐齒輪（圖中未畫出錐齒），圖中黃線畫出的為彈簧。當繞“8”字動作完成后，錐齒輪B在另一非完全錐齒B1（后邊參數(shù)設(shè)計時介紹）的帶動下向下運動并繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)。當凸輪向下運動時，A會向中間靠攏，產(chǎn)生對“U”形綁扎線的夾緊動作，當B旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)綁扎線的擰緊。非完全錐齒B1轉(zhuǎn)過一定的角度后，整個機構(gòu)在彈簧作用下會向上運動，同時A松開，為下一步掃線做好準備，此時擰線動作的一個周期完成。

13、主要部件尺寸及設(shè)計參數(shù) 錐齒輪B：錐齒輪B為標準錐齒輪，其分度圓直徑為45，模數(shù)取3，對應(yīng)齒數(shù)為15，厚度為10； 錐齒輪B1：錐齒輪B1為一非完全錐齒輪，其270o角內(nèi)有錐齒，且對應(yīng)分度圓直徑為120，模數(shù)為3，90o角內(nèi)無錐齒且回轉(zhuǎn)半徑為45，厚度為10，其輪廓如下圖：圖8 掃線機構(gòu)凸輪3 設(shè)計原理說明該機構(gòu)主要通過一凸輪帶動一擺桿運動實現(xiàn)將已經(jīng)綁扎好的引出線從工作臺上掃落下來的動作。主要部件尺寸及設(shè)計參數(shù) 凸輪3設(shè)計參數(shù)：基圓半徑為50，推程為20，無近休，推程凸輪轉(zhuǎn)角為22.5o，遠休凸輪轉(zhuǎn)角為315o，回程凸輪轉(zhuǎn)角為22.5o。2.3 原動機的選擇 為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，該小電器引出線

14、綁扎機運動速度要相對較低，并且需要的傳動力矩不大，所以選擇八級電機（轉(zhuǎn)速為750r/min）作為輸入原動機較易實現(xiàn)減速，且能夠滿足傳動力矩要求。用渦輪蝸桿減速器進行100倍減速后輸入繞線機傳動機構(gòu)，通過齒輪系調(diào)整實現(xiàn)各部件指定要求的傳動。渦輪握桿減速環(huán)節(jié)不做專門介紹，所以后邊傳動關(guān)系的實現(xiàn)是直接以減速后7.5r/min作為輸入速度的。2.4 執(zhí)行機構(gòu)運動協(xié)調(diào)性（運動循環(huán)圖）設(shè)計 2.4.1 傳動輪系簡圖 圖8 該小電器引出線綁扎機內(nèi)部各個凸輪，曲柄的旋轉(zhuǎn)運動都由齒輪（未特殊說明情況下均為標準齒輪）帶動，圖8為各傳動齒輪的傳動關(guān)系圖。1為帶動凸輪1轉(zhuǎn)動的齒輪，2為帶動凸輪2轉(zhuǎn)動的齒輪，3為帶動凸

15、輪3轉(zhuǎn)動的齒輪，4為帶動曲柄轉(zhuǎn)動的齒輪（圖中有兩個4，由不同傳動方式驅(qū)動，實現(xiàn)所繞“8”字的全書調(diào)節(jié)），B和B1為前邊介紹過的錐齒輪和不完全錐齒輪。（注：由于凸輪1和凸輪2分別有兩個，且兩個空間排布方式對稱，實現(xiàn)的功能相同，運動和驅(qū)動原理相同，故在該傳動系統(tǒng)圖中均只畫出了一個）2.4.2 實現(xiàn)各執(zhí)行構(gòu)件運動協(xié)調(diào)性的設(shè)計參數(shù) 根據(jù)圖8將各傳動齒輪的設(shè)計參數(shù)及部分設(shè)計原理描述如下：圖8最左端為7.5r/min的輸入，其運動周期為8s。凸輪1的運動周期為1s，所致齒輪1要完成8倍加速，由于機構(gòu)的實際尺寸所限這里采用兩級加速實現(xiàn)。其設(shè)計參數(shù)如下：齒輪分度圓直徑模數(shù)齒數(shù)14022011160280116

16、032012120340 表1凸輪2的轉(zhuǎn)動周期為8s，與輸入等速傳動，齒輪2的分度圓直徑選80，模數(shù)選4，對應(yīng)齒數(shù)為20。凸輪3的轉(zhuǎn)動周期為8s，與輸入等速傳動，齒輪3的分度圓直徑選80，模數(shù)選4，對應(yīng)齒數(shù)為20。齒輪4帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄轉(zhuǎn)動周期為5s，所以該部分傳動由齒輪C帶動不完全齒輪41或43做整周回轉(zhuǎn)，兩個不完全的特點為5/8周內(nèi)有齒，3/8周內(nèi)無齒而不能進行傳動。41或43分別實現(xiàn)纏繞五圈和纏繞六圈，全齒輪C：五圈纏繞：5/8 D(41)=5d D(41)=8d六圈纏繞：5/8 D(43)=6d D(43)=9.6d（注：d為齒輪4分度圓直徑，D（41）為齒輪41分度圓直徑，D(43

