3757 醫(yī)用棉簽卷棉機設計
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醫(yī)用棉簽卷棉機設計前言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、高效生產衛(wèi)生棉簽。自動卷棉設備它填補了國內空白。 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，電子控制調節(jié)棉頭大小滿足各種使用要求。該機每小時可生產棉簽 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,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.目 錄1 總論及設計要求 .................................................................................................................31.1 功能要求 .......................................................................................................................................31.2 工作原理以及工藝動作流程圖 ...................................................................................................42 傳動方案和減速器總體結構方案設計 .............................................................................52.1 擬訂傳動方案 ...............................................................................................................................52.1.1 動機的選取 .................................................................................................................... ..73 主要執(zhí)行結構方案設計 .....................................................................................................83.1 送料機構 .......................................................................................................................................83.2 楸棉機構 .....................................................................................................................................103.3 卷棉機構 .....................................................................................................................................124 機械運動系統(tǒng)設計方案擬定 ...........................................................................................144.1 擬定的方案 .................................................................................................................................145 方案的評價 .......................................................................................................................165.1 評價方案表 .................................................................................................................................166 系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)處理 ...........................................................................................................186.1 方案 b 的數(shù)據(jù)處理 .....................................................................................................................186.2 傳動機構的尺寸設計及數(shù)據(jù)處理 .............................................................................................196.3 