小电器引出线绑扎机.docx

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小电器引出线绑扎机

机械原理课程设计说明书

设计题目：

小电器引出线绑扎机设计

专业：

班号：

设计者：

1：

2：

3：

指导教师：

完成时间：

目录

1.设计题目2

1.1设计要求2

1.2题目分析3

2.机械系统的方案拟定3

2.1工作原理确定3

2.1.1绕线机构3

2.1.2绑线机构6

2.1.3扫线机构7

2.2执行机构及其运动设计8

2.2.1绕线机构8

2.2.2绑扎线送线机构10

2.2.3绑线机构11

2.2.4扫线机构13

2.3原动机的选择14

2.4执行机构运动协调性设计14

2.5方案评价及优选18

3.机械系统相关性能分析或说明20

4.课程设计体会及建议21

5.参考文献21

1.设计题目

小电器的引出电线是随其小电器一道出售的附件，为便于用户应用和包装，需将引出线绑扎成如图所示的小卷。

为使引出线在展开时不致打扭，引出线刚开始需作8字形缠绕，最后才在中间部分横着缠上几圈。

引出线的长度范围一般在1.5~3m之间，要求作8字形缠绕的圈数，最好能在相应的可绕圈数之间调整，横着缠绕的圈数为4~6圈即可，引出线的原材料为绕在线轴上的双胶软质细线。

试设计该绑扎机的工作原理及工艺动作，绘出其整机的机械系统简图、工作循环图和个别部分的结构示意图，并编写提交相关设计说明技术报告。

1.1设计要求

小电器引出线绑扎机的设计技术要求如表1：

功能要求

1）实现“8”字形结构；

2）对“8”字形结构进行缠绕。

几何参数

1）所要缠绕的引出线长约1.5-3m；

2）所需的缠绕圈数为4-6圈。

生产率

每小时生产率≥300件

安全与人机工程

1）绑扎机应尽可能简单，便于工作人员对机器进行必要的清理、维护；

2）机器工作时对环境无害，即低噪声、低污染、低振动

使用和维

1）调试与安装方便；

2）尽可能减少人工操作

表1

1.2题目分析

根据设计要求该小电器引出线绑扎机主要要能够实现双胶软质细线的“8”字形缠绕，并满足一定的尺寸要求。

在设计要求中，需实现1.5-3m范围内的引出线的缠绕,而所绕圈数限定在4-6圈，则所绕“8”字的长度应在0.125-0.375m之间变化，与题目中绕“8”字的长度应为80-100mm相矛盾，所以在进行设计时要做出适当的调整，不考虑绕“8”字的长度应为80-100mm这个条件。

题目给出引出线的实际长度范围为1.5-3m，而实际生产中引出线都是批量生产，不可能每根线的长度都均匀分布在该范围之内，所以在进行设计时在几个固定范围内可调节“8”字的长度和所绕的圈数就可以满足生产要求，而没必要做到对该长度范围的数学上精确满足，从而降低了设计难度和生产成本。

所以结合上述论述，本次小电器引出线绑扎机的主要设计目标及基本定位在：

实现“8”字形缠绕，实现所缠绕引出线长度和缠绕“8”字的长度在一定范围内可调，实现对所绕成“8”字形双胶软质引出线的绑扎。

2.机械系统的方案拟定

2.1工作原理确定

2.1.1绕线机构

方案一：

连杆法

图1

图1实现引出线“8”字形缠绕的机构工作原理：

图中为一个四杆机构，1杆将来和齿轮连接在一起，并且有齿轮带动一起转动随着1杆转动一个完整的圈，4杆将会转出一个“8”字。

图中的C处是一个自动供线装置，绑扎线垂直于平面的方向从上穿入。

当穿过足够的长度时，“8”字会在下方产生。

方案二：

凸轮机构与正弦机构实现“8”字缠绕

图2

图2实现引出线“8”字形缠绕的机构工作原理：

如图所示，D处受到驱动力，正弦机构上的夹持装置带动小电器引出线的在水平方向往复运动，凸轮与正弦机构同步运动，使绕线立柱在竖直放线上绕A小幅转动，从而实现“8”字的缠绕。

