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三面切書機的設計 龍巖學院——06計算機輔助設計與制造 2006040919 劉金華 指導老師：陳虹微 【摘要】：三面切書機設計的任務是將書本的除裝訂面外的另外三個面一次性安要求切平整。所要運用的是凸輪機構的工作原理、曲柄滑塊機構等作為送料機構。其還采用了凸輪機構加上彈簧機構來做往復運動，采用這種方法得到了很好的實際應用效果。 【關鍵詞】：三面切書機構 凸輪機構機構設計 曲柄滑塊機構設計 彈簧機構 Three noodle cutting machine design book Longyan Institute 06 computer-aided design and manufacturing 2006040919 Liu Jinhua Teacher: Chen Hongwei 【Abstract】: Paper-cut on three sides of the mission design is the surface binding of books in addition to three other outside the security requirements of a one-time cut surface formation. To the use of the cam mechanism of the working principle, such as a slider-crank mechanism Feeding Mechanism. The cam mechanism is also used to do together with the spring body back and forth movement, this approach has been very good effect in practical 【Key words】: Noodles book all three agencies Cam design The design of slider-crank mechanism Spring institutions QQ:350238029 郵箱：dongfangshizi@163.com 目錄 1、三面切書機設計要求及其參數(shù)……………………………………（3） 2、三面切書機工藝動作分析和運動循環(huán)分析……………………… （4） 3、三面切書機的設計方案 ………………………………………… （5） 4、三面切書機送書機構的設計…………………………………………（7） 5、三面切書機壓書機構的設計…………………………………………（9） 6、三面切書機側刀機構的設計……………………………………………（11） 7、三面切書機橫刀機構的設計…………………………………（13） 8、三面切書機設計總結…………………………………………（15） 9、三面切書機設計參考文獻……………………………………（16） 三面切書機產業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 此三面切書機設計的主要作用是用于切割除裝訂面的另外三個面，使裝訂好的書能達到一個外觀整齊、統(tǒng)一的目的。其特點：首先采用了電力自動化，比手動的要準確；其次此設計精度也是相對比較高，有一定的技術要求；再則它對環(huán)境不會造成任何的污染；還有它的應用廣泛，大小印刷廠都可以適用。 而且從設計和制造方面都不會太難，簡單的運用機械原理，其生產成本相對以前的發(fā)展是更低的。 1、三面切書機設計要求及其參數(shù) 1、設計題目 三面切書機的功能是切去書籍的三個余邊。其系統(tǒng)由送料機構、壓書機構、側刀機構和橫刀機構四個部分組成。在一個循環(huán)周期中（主軸旋轉一周）各機構的執(zhí)行構件完成對書籍的送料、壓書、切除余邊的工作任務。 2、設計任務 1）根據功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖 2）按工藝動作過程擬定運動循環(huán)圖 3）構思系統(tǒng)運動方案（至少兩個以上），進行方案比較，選擇較優(yōu)方案 4）對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸設計 5）繪制系統(tǒng)機械運動簡圖 3、設計數(shù)據 1）被切書摞長寬高尺寸為260mm185mm90mm，質量為5kg。 2）推書行程為370mm，壓頭行程為400mm，側刀行程為350mm，橫刀行程為380mm。 