成品的尺寸設計 .........................................................................................................................20總結 ......................................................................................................................................21致謝 .........................................................................................................................................................22參考文獻..............................................................................................................................231 總論及設計要求1.功能要求全自動醫(yī)用棉簽卷棉機能夠實現(xiàn)送棉、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 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。我所設計的兩種方案中采用兩滾輪壓緊棉條，同時，在繼續(xù)運動中實現(xiàn)楸棉，但需與棘輪、槽輪或不完全齒輪機構聯(lián)接，以實現(xiàn)間隙送進的功能。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生一定壓緊力的構件上，同時一邊自轉，一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。此外，壓緊機構也有兩種方案。2 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２－１：1——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，一般機械上大多數(shù)是均采用電動機驅動。電動機已經是系列化了，通常由專門的工廠按標準系列成批或大量生產。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，從產品目錄中選擇電動機的類型和結構形式、容量和轉速，確定具體的型號。擇電動機的類型和結構型式。生產的單位一般用三相交流電源，如無特殊的要求（如在較大范圍內平穩(wěn)地調速，經常啟動和反轉等） ，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、農業(yè)機械食品機械等。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：wPKTn950?其中：T——工作機的阻力矩， ；mN?n——工作機的轉速， ；i/r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0?n?321??其中： 分別為軸承、齒輪、斜齒輪的傳動效率123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、振動等方面的要求時，最好選用帶傳動。當原動機驅動主動輪時，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，工作條件不夠良好時，會產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。3 主要執(zhí)行結構方案設計3.1 送料機構方案 a:槽輪機構1——主動銷輪 2——從動槽輪 3，4——滾輪 5——棉條 方案 a 所采用的送棉機構是如圖 3—1 所示的槽輪機構。其主要由槽輪 1—2 和滾輪 3—4 的串聯(lián)而成，當主動銷輪 1 由傳動機構相連而作等速連續(xù)轉動時，當圓柱銷未進入徑向槽時，槽輪因鎖住而靜止；當圓銷進入徑向槽時，槽輪 2 在圓銷的驅動下順時針轉動。當主動輪連續(xù)轉動時，從動槽輪和滾輪 4 夾住棉條 5 向前送進，完全實現(xiàn)定量，定長，并以間隙、直線送棉功能。方案 b：不完全齒輪機構1——不完全齒輪 2——棉條 3——滾輪方案 b 所采用送棉機構是如圖 3—2 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)轉動時，當?shù)谝幻洱X還未到達棉條時，棉條因無摩擦力而不能向前送進；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，前者較為經濟。3.2 楸棉機構方案 a: 凸輪機構1——凸輪 2——彈簧 3——沖壓板 4——底座 5——刀具方案 a 所采用的楸棉機構如圖 3—3 所示。其主要由主動凸輪、彈簧、沖壓板、刀具和底座組成。當主動凸輪隨傳動機構作等速順時針連續(xù)轉動時，推動構件 3，使之往下運動進而壓住棉條，由于構件 3 剛好與刀具 5 相切，從而完成壓棉、楸棉的動作。當主動凸輪轉到回程時，構件 3 沒有推力，受到彈簧 2 的彈力回到原處。與此同時送棉機構將棉條送到構件 3 下，以此來完成下一次的壓楸棉的動作。安裝刀具 5 和緩沖機構的好處：① 比較鋒利的刀具在構件 3 和下面的緩沖機構保證了棉條順利的切割。② 切割下來的棉條完整。方案 b :爪輪機構1、4——爪輪 2——棉條 3——橡膠塊方案 b 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動時，嵌入爪輪 1 的橡膠塊轉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)轉動時，將條棉楸斷。