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摘 要
時(shí)代不斷進(jìn)步，人們的生活水平和工業(yè)水平不斷提高，隨之而來的，就是人們環(huán)保意識以及節(jié)約意識的提高，并且越來越重視可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)階段，能源緊缺，環(huán)境污染等嚴(yán)重危害到了我們。伴隨現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，操作簡單的打包裝置成為一種流行。
報(bào)紙雜物的回收打包裝置是可用于家庭、辦公室等場所，能夠?qū)?bào)紙雜物壓縮后進(jìn)行打包，便于此類可回收物品的回收處理，是現(xiàn)在辦公場所或者說是家庭生活中所需要的東西?，F(xiàn)階段，辦公室紙簍的廢紙是司空見慣，這不僅影響人們的情緒，更重要的是，如果報(bào)紙雜物等廢棄物處理不當(dāng)，會(huì)對環(huán)境造成極大的污染。
本次課題設(shè)計(jì)一種報(bào)紙或雜物的回收打包裝置，是為了設(shè)計(jì)出一種小型的能夠供辦公室應(yīng)用的裝置，這不僅會(huì)對環(huán)境有一定的保護(hù)，也能鍛煉自己對于機(jī)械設(shè)計(jì)的知識能力掌握。
關(guān)鍵詞：報(bào)紙雜物；回收；打包裝置
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Abstract
With the continuous progress of the times, people's living standards and industrial standards continue to improve, followed by people's awareness of environmental protection and conservation awareness , and pay more and more attention to sustainable development . At this stage, energy shortage, environmental pollution and other serious harm to us. With the rapid development of modern machinery industry, the operation of simple packaging device has become a popular. Recycle newspapers debris packing apparatus can be used for families, offices and other places, can be compressed package paper debris, recycling for such Recyclable goods, is now the office or that is needed in the family life. At this stage, the waste paper in the office waste paper basket is commonplace, which not only affects people's emotion, but more importantly, if the newspapers and other wastes / wasted disposal waste , will cause great pollution to the environment . Recovery of this design a newspaper or sundries packing device , in order to design a device for small office applications , it will not only have the protection for / against the environment , can exercise their own to master the mechanical design knowledge .
Key words: newspaper sundries ；recycling ；packing device
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目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1本課題的目的及意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1回收打包裝置國外發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.2回收打包裝置國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3研究前景 2
2回收打包裝置的設(shè)計(jì)方案 4
2.1 回收打包裝置的工作原理 4
2.2 回收打包裝置簡易結(jié)構(gòu) 5
2.3回收打包裝置方案對比 5
2.4本章的總結(jié) 7
3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8
3.1齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.1.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì) 8
3.1.2幾何尺寸的計(jì)算 8
3.1.3重合度的校核 9
3.2絲杠相關(guān)參數(shù)的計(jì)算以及電機(jī)的選擇 10
3.2.1電機(jī)型號的選取 10
3.2.2 絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷 10
3.2.3絲桿在運(yùn)行中能接受的最大軸向變形量 10
3.2.4 導(dǎo)程精度的選擇 11
3.2.5 確定絲杠型號 11
3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.3.1 齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) 11
3.3.2幾何尺寸的計(jì)算 11
3.3.3重合度的校核 12
3.4本章小結(jié) 13
4 回收打包裝置的三維建模 14
4.1 SolidWorks軟件簡介 14
4.2主要零部件的三維建模 14