3） 生產率為6摞/min。 2、三面切書機工藝動作分析和運動循環(huán)分析 三面切書機的工藝動作大致可分為四個部分。第一部分，當書放入至槽凸輪推桿前時，凸輪進入推程運動，同時將書本推入切槽中，然后空程返回。第二部分，當書將要推到切槽時，壓板開始推程運動，向下壓書；當書推入到了切槽后，壓板壓下，等切完后，壓板提升回原位。第三倍分，當壓板壓書時，側刀機構和橫刀機構處于一個運動過程中，向下切書，切到底部時凸輪機構達到遠休止角，切完后橫刀機構和側刀機構從底部回升。 上述可以看出，其主要有四個運動機構構成：送書機構，壓書機構，側刀機構和橫刀機構。 2-1三面切書機運動循環(huán)圖 圖(2-1)的壓書機構遠休止階段為200o到240o，以保持壓書，同時切書. 3、三面切書機的設計方案 設計方案（一）：采用了凸輪槽機構做推書機構和切書機構，使其往復運動；同時還用了曲柄機構做切書機構。 （3-1） 三面切書機執(zhí)行機構運動示意圖 設計方案（二）：如圖（3-2）該方案與原設計簡圖差別在采有凸輪和彈簧來代替設計方案（一）中的凸輪槽機構，雖然切書的厚度規(guī)定，但采用凸輪和彈簧來代替明顯的使壓板的自己自由上下移動量增加，使用權其靈活性和可行性都增加了，使其有可能切更厚或是更溥的書。 （3-2） 設計方案（三）：如圖（3-3）該方案又是在方案（二）中的進一步改進，它的側刀機構是得用了兩個滑桿機構聯(lián)合，引入了雙曲柄機構，使其受力均勻、運動更加穩(wěn)定。 (3-3) 綜合上述三種設計方案，設計方案（三）明顯比另兩個方案要好。 設計方案（三）集另外兩設計的可行優(yōu)點于一身，它的改進，使其能更好的應用于實際運用和開發(fā)。首先，應用彈簧的拉力下壓，可以保證一定的力，而且不會使壓力太大而對機構本身或是書本造成損壞，而且零件若有失效，更換也很容易。其次，采用了雙曲柄機構，相對前兩個方案來講，要比它們傳遞的受力更加均勻、運動更加穩(wěn)定。 4、三面切書機送書機構的設計 送書機構的設計關鍵是凸輪槽的設計。相關參數(shù)是推書行程為370mm,生產率為6摞/min,即切割每一摞為10s。槽凸輪剛好也適用于速度不高的場合，選用槽凸輪很適用。其設計精度也不是太高。 4．1故本機的凸輪機構采用圖解法來進行設計。 圖解法步驟如下： (1)選取適當?shù)谋壤撸?00），作出從動件的位移線圖，如圖4-1所示。將位移線圖的橫坐標分成若干等分，并過這些等分點分別作垂線1-1、2-2、3-3、…，它們所相應位置的從動件位移量分別為線段11、22、33、…。 (2)取與位移線圖相同的比例尺（50），以r為半徑作基圓。基圓與導路的交點A〃從動件滾子邊緣位置 (3)在基圓上，自A〃開始，依次角度δt、δh、、δ，并將她們分成與位移線圖對應的若干等分，得A1、A2、A3、…連接OA1、OA2、OA3、…各徑向線并延長，便得到反轉后從動件導路的各個位置。 (4)量取各個位移量，沿各等分徑向線OA1、OA2、OA3、…由基圓向外量取，使得A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、…，得反轉后推桿滾子邊緣邊緣位置A1＇、A2＇、A3＇、…。將各個內外輪廓用光滑的曲線連接。 （5）槽凸輪的槽寬設計為30mm.且以槽輪的滾子做一系列的滾子圓，使?jié)L子能靈活轉到，達到穩(wěn)定運動的要求。 圖（4-1）對頂直動從動件盤形槽凸輪 (6)欲設計當凸輪從δ由0度到180度為升程，從180度到360度為回程，槽凸輪按勻速轉動的要求轉動，其最大升程為h=370mm,其轉速為每轉最每轉10s/r.限定其最大許用壓力角，，根據諾模圖，可得出。 則槽凸輪的基圓半徑為 因為槽寬為30mm,則滾子半徑為 rT=(30-1)/2mm=14.5mm 因為rT=14.5mm>3mm,故滾子半徑選擇合格。 則凸輪所在圓的半徑為： R= rT+h+rb+15=563.9(mm) 考慮到傳動力的不大,穩(wěn)定性,靈活性,槽凸輪的厚為30mm,槽深為15mm。 4．2推桿的設計 因為書的裁切的長度是260mm,寬度是185mm,高度是90mm,則可以設推板的長、寬、高分別為130mm、92.5mmX、45mm. 因為5kg/摞的書,所以推桿不需要太粗,所以選推桿為長方形截面,長為29mm,寬為15mm。 因為凸輪所在外圓的半徑為563.9mm,推桿要保證專動穩(wěn)定，則還需要一段比較長的距離做為，設桿在推槽中的距離為800mm,推槽到槽凸輪外圓的距離為100mm,推槽到切槽邊距離為100mm.則桿長L=R+100+800+100=563.9+100+800+100=1563.9(mm)。 