在實現(xiàn)壓棉和楸棉時，還需要在方案 b 中的送棉機構（圖 3——1 所示）的配合，因為沒有它的壓緊力，本機構就不能完成該功能。3.3 卷棉機構方案 a: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，漏斗口限制簽桿 3 只能一根一根地通過，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 內的靜止摩擦片 7 接觸后，在摩擦力作用下簽桿 3 自轉，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，又防止簽斗內簽桿相互擠造成卡住。方案 b: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，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，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。4 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 a1——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 b1——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5 方案的評價5.1 評價方案表序號 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1085302 工作原理的先進性先進較先進一般落后108403 系統(tǒng)的工作效率高較高一般低108404 系統(tǒng)機械傳動的精度高較高一般低108405 系統(tǒng)的復雜程度簡單較復雜復雜10506 系統(tǒng)方案的可靠性可靠較可靠一般不可靠108407 系統(tǒng)方案的新穎性新穎較新穎一般不新穎10840實用 108 系統(tǒng)方案的實用性 一般不實用509 系統(tǒng)方案的經濟成本低較低高較高1084010 系統(tǒng)方案的環(huán)保問題好較好不好1050“＋＋”：“ 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。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 4 4 10 58b 8 8 8 8 10 10 8 4 8 10 726 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—11——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：卷棉機的生產率：60 支/分鐘卷棉機構和送簽機構 5 的轉速：v5=0.1m/s 卷輪的轉速 n=2 (rad/s)楸棉機構：爪輪的轉速 3： n3=2π (rad/s)送棉機構：主動銷輪 1 的轉速：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 600mm 壓板 15cm 履帶缺口深度 3mm6.2 傳動機構的尺寸設計及數(shù)據(jù)處理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 2 級傳動，經過 2 級變速后，再經過傳動得到需要的轉速和方向，經過綜合考慮選得：i1=28.25 i2=4 i3=π軸名參數(shù) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ轉速(rad/s)輸入功率 KW710 8π 2π 2 22.2 2.046 1.98 1.925 1.905傳動比效率28.25 4 π 10.93 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 56.3 成品的尺寸設計包裝尺寸：長×寬×高 1650×810×1300 重量： 150kg總結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。機械設計作為一門傳統(tǒng)的基礎學科，內容豐富，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自己的知識面，結合生產實際，一定能更好的掌握機械知識。最后，非常感謝張宏老師的關心指導和其他同學的協(xié)作！致 謝本次畢業(yè)設計進行時，曾遇到重重的困難，使我深感自己所學知識的不足。從設計一開始就得到劉媛媛老師的大力支持，無私支援。在此向張宏老師表示忠心的感謝。并感謝所有給與我?guī)椭睦蠋?、同學。由于本人水平有限，設計中難免有錯漏之處，敬請各位老師給予批評指正，不勝感謝。本次畢業(yè)設計，既是對已學知識的綜合運用，也對一些以前沒有涉及過的知識進行了應用。對已學過的知識的再一次復習、綜合，對這部分內容又一次進行了更深刻的認識。而另外一部分知識，通過張宏老師的指導和自己查閱資料，對這部分內容有了一定的理解和認識。這對以后走上工作崗位，進行獨立的工作設計有很大的幫助。 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醫(yī)用棉簽卷棉機設計張偉 張宏 *?( 塔里木大學機械電氣化工程， 阿拉爾 843300) 【摘要】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，電子控制調節(jié)棉頭大小滿足各種使用要求。該機每小時可生產棉簽 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，該機暢銷與國內外市場。