4.2.1 壓縮部分的結(jié)構(gòu) 14
4.2.2 回收打包裝置的三維模型 16
4.3裝配體的三維建模 17
4.4本章小結(jié) 18
5回收打包裝置的模態(tài)分析 19
5.1導(dǎo)入三維模型 19
5.1.1簡化零件模型 20
5.2有限元模型建立 20
5.3定義材料和約束 21
5.4計(jì)算結(jié)果的分析 21
5.5本章小結(jié) 24
6 結(jié) 論 25
參考文獻(xiàn) 26
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X
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1 緒 論
最近幾年，隨著我國的經(jīng)濟(jì)勢頭的迅速發(fā)展以及人民生活水平的日益進(jìn)步，自2008年以來，我國的造紙產(chǎn)量一直居于世界第一。隨著造紙工業(yè)的快速發(fā)展,人們的物質(zhì)要求和精神要求都得到了滿足，除此之外，造紙業(yè)還是我國的外貿(mào)易很是重要。時(shí)代變遷，造紙行業(yè)發(fā)展勢頭愈來愈好，伴隨而來的就是越來越多的能源消耗，尤其是樹木的砍伐日益嚴(yán)重，導(dǎo)致環(huán)境日益惡化，這個(gè)問題或多或少影響了我國的發(fā)展。人們在日常生活中尤其是在辦公室中所產(chǎn)生的廢紙雜物尤其多，不僅如此，在學(xué)校教室里，白花花的紙張更是隨處可見。廢紙以及許多雜物，是十分重要的可回收資源，我國作為一個(gè)堅(jiān)持環(huán)保的國家，是絕對不允許浪費(fèi)資源的。如果能對這些廢紙雜物進(jìn)行回收，加以充分利用，這不僅可以節(jié)約大量的樹木資源、大量的能源，還能降低成本，這不僅僅對當(dāng)代有好處，更是福澤后世。所以，對廢紙雜物的回收打包裝置的地位愈發(fā)重要。
1.1本課題的目的及意義
現(xiàn)階段，我國報(bào)紙雜物等廢棄紙質(zhì)垃圾量非常大，伴隨而來的就是回收站等地方的工人工作強(qiáng)度明顯增大，而且效率普遍不高。隨著勞動(dòng)力成本的提高，市場越來越需求打包設(shè)備來減少工作壓力和強(qiáng)度。本課題將致力設(shè)計(jì)出回收打包裝置，用電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)絲桿實(shí)現(xiàn) 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)進(jìn)行壓縮空間，施行捆綁功能。如果設(shè)計(jì)成功且能付諸生產(chǎn)的話，將對我國的回收打包工業(yè)的發(fā)展都有重要的意義。
報(bào)紙雜物的回收打包裝置是可用于家庭、辦公室等場所，能夠?qū)?bào)紙雜物壓縮后進(jìn)行打包，便于此類可回收物品的回收處理，是現(xiàn)在辦公場所或者說是家庭生活中所需要的東西?，F(xiàn)階段，辦公室紙簍的廢紙是司空見慣，這不僅影響人們的情緒，更重要的是如果廢紙等處理不當(dāng)，會(huì)對環(huán)境造成極大的污染。
本次課題設(shè)計(jì)一種報(bào)紙或雜物的回收打包裝置，是為了設(shè)計(jì)出一種小型的能夠供辦公室應(yīng)用的裝置，這不僅會(huì)對環(huán)境有一定的保護(hù)，也能鍛煉自己對于機(jī)械設(shè)計(jì)的知識能力掌握。
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1回收打包裝置國外發(fā)展?fàn)顩r
在翻閱了較多的參考文獻(xiàn)以及很多次網(wǎng)上瀏覽之后，可得出，回收打包裝置的應(yīng)用，最初可追溯到上世紀(jì)初期，但快速發(fā)展還得看上世紀(jì)中期及后期。像美國的SIGNODE公司等就涉足打包機(jī)捆扎行業(yè)，較早的如日本的下島株式會(huì)社，日魯工業(yè)株式會(huì)社等，這些外國企業(yè)涉足回收打包裝置行業(yè)已久，并根深蒂固。根據(jù)大量的網(wǎng)上資源顯示， 上世紀(jì)70年代，國外存在的并且被大量投入市場并使用的且效率高的回收打包裝置就達(dá)到了200多種，這種數(shù)據(jù)較國內(nèi)的同類打包裝置來說，可謂有天壤之別。這些年來，國外又研發(fā)出許多新技術(shù)以及新產(chǎn)品，使得國外同類機(jī)械水平早已遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)的發(fā)展。隨著時(shí)代的發(fā)展、技術(shù)的革新，國外的包裝機(jī)械的產(chǎn)品，正一步一步朝著理想化發(fā)展?？傮w來說，國外的機(jī)械回收打包業(yè)的發(fā)展速度以及發(fā)展的先進(jìn)化程度都是遙遙領(lǐng)先于中國，因?yàn)閲獾幕厥沾虬b置結(jié)構(gòu)比較簡單，但功能齊全，而且可靠性高，所以它們在國際市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位。世界科技的快速發(fā)展，大量新型新型材料廣泛應(yīng)用到回收打包裝置中，回收打包裝置已然成為未來機(jī)械類發(fā)展的主流。由于國外先進(jìn)的制造技術(shù)，國外的包裝機(jī)構(gòu)看到了市場，并積極推出了各種功能的回收打包裝置的設(shè)計(jì)。因?yàn)橛辛诵滦偷陌b材料出現(xiàn)，回收打包裝置技術(shù)也隨之有了新的快速發(fā)展。新材料的出現(xiàn)，使得壓縮、捆扎等工序合為一體，操作得以簡化，速度也變得更快了。
1.2.2回收打包裝置國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
建國初，我國的回收打包裝置可謂是稀缺設(shè)備，哪怕是后來三大改造完成，這類設(shè)備也并不多見。我國的回收打包裝置真正起步時(shí)期是改革開放以后，自改革以來，我國的包裝機(jī)械工業(yè)的發(fā)展才有明顯的起色。勢頭雖好，但問題不斷。由于國內(nèi)的回收打包裝置的發(fā)展起步較他國較晚，所以，一開始發(fā)展緩慢，許多技術(shù)不成熟。更有甚者，我國的回收打包裝置內(nèi)部的許多核心技術(shù)都是通過購買外國的同類產(chǎn)品，加以研究并吸收消化得來的所以，我國的回收打包裝置的發(fā)展較他國還是有一定差距的。