17、)為齒輪43分度圓直徑）五圈纏繞采用兩級加速調(diào)節(jié)實現(xiàn)，六圈采用三級加速調(diào)節(jié)實現(xiàn)，個齒輪設(shè)計參數(shù)如下表：齒輪分度圓直徑模數(shù)齒數(shù)4502254110025041502254116025042150275425022543100250435022543128240表2錐齒輪B和不完全錐齒輪B1的設(shè)計參數(shù)在前邊已經(jīng)給出，錐齒5要在2s內(nèi)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動完成擰線動作，這里用了兩級加速調(diào)節(jié)實現(xiàn)，將從主軸傳動過來的1/4圈帶動5做兩周會轉(zhuǎn)的運動調(diào)節(jié)為不完全錐齒B1的3/4圈帶動B做兩周回轉(zhuǎn)，各齒輪設(shè)計參數(shù)如下表：齒輪分度圓直徑模數(shù)齒數(shù)B1301.520B1601.540C140220C60230表32.4.3

18、系統(tǒng)運動循環(huán)圖圖9圖表說明：如圖9在單個循環(huán)周期內(nèi)，前5s齒輪4帶動曲柄旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)繞線動作，5s后齒輪4不轉(zhuǎn)動；凸輪2前五秒在遠休端，保證繞線柱在上方，后一秒在近休端，保證繞線柱在下方；凸輪3前7s保證掃線桿不動作，后1秒完成掃線；錐齒B在5-7s完成綁線，其他時間不轉(zhuǎn)動，從而各機構(gòu)之間相互配合完成一個周期的繞線并做好下一循環(huán)的準備。2.5 方案的評價及優(yōu)選2.5.1 方案的評價對于該機械系統(tǒng)，分別從運動性能、動力性能、經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)緊湊性等方面進行簡單的評價。評價結(jié)果如表4所示：評價指標具體項目簡單評價連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)運動性能運動規(guī)律、運動軌跡任意性較差基本上實現(xiàn)任意的運動過規(guī)律一般做定

19、比傳動運動精度較低較高高動力性能傳力特性一般一般較好沖擊、振動、噪聲較大較小小經(jīng)濟性能加工難易容易難一般維護方便性較方便較麻煩較方便結(jié)構(gòu)緊湊性運動空間較大較小較小結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較復(fù)雜一般簡單 表42.5.2 方案的優(yōu)選 在實現(xiàn)“8”字形纏繞時我們有多種不同的方案，有通過模具實現(xiàn)的，又通過連桿機構(gòu)實現(xiàn)的，但這些方法實現(xiàn)起來穩(wěn)定性均不高，而且都被“8”字形所“束縛”，最后我們選擇了這種凸輪與取柄滑塊配合的纏繞方式，雖然沒有走出嚴格“8”字形路線，但由于是軟質(zhì)細線，只要進行交替纏繞便可達到要求的效果，由此可以看出繞“8”字的本質(zhì)并不是模仿“8”字路線。而且我們選擇的這種方式易于實現(xiàn)八字長度的多幾調(diào)節(jié)，由

20、于工業(yè)上大多都是批量生產(chǎn)，所以調(diào)節(jié)機制設(shè)定為手動調(diào)節(jié)，并不影響生產(chǎn)效率。 在實現(xiàn)繞線柱前后移動時我們還提出了平底推桿凸輪機構(gòu)的方案，如下圖： 圖10但是經(jīng)過嚴格機選分析后實現(xiàn)要實現(xiàn)相等距離的移動平底推桿的凸輪尺寸過大，經(jīng)濟性不高，制造難度大，沖擊大，噪音大，而且要用到彈簧機構(gòu)，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以改用槽型凸輪機構(gòu)很好地解決了這一問題。 由于實際機械尺寸空間的限制該機械系統(tǒng)在傳動時多次采用了分級加速或減速調(diào)節(jié)，大大減小了設(shè)備尺寸，經(jīng)濟性更好，而且使得各機構(gòu)配合更為緊湊。3. 相關(guān)機構(gòu)的尺度綜合 按照相應(yīng)的設(shè)計尺寸，該小電器引出線綁扎機的部分結(jié)構(gòu)三維實體圖繪制如下（圖11，圖12）： 圖11

21、 圖12（注：為了不影響部分運動機構(gòu)的表達圖中有部分構(gòu)件未裝配，所有齒輪未裝配，前邊已經(jīng)給出了所有傳動齒輪的設(shè)計參數(shù)，該機械系統(tǒng)所有傳動齒輪均在水平面或豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以實現(xiàn)豎直和水平面內(nèi)的傳動轉(zhuǎn)換只需要用一對等速傳動的直角錐齒輪即可。）4.機械系統(tǒng)相關(guān)性能分析或說明 該小電器引出線綁扎機為六級可調(diào)的繞線綁扎裝置，其繞行“8”字長度由曲柄和繞線柱實現(xiàn)三級可調(diào)，可以繞出周長為30，40，50的“8”字，其纏繞圈數(shù)由兩個不完全齒輪分別對應(yīng)實現(xiàn)5圈和6圈纏繞。尺寸設(shè)計時進行了較高精度的數(shù)學(xué)分析，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對較高，從而可以適當提高繞線速度，生產(chǎn)效率高。更多的采用齒輪傳動，也使得系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。系統(tǒng)的間歇性協(xié)調(diào)運動均有滿足特定設(shè)計要求的齒輪實現(xiàn)，運動精度相對較高。但是用到的不完全錐齒輪B1生產(chǎn)成本較高，且配合彈簧機構(gòu)實現(xiàn)上下運動，對齒輪的磨損較大，穩(wěn)定性也相對較查，但是原理上能夠滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)目標。此外所有零件尺寸設(shè)計均是根據(jù)原理實現(xiàn)和空間尺寸排布來設(shè)計的，并未進行強度校核和考慮加工工藝等因素，所以并不完全合理。5. 課程設(shè)計體會及建議5.1 心得體會 通過這次課程