關鍵詞：棉簽 衛(wèi)生 暢銷中圖分類號：***** 文獻標識碼：A 0 引言棉簽機實現(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,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.?收稿日期：2011-03-05基金項目：國家自然基金項目（31160196）作者簡介：唐奇?zhèn)ィ?990-） ，男， 。 E-mail: 517705687@qq.com*為通訊作者 E-mail: hhh@yahoo.com.cn畢業(yè)設計11 總體設計與工作原理1.1 卷棉裝置總體設計采用的卷棉機構如下圖所示。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，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，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。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 1.2 作業(yè)原理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。我所設計的方案中采用兩滾輪壓緊棉條，同時，在繼續(xù)運動中實現(xiàn)楸棉，但需與棘輪、槽輪或不完全齒輪機構聯(lián)接，以實現(xiàn)間隙送進的功能。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生一定壓緊力的構件上，同時一邊自轉，一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。2 主要工作部件結構2.1 裝配圖如下.1、送料斗 2、軸承座 3、壓緊裝置4、彈簧 5、齒形帶 6、送料斗 7、皮帶 8、皮帶輪 9、齒輪箱 10、箱體壁11、軸承座 參考文獻[1]徐穎.機械設計手冊（第 3.4.5 卷） 北京：機械工廠出版社.2001[2]王曉晴.機械制圖.武漢：湖北科學出版社.2004[3]何兆太.畢業(yè)設計指南.武漢：中國地質大學出版社.2003[4]吳宗澤.高等機械設計.北京：清華大學出版社.2005[5]彭文生等主編 .機械設計.武漢：華中理工大學出版社.2004[6]黃錫凱.鄭文偉主編. 機械原理.北京：高等教育出版社.2004[7]鄧星鐘.機電傳動控制.武漢：華中理工大學出版社.2007[8]機械工程手冊編委會.機械工程手冊（第 8 卷） .機械工業(yè)出版社.2008畢業(yè)設計2[9]藤森洋三（日） .機構設計實用構思圖冊.機械工業(yè)出版社.2003[10]朱正心.機械制造技術.北京：機械工業(yè)出版社.2001[11]蘇建修.機械制造基礎.北京：機械工業(yè)出版社.2005[12]陳立德.機械設計基礎.北京：高等教育出版社.2002[13]張定華.工程力學 北京：高等教育出版社.2005 12 屆畢業(yè)設計醫(yī)用棉簽卷棉機設計設計說明書學生姓名 唐奇?zhèn)? 學 號 8031208116 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-1 指導教師 張宏 日 期 2012.6 塔里木大學教務處制 塔里木大學畢業(yè)論文（設計）開題報告課題名稱 醫(yī)用棉簽卷棉機設計 學生姓名 唐奇?zhèn)? 學 號 8031208116 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-1 指導教師 肖愛玲 起止時間 2011.12.07-2011.12.22 機械電氣化工程學院教務辦制一、 本課題來源及研究的目的和意義1.1 課題來源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、高效生產衛(wèi)生棉簽。自動卷棉設備它填補了國內空白.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，電子控制調節(jié)棉頭大小滿 足各種使用要求。該機每小時可生產棉簽 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。1.2 研究目的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,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.1.3 研究意義醫(yī)院應用的棉簽日耗量很大，以往均由醫(yī)護人員在值班間歇中用手工卷制，工作量很大，擬用機器代替手工卷制棉簽。提高效率。二、醫(yī)用卷棉機所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析2.1 研究現(xiàn)狀《中國卷棉機市場分析及競爭策略研究報告》是基于中經先略市場咨詢中心對卷棉機市場廣泛、深入的調查，并結合國家統(tǒng)計局、商務部、工商部門、海關、行業(yè)協(xié)會等官方權威數(shù)據(jù)，由中國產業(yè)發(fā)展研究網專家團隊共同完成。2.2 問題分析主要針對卷棉機進行市場及競爭分析，重點對競爭進行了深入系統(tǒng)的研究，主要包括：宏觀經濟環(huán)境、行業(yè)總體發(fā)展、市場運行分析、進出口狀況、替代品發(fā)展、關聯(lián)行業(yè)發(fā)展、競爭格局、競爭策略、主要企業(yè)競爭等。三、所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析3.1 任務要求制作出用機器代替人工卷棉的機器，具有效率的卷棉機3.2 實現(xiàn)預期目標的可行性分析1）根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。