現(xiàn)階段，我國在此回收打包裝置行業(yè)的競爭力較一些外國相對較低。因?yàn)楝F(xiàn)階段我國包裝機(jī)械產(chǎn)品存在較多問題，比如質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、結(jié)構(gòu)相對簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也少、核心技術(shù)要求未達(dá)頂尖標(biāo)準(zhǔn)等。盡管我國現(xiàn)階段在回收打包裝置行業(yè)存在比較多的缺點(diǎn)，但是我國也有自己的有點(diǎn)和特點(diǎn)。所以我們應(yīng)該根據(jù)自己的特點(diǎn)，發(fā)揮自身的優(yōu)勢?；厥沾虬b置行業(yè)想要在以后的發(fā)展中占據(jù)一席之地，就應(yīng)該大力地發(fā)展創(chuàng)新，不能墨守成規(guī)，要鉆研出專屬于自己的專利技術(shù)，用更加簡單的操作來實(shí)現(xiàn)更多的功能。除此之外，生產(chǎn)能力以及售后服務(wù)的提高也是勢在必行。
回收打包裝置越來越趨向于機(jī)電一體化，為的是簡化操作，更好地實(shí)現(xiàn)功能。目前，我國售賣的回收打包裝置多為三面封閉，單面進(jìn)料，利用液壓系統(tǒng)提供壓動(dòng)力，壓力大，設(shè)有防回彈機(jī)構(gòu)，并且許多為手動(dòng)打包。我國許多同類裝置無需調(diào)試即可使用，安全方便，且耐用，不易損壞，快速壓實(shí)，噪音相對較低。
1.3研究前景
隨著我國經(jīng)濟(jì)勢頭發(fā)展越來越好，國民環(huán)保的意識越來越重，而廢紙作為“城市中的森林”，其回收打包的意義也就日益突出。除此之外，為了滿足人們的物質(zhì)類和精神類需求，大量的紙質(zhì)刊物必將出世，伴隨而來的就是造紙業(yè)的快速發(fā)展。用廢紙做原料造新紙已經(jīng)成為全球需求。因此，不久以后廢紙回收行業(yè)勢必成為國家重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。中國廢紙回收再利用行業(yè)的發(fā)展前景一片光明。作為廢紙回收行業(yè)不可或缺的打包裝置的發(fā)展前景可見一斑。這時(shí)，廢紙雜物的打包裝置就起到了很大的作用，人們可以通過這一裝置，將日常生活中的廢紙雜物進(jìn)行打包，方便相關(guān)機(jī)構(gòu)的回收，就可以把一些廢紙?jiān)俅卫?，避免浪費(fèi)。這種呼吁得到國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員的響應(yīng)，各種新式的回收打包裝置層出不窮?？傊厥沾虬b置的發(fā)展前景一片光明。
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第2章 回收打包裝置的設(shè)計(jì)方案
2回收打包裝置的設(shè)計(jì)方案
2.1 回收打包裝置的工作原理
本次設(shè)計(jì)的題目是一種報(bào)紙雜物的回收打包裝置的設(shè)計(jì)，查閱了大量的書籍以及網(wǎng)上資料的查找后，終于有了結(jié)果。
該打包機(jī)主要是分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分把廢紙，報(bào)紙等物料從上部投入加壓口，對報(bào)紙等雜物進(jìn)行加壓，第二部分主要為前部分加壓之后的物料對其進(jìn)行打包捆綁處理。
第一部分的工作原理：采用電機(jī)帶動(dòng)中間齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪嚙合傳動(dòng)，再將運(yùn)動(dòng)傳遞給上下的齒輪軸，上下齒輪軸與絲桿螺紋鏈接，繼而將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，作用在壓板上，利用上壓板與絲杠進(jìn)行向右移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓縮運(yùn)動(dòng)，壓至一定程度，停機(jī)然后抽出右板，將壓縮物送入打包裝置進(jìn)行打包的機(jī)構(gòu)。當(dāng)報(bào)紙放在待打包的區(qū)域后，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使壓板下降，從而對下面的廢報(bào)紙進(jìn)行壓縮，然后電機(jī)停止，將右邊的板抽出，繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，將報(bào)紙雜物等壓至捆綁機(jī)構(gòu)中。第二部分的工作原理：壓縮好的報(bào)紙等物料完成之后，在底板下部分有個(gè)導(dǎo)軌，可以使右板抽出，這樣既可以使物料運(yùn)動(dòng)到捆扎區(qū)域。在捆扎區(qū)域中，采用捆扎機(jī)的結(jié)構(gòu)，捆扎機(jī)設(shè)計(jì)為齒輪齒條的形式，捆扎機(jī)的工作原理如圖2-1所示。
2-1 捆扎機(jī)的原理圖
捆扎機(jī)的原理：采用齒輪齒條的形式，當(dāng)窄帶繩子放入捆扎結(jié)構(gòu)的前部，并撥動(dòng)鐵皮將繩子壓緊，另一端放入手柄下部，亦壓緊，撥動(dòng)手柄，齒輪在齒條中的移動(dòng)，使扎帶繩子開始收縮，在收縮到一定位置時(shí)候，采用壓力鉗把放在扎帶繩子中間的鐵皮進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到捆扎的作用。
2.2 回收打包裝置簡易結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述對回收打包裝置進(jìn)行第一部分壓縮，第二部分的捆綁原理的介紹，對打包機(jī)進(jìn)行簡易結(jié)構(gòu)的初步定性。在簡易結(jié)構(gòu)中初步定性了打包機(jī)的放置形式為橫放，并與裝有手動(dòng)捆綁機(jī)構(gòu)的架子相連接，如圖2-2所示。
圖2-2 回收打包裝置的簡易
從圖中可以看出，回收打包裝置中的壓縮部分放置在左側(cè)部分，左側(cè)有大小齒輪軸、軸承座、絲杠，卡簧、電機(jī)等一些固定機(jī)構(gòu)，右側(cè)為捆扎區(qū)域，捆扎區(qū)域有捆扎結(jié)構(gòu)，框架。