5、三面切書機壓書機構的設計 壓書機構采用凸輪和彈簧的設計。相關參數(shù)為壓頭的行程為400mm,轉速為10s/r。凸輪剛好也適用于速度不高的場合，選用槽凸輪很適用。同樣可以采用圖解法設計。 5．1凸輪機構的設計 (1)選取適當?shù)谋壤?，作出從動件的位移線圖，如圖(5-1)所示。將位移線圖的橫坐標分成若干等分，并過這些等分點分別作垂線1、2、3-3、…，它們所相應位置的從動件位移量分別為線段0、、33、…。 (2)取與位移線圖相同的比例尺，以r為半徑作基圓?；鶊A與導路的交點A,即為從動件滾子邊緣起始位置。 (3)在基圓上，自A開始，依次角度，并將她們分成與位移線圖對應的若干等分，得A、B、C、…依次連接OA、OB、OC、…各徑向線并延長，便得到反轉后從動件導路的各個位置。 (4)量取各個位移量，沿各等分徑向線OA、OB、OC、OD＇、…由基圓向外量取，使得AA=0、BB=0、CC=0、DD＇=33＇…，得反轉后推桿滾子邊緣邊緣位置A、B、C、D＇、…。將各個內外輪廓用光滑的曲線連接，即可以得到凸輪的輪廓曲線。 （5-1） 滾子設計：以凸輪的理論輪廓線上的各點為圓心，以滾子半徑為半徑作一系列滾子圓，這些圓的內包絡線即為凸輪的實際輪廓曲線。 因欲設計當凸輪轉過程運動角δ=1350時，凸輪按等加速曲線運動規(guī)律轉動，從動件其升程h=400mm，并限定凸輪機構的最大壓力角等于許用壓力角，，根據諾模圖，可得出。 則凸輪的基圓半徑r=178mm. 則可選滾子半徑r＇=22mm>3mm。符合要求。 5．2壓板的設計 因為裁切的長度是260mm,寬度是185mm,高度是90mm,則可以設推板的長X寬X高分別為 130mmX92.5mmX45mm. 設壓板的長為130mm,寬為90mm,厚為15mm。同樣設計其推槽為800mm,上下分別在達到最短距離為100mm. 則桿長L=100+800+100+400+178=1578(mm) 在距桿端部100mm處有一根拉彈簧，再往右100mm處桿向下折出長度為： L＇=100+400+178=678(mm) 設桿的截面長度為a=30mm,寬度為b=15mm。 其圖片如下（5-2） （5-20） 6、三面切書機側刀機構的設計 側刀機構的設計有側刀行程為350mm。 根據設計方案（三）采用曲柄滑桿機構。設計可以采用圖解法設計，設行程速比系數(shù)K=1.4,偏距e=180mm,側刀的滑行行程l=350mm。圖形如下（6-1）和（6-2） （6-1） （6-2） 對于有急回運動的四桿機構，通常由行程速比系數(shù)K求得極位夾角θ，并利用機構在極限位置的幾何關系，再結合其他輔助條件來解題。 (1) 計算極位夾角θ。 θ=180oX(1.4-1)/(1.4+1)=30o (2)選取比例尺、作輔助圓。取比例u1=3mm/mm。作出滑塊的行程線段CC＇=H=180mm；作∠CC＇O=∠C＇C0=90O-θ=60O，直線CO和C＇O交于O；以O為圓心、CO為半徑徑輔助圓。顯然，圓心角 ∠COC＇=2θ。 7、三面切書機橫刀機構的設計 橫刀機構的設計有橫刀行程為380mm, 根據設計方案（三）同樣可以采用曲柄滑桿機構。設計可以采用圖解法設計，設行程速比系數(shù)K=1.4,偏距e=200mm,側刀的滑行行程l=380mm。 圖形如下（7-1）和（7-2） （7-1） （7-2） 對于有爭回運動的四桿機構，通常由行程速比系數(shù)K求得極位夾角θ，并利用機構在極限位置的幾何關系，再結合其他輔助條件來解題。 8、三面切書機設計總結 些設計可以較好的完成切書任務，而且原理簡單，制造也較容易，相對一般的切書機，降低了成本，也同時加大了功用，可以廣泛的應用于許多地方。設計裝配圖如下： （8-1） （8-2） （8-3） 9、三面切書機設計參考文獻 [1]程時甘、黃勁枝。機械設計基礎 （第2版）機械工業(yè)出版社，2006.8 [2]洪允楣。機構設計的組合及變異方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982 [3]吳宗澤、羅圣國。機械設計課程設計手冊[S].北京：高等教育出版社，2006 [4]趙韓。凸輪設計[M].北京：高等教育出版社，1993 [5]鄒平。機械設計實用機構與裝置圖冊 機械工業(yè)出版社，2007.2 [6] 蘇煒。工程力學[M].武漢：湖北工業(yè)大學出版社，2002 [7] 吳宗澤。羅圣國.機械設計課程設計手冊[S].北京：高等教育出版社，2006 [8] 吳宗澤。機械零件設計手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，2004 14