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三面切書機(jī)的設(shè)計(jì) 龍巖學(xué)院——06計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 2006040919 劉金華 指導(dǎo)老師：陳虹微 【摘要】：三面切書機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)是將書本的除裝訂面外的另外三個(gè)面一次性安要求切平整。所要運(yùn)用的是凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等作為送料機(jī)構(gòu)。其還采用了凸輪機(jī)構(gòu)加上彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，采用這種方法得到了很好的實(shí)際應(yīng)用效果。 【關(guān)鍵詞】：三面切書機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 彈簧機(jī)構(gòu) 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(jī)設(shè)計(jì)要求及其參數(shù)……………………………………（3） 2、三面切書機(jī)工藝動(dòng)作分析和運(yùn)動(dòng)循環(huán)分析……………………… （4） 3、三面切書機(jī)的設(shè)計(jì)方案 ………………………………………… （5） 4、三面切書機(jī)送書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………（7） 5、三面切書機(jī)壓書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………（9） 6、三面切書機(jī)側(cè)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………（11） 7、三面切書機(jī)橫刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………（13） 8、三面切書機(jī)設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………（15） 9、三面切書機(jī)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)……………………………………（16） 三面切書機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問(wèn)題中，許多情況不容樂(lè)觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 此三面切書機(jī)設(shè)計(jì)的主要作用是用于切割除裝訂面的另外三個(gè)面，使裝訂好的書能達(dá)到一個(gè)外觀整齊、統(tǒng)一的目的。其特點(diǎn)：首先采用了電力自動(dòng)化，比手動(dòng)的要準(zhǔn)確；其次此設(shè)計(jì)精度也是相對(duì)比較高，有一定的技術(shù)要求；再則它對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何的污染；還有它的應(yīng)用廣泛，大小印刷廠都可以適用。 而且從設(shè)計(jì)和制造方面都不會(huì)太難，簡(jiǎn)單的運(yùn)用機(jī)械原理，其生產(chǎn)成本相對(duì)以前的發(fā)展是更低的。 1、三面切書機(jī)設(shè)計(jì)要求及其參數(shù) 1、設(shè)計(jì)題目 三面切書機(jī)的功能是切去書籍的三個(gè)余邊。其系統(tǒng)由送料機(jī)構(gòu)、壓書機(jī)構(gòu)、側(cè)刀機(jī)構(gòu)和橫刀機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成。在一個(gè)循環(huán)周期中（主軸旋轉(zhuǎn)一周）各機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件完成對(duì)書籍的送料、壓書、切除余邊的工作任務(wù)。 2、設(shè)計(jì)任務(wù) 1）根據(jù)功能要求，確定工作原理和繪制系統(tǒng)功能圖 2）按工藝動(dòng)作過(guò)程擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 3）構(gòu)思系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案（至少兩個(gè)以上），進(jìn)行方案比較，選擇較優(yōu)方案 4）對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 5）繪制系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 3、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 1）被切書摞長(zhǎng)寬高尺寸為260mm185mm90mm，質(zhì)量為5kg。 2）推書行程為370mm，壓頭行程為400mm，側(cè)刀行程為350mm，橫刀行程為380mm。 3） 生產(chǎn)率為6摞/min。 2、三面切書機(jī)工藝動(dòng)作分析和運(yùn)動(dòng)循環(huán)分析 三面切書機(jī)的工藝動(dòng)作大致可分為四個(gè)部分。第一部分，當(dāng)書放入至槽凸輪推桿前時(shí)，凸輪進(jìn)入推程運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將書本推入切槽中，然后空程返回。第二部分，當(dāng)書將要推到切槽時(shí)，壓板開(kāi)始推程運(yùn)動(dòng)，向下壓書；當(dāng)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(dāng)壓板壓書時(shí)，側(cè)刀機(jī)構(gòu)和橫刀機(jī)構(gòu)處于一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，向下切書，切到底部時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)達(dá)到遠(yuǎn)休止角，切完后橫刀機(jī)構(gòu)和側(cè)刀機(jī)構(gòu)從底部回升。 上述可以看出，其主要有四個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成：送書機(jī)構(gòu)，壓書機(jī)構(gòu)，側(cè)刀機(jī)構(gòu)和橫刀機(jī)構(gòu)。 