工作原理：按下開關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)中間齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中間齒輪軸帶動(dòng)上下兩齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，上下兩齒輪與絲桿為螺紋連接 （上下齒輪旋向相反），進(jìn)而可以使壓板向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行壓縮廢紙等雜物，壓縮到一定程度，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，壓板停止壓縮，抓住把手抽出右壓板，繼續(xù)令發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓壓板將廢紙等雜物壓向捆扎機(jī)構(gòu)，進(jìn)行捆扎。
2.3回收打包裝置方案對比
（1）傳動(dòng)系統(tǒng)的對比
在我設(shè)計(jì)的回收打包裝置中，在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中采用齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有采用帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，考慮到以下幾點(diǎn)：
1）齒輪跟帶輪相比傳動(dòng)效率高
2）傳動(dòng)比精確，不會(huì)出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象
3）齒輪傳動(dòng)相對于帶傳動(dòng)來說，相對平穩(wěn)，傳動(dòng)速度大、結(jié)構(gòu)緊湊。
考慮以上的幾點(diǎn)在回收打包裝置壓縮部分的傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪的方式比帶輪更加合理可靠。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中帶的絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠采用普通絲杠，并用卡簧限制軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鎖行的功能。
（2）捆扎結(jié)構(gòu)的對比
一開始的想法是：將壓縮機(jī)豎著放如圖2-3，想在壓縮機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)一種捆綁機(jī)構(gòu)，亦或者壓縮前套袋子，設(shè)計(jì)一種封口機(jī)構(gòu)，但查閱了大量資料之后，苦于找不到合適的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)打包功能，也沒有恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)能使袋子能封口，所以放棄了這種想法。
圖2-3
接下來的想法是：既然壓縮機(jī)構(gòu)豎放找不到與之匹配的打包機(jī)構(gòu)，故想將壓縮裝置橫置，并采用全自動(dòng)捆綁機(jī)（如圖2-4）與壓縮機(jī)構(gòu)相連，兩步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓縮打包功能，但考慮到全自動(dòng)捆綁機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜且體型過大，故棄之。
圖2-4 全自動(dòng)打包機(jī)
最后，鑒于上述方案均不適合，所以決定采用手動(dòng)捆扎機(jī)構(gòu)與橫置壓縮機(jī)構(gòu)相連接，形成一體。如圖2-5。捆扎結(jié)構(gòu)采用市面上較為流行的手工捆扎結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)最后的打包功能，這種捆綁機(jī)構(gòu)很靈活。其中打包機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條的形式，當(dāng)時(shí)考慮壓縮后的物料的大小以及設(shè)計(jì)的復(fù)雜，并沒有直接采購市面人工捆扎器，自己根據(jù)捆扎器的原理設(shè)計(jì)了大型號尺寸并簡化版的捆扎器。
圖2-5
2.4本章的總結(jié)
本章主要確定回收打包裝置的結(jié)構(gòu)方案，傳動(dòng)系統(tǒng)，壓縮機(jī)構(gòu)，捆扎結(jié)構(gòu)等。對壓縮打包裝置中兩部分（壓縮機(jī)構(gòu)、打包機(jī)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原理性的介紹。壓縮機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲桿在齒輪（相當(dāng)于螺母）轉(zhuǎn)動(dòng)下左右平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對廢紙的壓縮過程。然后將底板側(cè)向抽出，繼續(xù)將壓縮好的廢紙推出進(jìn)入打包機(jī)構(gòu)中。打包機(jī)構(gòu)采用手工打包方式，采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，并將其固定于底部機(jī)架上，于左側(cè)壓縮裝置并排放置。手動(dòng)捆扎后，人工將打包好的廢紙從最右側(cè)取出。通過查閱相關(guān)資料，對比幾種設(shè)計(jì)方案，選擇其中較為合理的方案，最后完成了對廢紙回收打包裝置的總方案設(shè)計(jì)。
第3章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計(jì)
選材：圓柱直齒輪；材質(zhì)：40Cr；熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理；硬度為：300HBS
現(xiàn)設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)如下表3.1所示：
表3.1齒輪齒條參數(shù)
名稱
符號
齒輪
齒條
模數(shù)（端面模數(shù)）
2
2
齒數(shù)
21
287
壓力角
齒頂高系數(shù)
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
3.1.2幾何尺寸的計(jì)算
齒輪參數(shù)：
(1) 分度圓直徑：
(2) 齒頂高：
(3) 齒頂圓直徑：
(4) 齒根圓直徑：
(5) 基圓直徑：
齒條參數(shù)：
端面模數(shù)：2
端面壓力角：20
端面齒距：p=πm=3.14*2=6.28
齒頂高：ha=m*ha=2*1=2mm
齒根高：hf=m*（h+c）=2*（1+0.25）=2.5mm
