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機械設計學課程設計 題 目 自動售報機設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 號 05021103 作 者 陳林用 2011302985 趙 明 2011301255 趙 哲 2011301256 鄭冰超 2011301257 周楨良 2011301258 指導教師 劉嵐、郭輝 完成日期 2015.01.22 目 錄 機械專業(yè)課程設計任務書 3 一、緒論 5 二、功能原理設計 6 三、機械運動系統的方案設計 8 四、機械運動系統的結構參數設計 10 五、總結與體會 15 六、參考文獻 16 機械專業(yè)課程設計任務書 一． 指導思想和要求 對于機械的整機及其各組成部件的工作原理和總體方案進行設計，以實現機械整體整機的總體功能目標要求。完成機械的工作原理及整機簡圖各1張，設計說明書1份（大于15頁）。說明書的論述重點在于原理方案構思過程的論證、分析和說明，對于整機的主要性能參數作簡單計算。 二． 設計題目 自動售報機設計 三． 設計人員 組長： 陳林用 成員： 趙明、趙哲、鄭冰超、周楨良 四． 基本要求和進度 要求： 設計一種可以放置于公共場所自動售報紙的機器（裝置），顧客投入（推入）一枚硬幣就可以自動彈出（送出）一份報紙。 考慮可選擇購買不同報紙。 進度： 第一周：收集資料、查閱有關文獻，進行原理方案構思。完成執(zhí)行構件和執(zhí)行機構的工作原理設計。 第二周：完成整機的工作原理、功能關系及總體方案設計，繪制總裝簡圖。 第三周：整理設計說明書，準備答辯。 附注：查閱和學習有關書籍、期刊及最新資料（包括專利和網上資料），進行集體討論、構思，分工協作，充分發(fā)揮自己的想象力、創(chuàng)造力，以實現機械最完滿與最合理的功能。 機械=執(zhí)行系統+傳動系統+動力系統+操縱控制系統 建議參考: 《機械系統設計》中第二章——機械系統的方案設計與總體設計。 一、緒論 曾幾何時，報刊是人們傳播和獲取信息的最主要手段，而如今，盡管報刊等仍是大多數人日常生活中獲知信息和知識的一個重要途徑，但隨著網絡和信息技術的快速發(fā)展以及人們日益增長的物質和精神生活需求，報刊等傳統傳媒遭遇到了前所未有的巨大挑戰(zhàn)，如何在新技術新挑戰(zhàn)面前更好地發(fā)展傳統傳媒是一個非?，F實的問題。目前大多數報刊發(fā)行存在成本高、銷售方式不靈活、廣告宣傳不突出等缺點。本課題小組針對當前報刊發(fā)行存在的缺點，將LED顯示、多個自動售報模塊組織在一個框架內研制成一種自動售報機，可較好地應對現代傳媒挑戰(zhàn)，從而更好地發(fā)展傳統傳媒。同時，自動售報機不僅有利于增加各媒體的報刊雜志的發(fā)行渠道和發(fā)行量，而且還有利于規(guī)范整個城市的市容市貌，適應城市信息化建設的需要。 目前，自動售報機普及率很低，主要原因除了故障率高、出報不準確以外，更重要的原因是報刊適應性差、信息反饋不及時、公眾關注度不夠等，在現代技術條件下缺乏市場競爭力。提高傳統自動售報機的性能還需從其結構上進行技術提升，根據有關文獻，可把自動售報機結構可分為三類。文獻[1-8]中的自動售報機機構利用控制裝置限制取報數量，依靠報紙重力下落至出報口；其優(yōu)點是結構簡單，缺點是取報口低、報紙上架麻煩、易卡滯。文獻[9-14]中的自動售報機是靠摩擦輪或者推桿把報紙推出去的，克服了報紙上架麻煩的缺點，但存在報紙適應性差的問題，對多頁報紙或較薄的報紙仍存在可靠性差的問題。文獻[15-16]中的售報機是利用真空吸盤拾取報紙，依靠報紙重力自由落下或沿斜面滑下，依然存在易卡滯的問題。 實際上，自動售報機在國際上已有幾十年的發(fā)展歷史，根據使用環(huán)境的不同，各個國家和地區(qū)售報機的結構和性能也不盡相同。歐美等國家的自動售報機大多是一次投幣即開門任人自覺取報；日本則是一份一份地售賣，但只能售賣一種報刊?，F階段我國自動售報機尚屬起步階段，有很大的發(fā)展空間。相對于國外滿大街擺放的即開式自由取報的售報機，國內的售報機在技術上相對要復雜得多，其工作原理也不同，加上人們的使用習慣和認知度不夠，導致了自動售報這種文明售報方式還未能在報業(yè)發(fā)行中起到其應有的作用。 