2-1三面切書機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 圖(2-1)的壓書機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)休止階段為200o到240o，以保持壓書，同時(shí)切書. 3、三面切書機(jī)的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案（一）：采用了凸輪槽機(jī)構(gòu)做推書機(jī)構(gòu)和切書機(jī)構(gòu)，使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)還用了曲柄機(jī)構(gòu)做切書機(jī)構(gòu)。 （3-1） 三面切書機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 設(shè)計(jì)方案（二）：如圖（3-2）該方案與原設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖差別在采有凸輪和彈簧來(lái)代替設(shè)計(jì)方案（一）中的凸輪槽機(jī)構(gòu)，雖然切書的厚度規(guī)定，但采用凸輪和彈簧來(lái)代替明顯的使壓板的自己自由上下移動(dòng)量增加，使用權(quán)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(shè)計(jì)方案（三）：如圖（3-3）該方案又是在方案（二）中的進(jìn)一步改進(jìn)，它的側(cè)刀機(jī)構(gòu)是得用了兩個(gè)滑桿機(jī)構(gòu)聯(lián)合，引入了雙曲柄機(jī)構(gòu)，使其受力均勻、運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。 (3-3) 綜合上述三種設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案（三）明顯比另兩個(gè)方案要好。 設(shè)計(jì)方案（三）集另外兩設(shè)計(jì)的可行優(yōu)點(diǎn)于一身，它的改進(jìn)，使其能更好的應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)用和開(kāi)發(fā)。首先，應(yīng)用彈簧的拉力下壓，可以保證一定的力，而且不會(huì)使壓力太大而對(duì)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)，相對(duì)前兩個(gè)方案來(lái)講，要比它們傳遞的受力更加均勻、運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。 4、三面切書機(jī)送書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 送書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是凸輪槽的設(shè)計(jì)。相關(guān)參數(shù)是推書行程為370mm,生產(chǎn)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(chǎng)合，選用槽凸輪很適用。其設(shè)計(jì)精度也不是太高。 4．1故本機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu)采用圖解法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖解法步驟如下： (1)選取適當(dāng)?shù)谋壤撸?00），作出從動(dòng)件的位移線圖，如圖4-1所示。將位移線圖的橫坐標(biāo)分成若干等分，并過(guò)這些等分點(diǎn)分別作垂線1-1、2-2、3-3、…，它們所相應(yīng)位置的從動(dòng)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?；鶊A與導(dǎo)路的交點(diǎn)A〃從動(dòng)件滾子邊緣位置 (3)在基圓上，自A〃開(kāi)始，依次角度δt、δh、、δ，并將她們分成與位移線圖對(duì)應(yīng)的若干等分，得A1、A2、A3、…連接OA1、OA2、OA3、…各徑向線并延長(zhǎng)，便得到反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的各個(gè)位置。 (4)量取各個(gè)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(zhuǎn)后推桿滾子邊緣邊緣位置A1＇、A2＇、A3＇、…。將各個(gè)內(nèi)外輪廓用光滑的曲線連接。 （5）槽凸輪的槽寬設(shè)計(jì)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(zhuǎn)到，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的要求。 圖（4-1）對(duì)頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形槽凸輪 (6)欲設(shè)計(jì)當(dāng)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(zhuǎn)動(dòng)的要求轉(zhuǎn)動(dòng)，其最大升程為h=370mm,其轉(zhuǎn)速為每轉(zhuǎn)最每轉(zhuǎn)10s/r.限定其最大許用壓力角，，根據(jù)諾模圖，可得出。 則槽凸輪的基圓半徑為 因?yàn)椴蹖挒?0mm,則滾子半徑為 rT=(30-1)/2mm=14.5mm 因?yàn)閞T=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(dòng)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(shè)計(jì) 因?yàn)闀牟们械拈L(zhǎng)度是260mm,寬度是185mm,高度是90mm,則可以設(shè)推板的長(zhǎng)、寬、高分別為130mm、92.5mmX、45mm. 因?yàn)?kg/摞的書,所以推桿不需要太粗,所以選推桿為長(zhǎng)方形截面,長(zhǎng)為29mm,寬為15mm。 因?yàn)橥馆喫谕鈭A的半徑為563.9mm,推桿要保證專動(dòng)穩(wěn)定，則還需要一段比較長(zhǎng)的距離做為，設(shè)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(zhǎng)L=R+100+800+100=563.9+100+800+100=1563.9(mm)。 5、三面切書機(jī)壓書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 壓書機(jī)構(gòu)采用凸輪和彈簧的設(shè)計(jì)。相關(guān)參數(shù)為壓頭的行程為400mm,轉(zhuǎn)速為10s/r。凸輪剛好也適用于速度不高的場(chǎng)合，選用槽凸輪很適用。同樣可以采用圖解法設(shè)計(jì)。 5．1凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) (1)選取適當(dāng)?shù)谋壤撸鞒鰪膭?dòng)件的位移線圖，如圖(5-1)所示。將位移線圖的橫坐標(biāo)分成若干等分，并過(guò)這些等分點(diǎn)分別作垂線1、2、3-3、…，它們所相應(yīng)位置的從動(dòng)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(dǎo)路的交點(diǎn)A,即為從動(dòng)件滾子邊緣起始位置。 (3)在基圓上，自A開(kāi)始，依次角度，并將她們分成與位移線圖對(duì)應(yīng)的若干等分，得A、B、C、…依次連接OA、OB、OC、…各徑向線并延長(zhǎng)，便得到反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的各個(gè)位置。 (4)量取各個(gè)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(zhuǎn)后推桿滾子邊緣邊緣位置A、B、C、D＇、…。將各個(gè)內(nèi)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(shè)計(jì)：以凸輪的理論輪廓線上的各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑作一系列滾子圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線即為凸輪的實(shí)際輪廓曲線。 因欲設(shè)計(jì)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)程運(yùn)動(dòng)角δ=1350時(shí)，凸輪按等加速曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件其升程h=400mm，并限定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角等于許用壓力角，，根據(jù)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(shè)計(jì) 因?yàn)椴们械拈L(zhǎng)度是260mm,寬度是185mm,高度是90mm,則可以設(shè)推板的長(zhǎng)X寬X高分別為 130mmX92.5mmX45mm. 設(shè)壓板的長(zhǎng)為130mm,寬為90mm,厚為15mm。同樣設(shè)計(jì)其推槽為800mm,上下分別在達(dá)到最短距離為100mm. 則桿長(zhǎng)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(zhǎng)度為： L＇=100+400+178=678(mm) 設(shè)桿的截面長(zhǎng)度為a=30mm,寬度為b=15mm。 其圖片如下（5-2） （5-20） 6、三面切書機(jī)側(cè)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 側(cè)刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有側(cè)刀行程為350mm。 根據(jù)設(shè)計(jì)方案（三）采用曲柄滑桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)可以采用圖解法設(shè)計(jì)，設(shè)行程速比系數(shù)K=1.4,偏距e=180mm,側(cè)刀的滑行行程l=350mm。圖形如下（6-1）和（6-2） （6-1） （6-2） 對(duì)于有急回運(yùn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)，通常由行程速比系數(shù)K求得極位夾角θ，并利用機(jī)構(gòu)在極限位置的幾何關(guān)系，再結(jié)合其他輔助條件來(lái)解題。 (1) 計(jì)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(shè)為圓心、CO為半徑徑輔助圓。顯然，圓心角 ∠COC＇=2θ。 7、三面切書機(jī)橫刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 橫刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有橫刀行程為380mm, 根據(jù)設(shè)計(jì)方案（三）同樣可以采用曲柄滑桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)可以采用圖解法設(shè)計(jì)，設(shè)行程速比系數(shù)K=1.4,偏距e=200mm,側(cè)刀的滑行行程l=380mm。 圖形如下（7-1）和（7-2） （7-1） （7-2） 對(duì)于有爭(zhēng)回運(yùn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)，通常由行程速比系數(shù)K求得極位夾角θ，并利用機(jī)構(gòu)在極限位置的幾何關(guān)系，再結(jié)合其他輔助條件來(lái)解題。 8、三面切書機(jī)設(shè)計(jì)總結(jié) 些設(shè)計(jì)可以較好的完成切書任務(wù)，而且原理簡(jiǎn)單，制造也較容易，相對(duì)一般的切書機(jī)，降低了成本，也同時(shí)加大了功用，可以廣泛的應(yīng)用于許多地方。設(shè)計(jì)裝配圖如下： （8-1） （8-2） （8-3） 9、三面切書機(jī)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn) [1]程時(shí)甘、黃勁枝。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) （第2版）機(jī)械工業(yè)出版社，2006.8 [2]洪允楣。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的組合及變異方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982 [3]吳宗澤、羅圣國(guó)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：高等教育出版社，2006 [4]趙韓。凸輪設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1993 [5]鄒平。機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2 [6] 蘇煒。工程力學(xué)[M].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)出版社，2002 [7] 吳宗澤。羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：高等教育出版社，2006 [8] 吳宗澤。機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 14