3.1.3重合度的校核
齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)很是平穩(wěn)，傳動(dòng)效率也很高結(jié)構(gòu)也很緊湊。所以，如果要很好的實(shí)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，齒輪齒條的重合度的檢測尤為重要。
由上方的的尺寸數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得，容易繪制出的齒輪齒條嚙合重合度如圖3.2所示：
圖3.2齒輪齒條嚙合簡圖
計(jì)算結(jié)果表明，捆綁機(jī)構(gòu)中，齒輪齒條傳動(dòng)的重合度數(shù)值為1.78（在1.5～2.0之間），滿足要求。
-
3.2絲杠相關(guān)參數(shù)的計(jì)算以及電機(jī)的選擇
3.2.1電機(jī)型號的選取
鑒于手動(dòng)控制，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速不需要高，但功率需稍大因?yàn)閴嚎s所需壓力大。參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選擇YZ180L型號的電機(jī)。額定功率10kw，電機(jī)轉(zhuǎn)速675r/min。
3.2.2 絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷
1）按絲杠的軸向理想運(yùn)行總距離計(jì)算可得：
式中：
——絲桿的軸向運(yùn)動(dòng)理想距離，一般取為
2) 按絲理想的工作時(shí)間計(jì)算可得：
式中相關(guān)系數(shù)如下：
-------理想轉(zhuǎn)速，
-------理想工作總時(shí)間，一般取1.5萬小時(shí)
-------負(fù)載常用系數(shù)，在壓縮打包機(jī)中取=1
-------絲桿的精度系數(shù)，這里取 =1
-------可靠性系數(shù)，這里取=1
3) 按絲杠軸向運(yùn)動(dòng)載荷及壓力計(jì)算可得：
其中表示絲杠在運(yùn)行過程中的最大負(fù)載
3.2.3絲桿在運(yùn)行中能接受的最大軸向變形量
若重復(fù)定位精度為X，那么絲桿允許的最大軸向變形量的計(jì)算公式為：
系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，軸向運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度X要求為0.04mm，則
0.25*0.004=0.001mm
3.2.4 導(dǎo)程精度的選擇
據(jù)絲桿的軸向運(yùn)動(dòng)，定位精度應(yīng)滿足0.08mm/1000mm，則任意500mm，長度的導(dǎo)程精度為0.04mm。
3.2.5 確定絲杠型號
最終，選擇G4010絲桿，精度等級2級。絲桿基本導(dǎo)程Ph=10mm，，螺母外徑40mm。
3.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)
三個(gè)齒輪，兩兩均為為圓柱直齒輪其中有兩個(gè)一致，所以只需要檢驗(yàn)一對即可，現(xiàn)設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)如下表3.2所示：
表3.2齒輪齒條參數(shù)
名稱
符號
齒輪1
齒輪2
齒輪3
模數(shù)
2
2
2
齒數(shù)
100
150
150
壓力角
齒頂高系數(shù)
1
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
0.25
3.3.2幾何尺寸的計(jì)算
(1) 分度圓直徑：
(2) 齒頂高：
(3) 齒頂圓直徑：
(4) 齒根圓直徑：
(5) 基圓直徑：
3.3.3重合度的校核
齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)很是平穩(wěn)，傳動(dòng)效率也很高結(jié)構(gòu)也很緊湊。所以，如果要很好的實(shí)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，齒輪的重合度的檢測尤為重要。重合度合適與否直接關(guān)系到嚙合的平穩(wěn)以及傳動(dòng)的平穩(wěn)。
根據(jù)上述的幾何尺寸經(jīng)計(jì)算得，繪出的齒輪嚙合重合度如圖2.1所示：
=1.98
圖3.3齒輪嚙合簡圖
計(jì)算結(jié)果表明，壓縮裝置中齒輪傳動(dòng)的重合度數(shù)值為1.98（在 1.5～2.0之間）。據(jù)此判斷，壓縮裝置中齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)合理，能夠滿足工作要求。
3.4本章小結(jié)
本章重點(diǎn)介紹了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括:
(1) 分析設(shè)計(jì)了齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)；
(2) 對齒輪進(jìn)行了重合度的校核。
(3) 對絲杠的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行的計(jì)算。
(4) 對齒輪齒條機(jī)構(gòu)的進(jìn)行重合度的校核。
第4章 打包機(jī)的三維建模
4 回收打包裝置的三維建模
4.1 SolidWorks軟件簡介
迄今為止，世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維繪圖系統(tǒng)就是SolidWorks軟件了，這款軟件設(shè)計(jì)的初衷是為了給機(jī)械工程師們提供一種能用電腦繪制三維模型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。SolidWorks軟件與其他三維軟件相比，不僅功能強(qiáng)大，而且操作相對簡單，被眾多大學(xué)生以及工程師青睞。自其創(chuàng)建以來，工程師們的創(chuàng)新能力和工作效率有了顯著的提高。不僅如此，這款軟件還能將三維圖與二維圖完美結(jié)合。
4.2主要零部件的三維建模
4.2.1 壓縮部分的結(jié)構(gòu)
根據(jù)上文，廢紙打包機(jī)分二部分設(shè)計(jì)，一部為壓縮部分一部分為打包部，壓縮部分主要對報(bào)紙等一些物體進(jìn)行壓縮，使體積變小，從而為接下來的減少空間。