針對以上現狀，本課題小組擬根據所學基本機構原理，結合前人在自動售報機設計上的經驗，在《機械設計學》課程學習的基礎上，根據中國的國情和百姓閱讀報刊的特點，針對我國現有的售報機的問題，進行自動售報機的改進設計，旨在鍛煉小組成員的設計能力以及一定的全局觀念。 二、功能原理設計 所謂功能原理設計，其主要任務為：“尋找一種物理效應和相應的作用原理”以實現所追求的“功能目標”。即針對某一確定的“功能目標”，尋求一些“物理效應”并借助某些“作用原理”來求得一些實現該功能目標的“解法原理”。 根據《機械設計學》課程設計任務書要求，本課題小組設計題目為機電一體化產品設計：“自動售報機設計”。顧名思義，該自動售報機的總功能是用戶投入硬幣并選擇報紙類型，機器自動出售相應報紙。如圖1所示即為用黑箱法描述的該自動售報機的總功能，即該機器的功能特點示意圖。 圖1.自動售報機總功能的黑箱描述 一個技術系統的總功能可以逐步分解為很多分功能。根據自動售報機的總功能要求，可以將其總功能分解為儲報、選報、出報等分功能。但僅將總功能加以粗略分解為多個分功能不足以充分表達各分功能之間相互配合關系，因此功能結構圖2應運而生，更好地反映各分功能之間的聯系和配合。 三、機械運動系統的方案設計 前述可知，自動售報機是一種典型的機電一體化產品，不可能脫離電而只進行機構方案設計，因此經過本課題小組成員討論，在硬幣識別方面決定采用市面上廣泛使用的硬幣識別裝置，一旦硬幣識別成功便產生響應，即觸發(fā)點動開關電路接通電動機電路。其他方面，均采用純機械方案實現各部分分功能，從而達到鍛煉小組成員的設計能力以及一定的全局觀念的目的。 為減少不必要的工作量，本課題小組決定對實際情況進行一定的簡化處理，如僅設計該自動售報機能出售三種報紙、每種報紙單份價格均為一元、忽略報紙頭版顯示裝置等，簡化后的主要結構功能原理方案如下： 選報機構：用戶根據需要按下相應報紙按鈕，然后通過連桿機構傳動，將相應報紙對應的相當于離合器的中間小齒輪沿滑道撥向嚙合，此時電機還未通電。用戶投入硬幣后，當硬幣識別成功后，在落下儲幣盒的過程中硬幣將觸發(fā)點動開關接通電磁接觸器線圈，從而接通電機電路。此時，經電機—聯軸器—蝸桿—渦輪—小齒輪—中間小齒輪—大齒輪傳動，帶動相應出報機構運動。 出報機構：通過鉸接于大齒輪上的連桿帶動滑塊沿固定軌道滑動，同時，依靠與滑塊上的通孔相連接的杠桿做類似橢圓運動，杠桿將橢圓運動放大，帶動另一側的撥板運動，從而將相應報紙撥出報紙支撐板，順滑道落向出報口，完成出報。 運動循環(huán)方面：通過固接于大齒輪上的兩個撥桿分別撥動相應開關，一次運動循環(huán)將要結束時，兩個撥桿同時撥開相當于離合器的中間小齒輪和電動機電路，從而保證一幣一報，也就是說一次出報循環(huán)過程中，大齒輪僅旋轉一圈。 之所以選擇撥桿出報裝置，是考慮到常用的摩擦輪裝置可靠性不高，并且需要對報紙支撐板設計升降機構，相對來說比較復雜。 圖3.功能原理圖 上圖所示即為該自動售報機的功能原理圖，圖中： 1- 點動開關（依靠硬幣沖擊接通）；2-接觸器開關與線圈； 3-撥桿1（撥斷電機電路）；4-大齒輪；5-連桿（鉸接于4）； 6-滑槽（限制滑塊軌跡）；7-撥桿2（撥開中間小齒輪）； 8-傳動小齒輪；9-渦輪（與8同軸）；10-中間小齒輪； 11-連桿；12-報紙選擇按鈕（與11共同作用驅動10運動）； 13-柔性撥桿；14-撥板；15-投幣口；16-同12；17-出報口； 18-LED廣告窗；19-儲幣盒 工作循環(huán)說明： 用戶按下欲選購報紙的按鈕12——中間小齒輪10向左移動進入待嚙合狀態(tài)——用戶投入硬幣——硬幣識別器識別——通過后硬幣下落——沖擊點動開關1——接通接觸器線圈電路——接通電動機電路——聯軸器——蝸桿——渦輪9——小齒輪8——將中間小齒輪10帶入嚙合傳動——大齒輪——連桿5——柔性撥桿13——撥板14——報紙——出報口17。 大齒輪旋轉一圈后一個工作循環(huán)結束，撥桿7撥開中間小齒輪的同時撥桿3撥斷接觸器線圈電路，進而斷開電機電路，系統進入下一個工作待命狀態(tài)。 四、機械運動系統的結構參數設計 1.電機選型 考慮到實際工作需要，要求大齒輪每秒鐘轉一圈左右，即設定一次工作循環(huán)周期時間約為1s，這樣比較符合實際情況。 