2）進行送棉、揪棉、送簽、卷棉四個機構的選型，實現(xiàn)上述 4 個動作的配合。3）機械運動方案的評定和選擇。4）根據(jù)選定的電動機和執(zhí)行機構的運動參數(shù)擬定機械傳動方案；5）畫出機械運動方案簡圖（機械運動示意圖）；6）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構進行尺寸計算。四、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路4.1 重點研究本課題重點研究的是醫(yī)用卷棉機的設計問題4.2 關鍵問題關鍵的問題在于揪棉。我們用手工方式揪棉時，首先要用兩只手的拇指和食指分別在兩處捏緊，然后相對拉扯，揪下定長的條棉。用機器實現(xiàn)這個動作時，可將條狀棉的原料端壓緊在固定面上，然后在另一端既實現(xiàn)壓緊又實現(xiàn)拉扯動作，前者稱壓棉動作，后者稱揪棉動作。實現(xiàn)這些動作的機構必須有以下幾個功能:(1)完成壓棉動作的機構，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且要將壓力保持一定的時間，使揪棉時，壓頭下的條棉不致滑移；(2)完成揪棉動作的機構，其壓頭一方面有壓緊條棉的功能，又要使壓頭在保持壓緊力的狀態(tài)下有向某個方向運動的可能，以完成揪棉動作；(3)采用適當?shù)膲侯^形式，使條棉容易揪斷；(4)條棉厚薄不勻時，機構能自動調整壓緊力，或者揪棉時發(fā)現(xiàn)壓緊力不夠，要能加以調節(jié)。4.3 解決的思路設計方案上的思路可歸納為下 4 點：1）送棉可采用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進，送進方式可采用間歇運動，以實現(xiàn)定時定量送棉。2）揪棉時應采用壓棉和揪棉兩個動作，壓棉可采用凸輪機構推動推桿壓緊棉條，為使自動調整壓緊力中間可加一彈簧。揪棉可采用對滾爪輪在轉動中揪斷棉條。3）送簽可采用漏斗口均勻進出簽桿，為避免簽桿卡在漏斗口，可將漏斗作一定振動。4）卷棉可將簽桿送至導棉槽，并使簽桿產生自轉并移動而產生卷棉，如采用帶槽的塑料帶通過撓性傳動來實現(xiàn)。五、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法5.1 工作條件多齒輪傳動和雙曲柄傳動5.2 解決的辦法在設計中，我們發(fā)現(xiàn)這個機構的執(zhí)行原件比較多，要聯(lián)系各執(zhí)行原件必然要聯(lián)系很多機構，因此執(zhí)行原件的傳動機構采用齒輪傳動和雙曲柄傳動（此設計要采用齒輪 20 多個），由于齒輪傳動為高副，在 adame 下分析較慢，因此運動的分析大多是在 eolidwomke 的高副分析能力較弱，因此造型的時候能采用也是最簡單最經濟的一種方案。六、完成本課題的工作方案及進度計劃6.1 工作方案1、原始數(shù)據(jù)及設計要求(1)棉花：條狀脫脂棉，寬 25~30 mm，自然厚 4~5mm。(2)簽桿：醫(yī)院通用簽桿，直徑約 3mm，桿長約 70mm，卷棉部分長約20~25mm。(3)生產率：每分鐘卷 60 支，每支卷取棉塊長約 20~25mm。(4)卷棉簽機體積要小，重量輕，工作可靠，外形美觀，成本低，卷出的棉簽松緊適度。工作原理及工藝動作流程圖6.2 進度計劃第 1-2 周 準備階段，搜集有關資料，準備參考資料。第 3-4 周 請教指導老師，去校工廠進行測量，比較，決定設計方案。第 5-6 周 根據(jù)工作要求，查閱相關手冊，對各部分機構設計、計算，畫草圖。第 7-8 周 運用 AutoCAD 軟件，設計工作視圖。第 9-10 周 從工藝性能，經濟性能，實用性能等方面對產品進行綜合評價，校核，修訂七、工藝分解與方案設計7.1 工藝分解按照醫(yī)院用棉簽的手工卷制方法，應有取棉、揪棉、取簽、卷棉四個動作。用機器卷制棉簽時，仿照手工方式進行動作分解，可粗分為：定量送棉、壓(夾)棉、揪棉、送簽和卷棉等工藝動作。下面就依此工藝動作為例，介紹構思機構方案的過程。1．送棉將條狀棉通過機構定時、適量送入壓(夾)棉、揪棉機構。輸送的對象是柔軟的棉花，如果采用直線送進方式，則送棉機構必須有持棉和直線、間歇、定長送進等功能。持棉的方式可用帶刺構件走直線軌跡段時把棉條拉向前進，定非直線段時從棉條中退出；也可用兩滾輪壓緊棉條、對滾送進等方式。前者在帶刺構件脫出時，要把棉條壓?。缓笳咭獙崿F(xiàn)間歇送進，需與間歇運動機構，如棘輪機構、槽輪機構或不完全齒輪機構等連接。2．揪棉用手工方式揪棉時，首先要用兩只手的拇指和食指分別在兩處捏緊，然后相對拉扯，揪下定長的條棉。用機器實現(xiàn)這個動作時，可將條狀棉的原料端壓緊在固定面上，然后在另一端既實現(xiàn)壓緊又實現(xiàn)拉扯動作，前者稱壓棉動作，后者稱揪棉動作。實現(xiàn)這些動作的機構必須有以下幾個功能:(1)完成壓棉動作的機構，其壓頭對條棉有一定的壓力，并且要將壓力保持一定的時間，使揪棉時，壓頭下的條棉不致滑移；(2)完成揪棉動作的機構，其壓頭一方面有壓緊條棉的功能，又要使壓頭在保持壓緊力的狀態(tài)下有向某個方向運動的可能，以完成揪棉動作；(3)采用適當?shù)膲侯^形式，使條棉容易揪斷；(4)條棉厚薄不勻時，機構能自動調整壓緊力，或者揪棉時發(fā)現(xiàn)壓緊力不夠，要能加以調節(jié)。3．送簽在揪下的棉塊落入導棉槽后，將簽桿送至導棉槽上方與棉塊接觸。要使一堆簽桿分成一根一根送至確定位置，有不少辦法，常見的方法是將一堆簽桿放入漏斗狀的簽箱 1 中，如圖 2.40 所示。由漏斗口限制簽桿 2 只能一根一根地通過，再由漏斗口下的輸送構件 3 簽桿一根一根地送走。為防止斗內簽桿相互擠卡住，所以可設法使漏斗振動，或用其它方法使斗內簽桿獲得松動的機會，從而使簽桿能順利地漏出斗口。4．卷棉將簽桿送至導棉槽中與棉塊相遇時，簽桿隨即作自轉，將棉塊卷上簽桿；或使簽桿一邊自轉、一邊沿導棉槽移動完成卷棉動作。