1左壓板：左壓板主要對報(bào)紙等物件進(jìn)行壓縮的功能，與連接板焊接，而后與絲桿相連，如圖4.1所示：
圖4.1 左壓板
2右蓋板：在壓縮打包機(jī)構(gòu)中，左壓板壓縮，右壓板進(jìn)行支撐作用，右壓板與把手連接，最后抽出，如圖4.2所示：
圖4.2 右蓋板
3上、下齒輪軸：與中間齒輪軸嚙合，傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再與絲桿嚙合將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，繼而使得壓板可以運(yùn)動(dòng)，如圖4.3所示：
圖4.3 齒輪
4導(dǎo)軌：在回收打包裝置中采用米思米的導(dǎo)軌，其目的是使與蓋板相連接的底板能夠向下移動(dòng)，從而在打包機(jī)壓縮到指定位置之后，可以把底板抽出來。抽出之后廢紙等壓縮物體可以移動(dòng)到打包區(qū)域如圖4.4所示：
圖4-4 導(dǎo)軌
5：卡簧：卡簧也叫擋圈或扣環(huán)，是使得兩零件固定，防止停止時(shí)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，是自鎖結(jié)構(gòu)的一種。常常裝在設(shè)備的軸槽或著孔槽中，能夠阻止軸上零件軸向運(yùn)動(dòng)?？ɑ煽ㄔ邶X輪與滾珠絲杠配合的下端，主要目的是使齒輪防止軸向移動(dòng)如圖4-5所示：
圖4-5卡簧
4.2.2 回收打包裝置的三維模型
在之前回收打包裝置設(shè)計(jì)中，該裝置第一步實(shí)現(xiàn)的是壓縮功能，等雜物等壓縮完成之后，抽出活動(dòng)板，開機(jī)將雜物運(yùn)輸?shù)酱虬鼌^(qū)域進(jìn)行打包，以下為回收打包裝置的零件模型。
框架：其主要目的是使壓縮好的物體進(jìn)入打包區(qū)域位置，安裝捆綁器的框架如圖4-6所示：
圖4-6 框架
打包器：采用齒輪齒條的形式，當(dāng)窄帶繩子放入捆扎結(jié)構(gòu)的前部，并撥動(dòng)鐵皮將繩子壓緊，另一端放入手柄下部，亦壓緊，撥動(dòng)手柄，齒輪在齒條中的移動(dòng)，使扎帶繩子開始收縮，在收縮到一定位置時(shí)候，采用壓力鉗把放在扎帶繩子中間的鐵皮進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到捆扎的作用。如圖所示4-7打包器：
圖4-7打包器
4.3裝配體的三維建模
在各零部件建模完成后，進(jìn)入SolidWorks裝配環(huán)境。根據(jù)實(shí)際情況下的裝配情況，對回收打包裝置進(jìn)行模擬裝配，過程中使用重合、面面對齊、垂直、平行等裝配約束關(guān)系，將回收打包裝置裝配成一個(gè)整體。
本文研究設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是齒輪軸、軸承座、絲桿、壓板、保持架、捆綁器（包含齒輪、齒條、各種壓緊裝置）等組成，其中電動(dòng)機(jī)把力傳遞給中間的齒輪軸，齒輪嚙合傳動(dòng)，再將運(yùn)動(dòng)傳遞給上下的齒輪軸，上下齒輪軸與絲桿螺紋鏈接，繼而將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，作用在壓板上，利用上壓板與絲杠進(jìn)行向右移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓縮運(yùn)動(dòng)，壓至一定程度，停機(jī)然后抽出右板，將壓縮物送入打包裝置進(jìn)行打包的機(jī)構(gòu)，其詳細(xì)裝配體三維圖如圖4-8所示：
圖4-8 回收打包裝置裝配圖
為了論文的完整性，更重要的是為了更加清晰地表達(dá)回收打包裝置的裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行了剖視處理，具體如圖4-9所示。
圖4-9 回收打包裝置裝配圖剖視圖
裝配完成后，對利用Solidworks對回收打包裝置進(jìn)行了干涉分析。干涉分析就Solidworks裝配體中，對模型整體靜止情況以及運(yùn)行時(shí)情況進(jìn)行了分析，檢查是否干涉。如在檢測過程中出現(xiàn)干涉問題，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整或者是裝配時(shí)出了問題，無論是為了導(dǎo)出二維圖的順利進(jìn)行還是對整體機(jī)構(gòu)的要求完美，都需要對其進(jìn)行修改以達(dá)到預(yù)期效果。最終的干涉分析圖，如圖4-10所示；
圖4-10干涉分析圖
經(jīng)Solidworks檢驗(yàn)，可得壓縮打包裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有干涉，故而結(jié)構(gòu)以及裝配均合理。
4.4本章小結(jié)
本章寫的主要是回收打包裝置的三維建模，將心中所想用Solidworks軟件進(jìn)行繪制，形象地表達(dá)結(jié)構(gòu)模型，也方便心中對結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。本章節(jié)最終以圖片的形式將部分零件以及整個(gè)裝配圖的機(jī)構(gòu)外觀展示，并敘述了其相關(guān)作用。其中，裝配圖還從中間截開來，是的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然，便于老師的檢查也彰顯的論文的清晰。最后，用solidworks軟件對回收打包裝置進(jìn)行了干涉分析并在三維中對裝配圖進(jìn)行了修改。
第5章 回收打包裝置的模態(tài)分析
5回收打包裝置的模態(tài)分析
當(dāng)一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)用的的時(shí)候，尤其是在振動(dòng)環(huán)境中，是一定會(huì)受到動(dòng)態(tài)載荷的影響的，為了避免這種影響對機(jī)構(gòu)有一些不好的影響，所以機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是一定要分析的。在這個(gè)動(dòng)態(tài)分析里面，結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析是它最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)了，在這里是可以通過這個(gè)分析來獲得這個(gè)結(jié)構(gòu)在振動(dòng)時(shí)候的特性以及可能發(fā)生的共振的情況，在采用了這個(gè)振動(dòng)的故障分析之后，就可以根據(jù)這個(gè)結(jié)果來對機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的改進(jìn)。