故有：大齒輪1r/s（60r/min）——小齒輪120 r/min（傳動比為2:1）——渦輪120r/min（與小齒輪同軸）——蝸桿600 r/min（傳動比取為5:1），即取電動機轉速約為600 r/min，對功率無特殊要求，滿足出報要求即可。 綜上，可選取微型電動機型型號YN60，電機參數：(0.25kw-7.5kw, 180-600r/min)即可。然后選取適合的聯軸器連接電機輸出軸與蝸桿軸。 2.蝸輪蝸桿選型 考慮蝸輪蝸桿減速比取5:1，根據《機械設計》推薦值，選取蝸桿頭數z1=6，渦輪齒數z2=30。同時取模數m=2.5mm，查表可知分度圓直徑d1=28mm，d2=m* z2=75mm。 3.大小齒輪選型 考慮大小齒輪減速比取2:1，選取模數m=2mm。根據相關尺寸要求，且自動售報機精度要求不高，工作環(huán)境不算惡劣，屬于輕載。取與渦輪同軸的小齒輪齒數z1=35，大齒輪齒數z2=70。分度圓直徑d1= m* z1=70mm，d2=m* z2=140mm。兩齒輪并不直接嚙合，而是通過一個相當于離合器的中間小齒輪嚙合。中間小齒輪模數m=2mm，齒輪大小及位置根據撥桿及空間位置確定。 4.連桿長度確定 如圖所示，連桿5長度的確定至關重要，否則可能會導致機構卡死引起電機燒壞等嚴重后果。之所以將滑槽6做成橢圓形狀并如此布置也是考慮到這方面的緣故。為此，當大齒輪帶動連桿5運動到圖示虛線位置時，必須保證在滑槽中運動到最右端，同時保證在圖示實線位置滑塊在滑槽中運動到最左端。 5.出報撥桿、撥板確定 如下圖所示，撥桿中間與球鉸過盈配合連接于箱體壁面上，左端為撓性材料，可在一定程度上適應由于報紙售出導致的報紙高度變化，從而保證撥出報紙的力均勻。右端為剛性桿，同樣依靠球鉸與連接于大齒輪的連桿滑動鉸接于帶有通孔的滑塊上，滑塊可沿滑槽滑動，從而限制其運動。三套出包裝置間依靠帶傳動連接，共用一個驅動電機。 6.其他撥桿、杠桿確定 固連于大齒輪上的兩個分別用于撥開中間小齒輪和接觸器開關的撥桿在空間位置上應錯開，以避免運動干涉。 報紙選擇按鈕桿件結構如下圖所示，依靠桿件的滑動撥動相應裝置實現將中間小齒輪撥向待嚙合狀態(tài)。 7.箱體總體尺寸確定 單份報紙展開后尺寸為390mm*540mm（閱讀狀態(tài)），對折后尺寸為270mm*390mm，即為報社報紙出版后狀態(tài)。 左右：考慮報紙縱向放置，即儲報支撐板正面寬度取300 mm，略大于270 mm，右側空間放置整套出報裝置，正面寬度取為300 mm，考慮兩側裕量，取整個箱體左右寬度為720 mm。 前后：主要考慮出報機構空間位置大小，取箱體前后寬度約為580 mm。 上下：考慮出售三種不同類型的報紙，每套裝置高度約為400 mm，加上箱體底部取報口高度，取整個箱體高度為1600 mm。 五、總結與體會 《機械設計學》與《機械設計》有很大不同，《機械設計學》是以產品為對象的新型學科，《機械設計》則強調的是對構成及其基本元器件的研究，例如研究機器中的機構、機器零件以及其中的運動學、動力學、材料、強度理論等，而《機械設計學》則是研究產品的總體設計問題。通過三周的課程設計，在完成既定任務的同時，我們對《機械設計學》與《機械設計》的區(qū)別也有了更深一步的理解。 21世紀，機械專業(yè)一直是熱門專業(yè)。作為一名機械專業(yè)設計方向的學生，我們感覺很幸運。同時，在學習了機械原理、機械設計、機械設計學等專業(yè)理論課程后，我想這樣的專業(yè)課程設計對我們來說意義非凡，它給我們提供了一個能讓我們充分利用所學知識、將所學知識密切聯系實踐的平臺。課程設計儼然已經結束，從中我們體會到，應當從最基本的東西腳踏實地地做起，不斷積累經驗，切勿急于求成，為以后的工作和科研打下堅實的基礎。 同時，在此次機械設計學課程設計的過程中，我們也學習到了很多課堂上學習不到的東西，深刻地體會到了機械產品設計的內涵和設計過程的艱辛。 本次課程設計過程中，小組成員分工如下： 陳林用：擬定方案、撰寫說明書、安排成員任務 趙 明：功能原理圖、裝配圖繪制 趙 哲：答辯PPT制作 鄭冰超：查閱資料、評估方案 周楨良：協助查閱資料、裝配圖繪制 六、參考文獻 【1】黃靖遠、高志、陳祝林等 機械設計學 機械工業(yè)出版社 2006 【2】孫恒、陳作模、葛文杰等 機械原理 機械工業(yè)出版社 2006 【3】濮良貴、紀名剛 機械設計 機械工業(yè)出版社 2006 【4】史儀凱主編 電工電子應用技術 科學出版社 2008