此動作可通過卷輪自轉并與摩擦片接觸，使簽桿產生自轉并移動而產生卷棉，此時簽桿外露在卷輪外的頭部（約 25mm）與導棉槽中的棉花相遇，且有一定的壓緊力，從而完成卷棉動作。或者用帶槽皮帶的帶傳動與摩擦片接觸產生自轉完成自轉及移動的卷棉動作。5．方案總成 ——總體布置實現(xiàn)各工藝動作的機構方案選定以后按照操作方便，運動鏈短，調整、維修方便，體積小，外形美觀等要求合理布置各機構的位置，稱為總體布置。卷棉簽機機構布置方案：機構的主要參數(shù)大致選取如下：槽輪機構用單銷四槽，中心距約 50 mm；輥輪直徑根據(jù)送棉長度和輥輪轉角確定，約取直徑 D＝30 mm；凸輪機構的升程，根據(jù)條棉被壓緊后的厚度再加調壓結構裕量選取約 10 mm，凸輪軸徑取d＝12mm；機構 I 中爪輪的直徑根據(jù)楸棉動作的轉角和行程長度決定，建議取60 mm；取各機構主動軸間齒輪的傳動比 i＝1 ，m＝1~1 ．5mm，中心距60mm。7.2 方案設計1．方案設計和總體布置大體思路已如上述，某些細節(jié)和機構的選擇尚需設計者深入構思，分析優(yōu)缺點后確定?？傮w布置和大致尺寸確定后，也許尚有不合適的地方，需重作調整。選擇方案時要注意：(1)傳動路線要簡短，機構要簡單。(2)采用的運動副形式要適當。盡可能優(yōu)先采用結構簡單、制造方便、效率較高的轉動副。(3)傳力性能好。(4)制造容易，裝配方便。此外，特別要注意機構執(zhí)行構件實現(xiàn)的工藝動作是否優(yōu)質、可靠。2．繪制機構總體布置簡圖和運動循環(huán)圖為了使工藝動作協(xié)調配合，并盡可能選擇更合理的參數(shù)，必須在作機構具體設計前，合理地規(guī)定各機構執(zhí)行構件開始運動、實際工作和終止運動的時間(或相應機構主動件的位置)，即編制機構運動循環(huán)圖。3．機構設計根據(jù)運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行構件的運動規(guī)律，定出相應機構主動件的運動角，再根據(jù)總體布置允許的空間尺寸等條件確定某些必須由設計者確定的構件尺寸，并設計各機構。因為各機構型式的選擇取決于揪棉的方式，所以應首先確定揪棉機構，然后再設計送棉機構或送簽機構、導棉槽和卷棉機構。4．運動和動力特性分析根據(jù)設計結果，作必要的運動、動力特性分析和檢驗。5．繪制機構系統(tǒng)的運動簡圖八．整理說明書及完成本課題的工作方案8.1 整理說明書設計說明書中應包括設計題目、原始數(shù)據(jù)及設計要求、方案設計和選擇的論證、機構運動循環(huán)圖、機構設計參數(shù)的選取和計算結果(用圖解法時保留作圖輔助線，用計算機輔助設計時要有機構運動簡圖、數(shù)學模型、標識符說明表、計算程序框圖、打印的程序及運行結果)以及對設計結果的評述。8.2 完成本課題的工作方案：第一：充分的利用身邊的各種資源，如：網絡文獻、我校的圖書館中的于此設計相關的藏書、我校的數(shù)字圖書庫等。在這里面收集大量的相關文獻。仔細閱讀，尋找相關的知識，希望能從尋找和學習的過程中有所啟發(fā)有所感悟。第二：要從新深入的研習相關的力學知識，要進行計算，根據(jù)所需要的動力選擇相應的電動機，這是我們在設計中要達到經濟性的必要手段。第三：在遇到不懂得問題時，要積極聯(lián)系指導老師，虛心向指導老師求教不懂得問題；同時可以與相關課題的優(yōu)秀同學交流，求教。九、卷棉機的優(yōu)點及缺點 (一)優(yōu)點: 優(yōu)點: 1.結構較為緊湊,簡單,生產成本低. 2.執(zhí)行原件間運動關系看齒輪來完成,穩(wěn)定性好. 3.間歇運動機構采用不完全齒輪,可靠性高,條件適應性強(由于此機械 的加工材料為棉花,會有棉絮產生,因此對機械的條件適應性有一定要求) . 4.加工的過程為流水線式加工,一旦工件出現(xiàn)問題,查找及維修較容易. 5.執(zhí)行原件多為底副,噪音較小. 6.具有良好的擴充性,如加裝氣動或 PLC 后,可以使原件間傳動的關系更 為簡便. 7.自動化程度高,全過程完全不需要有人參與. 8.整體運動過程中沒有速度突變,原件受用壽命較高. 9.體積小. (二)缺點: 缺點: 1.由于是四桿機構,所以機械效率較低. 2.不完全齒輪在工作的時候小輪會有一定的震動, 盡管采用了變?yōu)樾拚?(具 體尺寸可參照上面尺寸設計的表格) ,但小輪磨損仍可能較快,因此加工的時 候應采用特殊處理工藝. 3.四桿機構的使用是系統(tǒng)不夠緊湊,體積上比第一種方案大. (三)解決方案: 解決方案: 1.當用戶對系統(tǒng)的工作效率要求較高時,可采用齒輪齒條機構代替四桿機 構作為卷棉機構. 2.在允許成本有一定提高的情況下,可以將進棉條機構采用步進電機控制 齒輪機構,可以獲得更好的機械性能.十、主要參考文獻：[1]徐穎.機械設計手冊（第 3.4.5 卷） 北京：機械工廠出版社.2001[2]王曉晴.機械制圖.武漢：湖北科學出版社 .2004[3]何兆太.畢業(yè)設計指南.武漢：中國地質大學出版社.2003[4]吳宗澤.高等機械設計.北京：清華大學出版社.2005[5]彭文生等主編 .機械設計.武漢：華中理工大學出版社.2004[6]黃錫凱.鄭文偉主編. 機械原理.北京：高等教育出版社.2004[7]鄧星鐘.機電傳動控制.武漢：華中理工大學出版社.2007[8]機械工程手冊編委會.機械工程手冊（第 8 卷）. 機械工業(yè)出版社.2008[9]藤森洋三（日） .機構設計實用構思圖冊.機械工業(yè)出版社.2003[10]朱正心.機械制造技術.北京：機械工業(yè)出版社 .2001[11]蘇建修.機械制造基礎.北京：機械工業(yè)出版社 .2005[12]陳立德.機械設計基礎.北京：高等教育出版社 .2002[13]張定華.工程力學 北京：高等教育出版社.2005
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