經(jīng)過對這方面知識的了解，現(xiàn)在對于開展模態(tài)分析主要可以通過采取以下這三種方式：
第一種就是把機(jī)構(gòu)的模型進(jìn)行簡化，伴隨其中的就是在建模過程中的各種計(jì)算，將整個(gè)機(jī)構(gòu)看作一個(gè)整體，再進(jìn)行相應(yīng)的分析。
第二種方法就是通過粘結(jié)各個(gè)部位的零部件，這樣就可以利用ANSYS里面的接觸方式來進(jìn)行對模型間的裝配關(guān)系的具體定義。
最后一種就是可以通過有限元中的耦合技術(shù)來建立相應(yīng)的模型的接觸的裝配關(guān)系。
以上提到的這幾種方法可能會(huì)存在一點(diǎn)差異，上訴三中方法求得的結(jié)果有一定差異，當(dāng)時(shí)各處理方式有優(yōu)缺點(diǎn)。第一種方法處理簡單和方便，但是計(jì)算時(shí)候剛度比較大。第二中方法，能夠很好的反應(yīng)實(shí)際的情況，但是在求解有接觸的時(shí)候有非線性之間的關(guān)系可能在求解的時(shí)候出現(xiàn)沒法收斂的情況。而且，前期處理比較麻煩，花費(fèi)大量CAE工程師的時(shí)間，在很多學(xué)生處理模型時(shí)候，都是幾個(gè)人分工完成。第三種方法是CAE近幾年獨(dú)特的方法。由于本人能力有限，在這里只能采用第一種方式來進(jìn)行模態(tài)分析
5.1導(dǎo)入三維模型
HyperMesh具有UG,Solidworks，proe等等的數(shù)據(jù)接口，現(xiàn)階段CAE工程師通過成熟的CAD軟件建立幾何模型之后導(dǎo)入HyperMesh中構(gòu)造模型。本文對建立好打包機(jī)有限元模型之后，通過Hypermesh自帶的RADIOSS求解器進(jìn)行求解。當(dāng)然在Hypermesh中有可選擇的求解器，如圖5-1所示選擇RADIOSS為處理器。
5-1選擇處理器
具有中間轉(zhuǎn)換格式的軟件有很多，Igs可以在不同三維軟件與CAE軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。CAD處理的幾何模型，導(dǎo)入CAE軟件當(dāng)中，出現(xiàn)的間隙等會(huì)影響網(wǎng)格質(zhì)量。當(dāng)處理模型的有限元時(shí)候，必須對打包機(jī)進(jìn)行模型的清理和簡化。
5.1.1簡化零件模型
在打包機(jī)進(jìn)行有限元分析時(shí)候，進(jìn)行模型的幾何處理很有必要。對設(shè)計(jì)工程師來說在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候都是從工藝，加工，安裝等考慮零件的模型。而對于CAE工程師來說很低工藝孔，安裝孔在不特別說明的或者特殊研究的情況下可以刪除。例如工藝上的倒角在不研究倒角處應(yīng)力應(yīng)變的情況下，一般的處理方式都是刪除這些工藝角，以免在畫網(wǎng)格時(shí)出現(xiàn)不好的現(xiàn)象。簡化后的高質(zhì)量圖如圖5-2所示。
圖5-2 簡化之后的幾何模型
5.2有限元模型建立
回收打包裝置的壓縮部分雖然不是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，但是考慮部分面的復(fù)雜性，選用不同的方法進(jìn)行有限元模型網(wǎng)格的劃分，得圖5-3。
圖5-3 有限元模型
5.3定義材料和約束
在HyperMesh中定義有限元模型的材料，壓縮部分整體材料為45#，彈性模量：，泊松比：，密度：，轉(zhuǎn)化單位后為
本文采用的基本單位如下：
力的取標(biāo)準(zhǔn)單位牛頓，
距離單位取毫米，
單位面積受力取牛頓平方毫米，
應(yīng)力單位為兆帕，
彈性模量即為應(yīng)力（ε=ΔL/L）與應(yīng)變（σ=F/S）的比值。
所以彈性模量E=σ/ε，單位是取兆帕。
在有限元分析中，約束方面取X,Y,Z三個(gè)方向自由度。
5.4計(jì)算結(jié)果的分析
在以上軟件處理結(jié)束后，進(jìn)行模塊分析，觀察模態(tài)分析后的各階模態(tài)的固有頻率和振型的情況。觀察得，前6階固有頻率見表5-1。
表5-1 固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速
1
2
3
4
5
6
固有頻率(HZ)
64.5
65.1
170.3
174.1
249.3
283.7
臨界轉(zhuǎn)速(r/min)
3870
3906
10200
10446
14958
17022
根據(jù)以上兩者關(guān)系可知：
根據(jù)有限元算出的臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于選用電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以不可能出現(xiàn)共振的情況。
以下為回收打包裝置壓縮部分的六階振型圖，如下圖所示。根據(jù)下圖中前四階模態(tài)分析云圖可以看出，在模態(tài)下最大變形地方為壓縮部分的兩側(cè)板子部分。而第五階模態(tài)分析云圖當(dāng)中，變形最大部分出現(xiàn)在左邊端蓋上。因?yàn)槎松w上連接的東西很多，包括軸承座，以及齒輪軸，而且電機(jī)也是安在端蓋伸出的支撐板上，所以只要端蓋不出現(xiàn)共振的情況，那么整機(jī)就比較合理。
第1階模態(tài)振型
第2階模態(tài)振型
第3階模態(tài)振型
第4階模態(tài)振型
第5階模態(tài)振型
第6階模態(tài)振型
5.5本章小結(jié)
本章對回收打包裝置進(jìn)行了有限元分析，目的是檢驗(yàn)回收打包裝置在運(yùn)行過程中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)共振情況，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本章對回收打包裝置的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了網(wǎng)格處理，并進(jìn)行分析。將一階臨界轉(zhuǎn)速于理想轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，最后得出，回收打包裝置壓縮外框達(dá)不到第一階臨界轉(zhuǎn)速所以不會(huì)出現(xiàn)共振情況。
第六章 結(jié)論
6 結(jié) 論
本文以實(shí)現(xiàn)廢紙雜物的壓縮打包裝置的主要功能為目標(biāo)，首先制訂了廢紙雜物的壓縮打包裝置的總體設(shè)計(jì)方案，接著對比了各種能想到的方案，選擇了最適合最合理的一種，然后對廢紙雜物的壓縮打包裝置的各主要零件進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接著應(yīng)用solidworks軟件對廢紙雜物的壓縮打包裝置進(jìn)行了三維建模，在三維建模基礎(chǔ)上對廢紙雜物的壓縮打包裝置的進(jìn)行了干涉和有限元分析。
本次設(shè)計(jì)完成，自己的二維制圖以及三維制圖的能力明顯有提高。關(guān)于制圖，我總結(jié)了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。首先，關(guān)于三維圖的繪制方面，基準(zhǔn)的選擇非常重要，或許在繪制零件圖中，并不能感覺到優(yōu)勢，甚至?xí)o繪制零件圖帶來一定的麻煩，但是在裝配圖中，有統(tǒng)一的基準(zhǔn)就顯得十分關(guān)鍵。其次，關(guān)于二維制圖，各種快捷鍵的熟練掌握對制圖的速度起著至關(guān)重要的作用。再者，線條的粗細(xì)以及顏色以及需要用到的域與塊要事先準(zhǔn)備好，不要在繪圖過程中，再浪費(fèi)時(shí)間繪制。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所完成的主要工作有：首先，闡明了廢紙雜物的壓縮打包裝置的重要性及其研究現(xiàn)狀，指出了廢紙雜物的壓縮打包裝置設(shè)計(jì)對現(xiàn)代生活很是重要； 其次，根據(jù)廢紙雜物的壓縮打包裝置所需要滿足的功能，提出了廢紙雜物的壓縮打包裝置的設(shè)計(jì)方案；再者，應(yīng)用了大學(xué)期間所學(xué)知識，對廢紙雜物的壓縮打包裝置中的主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算；最后，應(yīng)用solidworks對廢紙雜物的壓縮打包裝置進(jìn)行了三維建模以及干涉分析，并進(jìn)行了有限元分析檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否合理。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
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設(shè)計(jì)（論文）題目：
一種報(bào)紙雜物回收打包裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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學(xué)生姓名： 學(xué) 號：
專 業(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
20xx年 2月 27日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
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通過進(jìn)行本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，全面系統(tǒng)地對學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和研究方法的基本訓(xùn)練。要求學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的研究。學(xué)生能獨(dú)立進(jìn)行資料的收集、加工與整理，能綜合運(yùn)用科學(xué)的理論、知識和技能，鍛煉獨(dú)立解決設(shè)計(jì)問題的能力，圖紙繪制規(guī)范，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，編寫符合要求的設(shè)計(jì)說明書并答辯，從而使學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，并掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
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內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種小型報(bào)紙或廢紙雜物的回收打包裝置，該裝置可用于家庭、辦公室等場所，能夠?qū)?bào)紙雜物壓縮后進(jìn)行打包，便于此類可回收物品的回收處理。要求：該機(jī)器操作簡單，安全可靠，占地面積小。并且其設(shè)計(jì)方案合理，結(jié)構(gòu)可行，且有一定的創(chuàng)新性。圖紙規(guī)范完整，說明書計(jì)算準(zhǔn)確，表述清晰。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
3．對本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕：
詳細(xì)完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份；
裝配圖及主要零件圖一套(圖紙總量不得少于2張0號圖）；?
外文參考資料及中文譯文(中文譯文不少于3000字）。
4．主要參考文獻(xiàn)：
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
20xx.12.16-20xx.1.10 領(lǐng)任務(wù)書、開題
20xx.2.25-2.16.3.9 畢業(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研，完成開題報(bào)告、中英文翻譯、論文大綱
20xx.3.19-20xx.4.25 提交論文草稿，4月中旬中期檢查
20xx.4.26-20xx.5.6 提交論文定稿
20xx.5.6-20xx.5.13 準(zhǔn)備答辯
20xx.5.13-20xx.5.26 答辯，成績評定，修改完成最終稿
所在專業(yè)審查意見：
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負(fù)責(zé)人： ??????????? ? 年??? ?月??? ?日