绕A转动的水平立柱间距、正弦机构中滑块与D点的间距可以根据所需绑扎的引出线长度进行改变，从而实现对多种长度的引出线的绑扎。

图3为在缠绕“8”字的运动过程中，正弦机构上的夹持装置与两水平立柱之间的相对位置关系。

图3

方案三：

凸轮—连杆组合机构实现绕线

图4

图4实现引出线“8”字形缠绕的机构工作原理：

图示凸轮-连杆机构，通过两个固定在一起的凸轮实现转动，实现两连杆上两个滑块分别在水平和竖直方向上的运动，在连杆上滑块的铰接处，通过凸轮的设计即可实现铰接处绕“8”字。

该方式的优点在于，可以通过凸轮精准的控制引出线的夹持装置的运动，从而使得“8”缠绕更加高效。

2.1.2绑线机构

方案一：

图5

图5实现引出线“8”字形绑扎的机构工作原理：

图中两边的1,2表示两个由齿轮带动的转盘，其上下各有两个相对的拐杆用来支持着从上面产生的“8”字（8字即在其上绕成），图中正中的地方为一从盘1中心伸出的横杆（与圆盘不相接触，可视为圆盘中心开圆孔，横杆由外部伸入），左端有一个自动夹紧装置，绑扎线可以由中心穿过，当夹紧装置夹紧时，两边的圆盘转动时，拐杆上的的“8”字便会自动绕着绑扎线一圈一圈的缠着。

红色细线为向视图的方向，右边的A-A图就是向视图，绑扎线轮从斜上方引出绑扎线，其材料为常见的胶皮铁丝。

方案二：

图6

图6实现引出线“8”字形绑扎的机构工作原理：

图示，在完成引出线的“8”缠绕后，两缠绕立柱出于水平位置，立柱上方的带凹槽圆盘受驱动旋转，带动凹槽内的绑扎线下落，由于重力，以及下落距离较小，绑扎线落在“8”字中央。

绑扎机构由一对不完全锥齿轮驱动，在啮合阶段，绑扎机构向下运动，从而实现对绑扎线的加紧，锥齿轮转动中实现对引出线的绑扎；出于非啮合阶段，绑扎机构向上运动，松开绑扎线。

2.1.3扫线机构

图7所示为四杆机构，完成引出线的“8”绑扎后，通过剪断装置将引出线剪断，通过四杆机构的急回运动，用连杆前方的曲线部分将绑扎好的引出线从缠绕立柱上取下，绑扎好的引出线下落到传送带上，直接进行收集。

在缠绕与绑扎过程中，该机构出于立起状态，不影响“8”字的缠绕与绑扎。

图7

图8所示机构，所实现的功能是当绕线和绑线完成后将已绑好的引出线进行收集（到包装箱中），以便下一轮绑线的循环。

该机构主要由之前的“8”字在绕好后并且绑扎完成后，由剪断装置剪断后掉下到传送带上运送走。

注：

以上三图为机械系统工作原理的运动简图，图中各构件与所设计机构并无尺寸和形状上的比例关系。

图8

2.2执行机构及其运动设计

2.2.1绕线机构

方案一：

主要运动部件的尺寸：

杆1长度：

35mm

杆2长度：

135mm

杆3长度：

85mm

杆4长度：

175mm

杆5长度:

145mm

图9

2）图示，标注了相关构件的相对位置及尺寸

图10

图11为凸轮示意图

主要部件尺寸及参数：

δ0=160º

δ01=20º

δ02=160º

δ03=20º

推程运动方程：

s=200δ/（8π/9）mm

回程运动方程：

s=300[1-δ/（8π/9）]mm

图11

2.2.2绑扎线送线机构

方案一：

①设计原理说明

如图12所示为绑扎线送线机构，由绑扎线轮，导线轮，剪切装置，圆盘横杆上的通孔组成。

、

②主要部件尺寸及参数：

绑扎线轮直径D=150mm、

导线轮直径d=15mm

图12

方案二：

如图13，圆盘半径r=100mm

图13

2.2.3绑线机构

方案一：

图14

设计说明:

如图7所示为该小电器引出线绑扎机的绑线机构实体简图，整个个机构由轴承固定竖直面内两个圆盘的直径D=300mm。

至于两圆盘的距离则完全可由实际情况而定。

方案二：

设计说明：

圆盘B每转动一圈，圆盘中的凹槽将一段绑扎线带动滑下圆杆，落到“8”字形引出线中央，下方的绑扎机构，由一对不完全锥齿轮驱动，在啮合阶段，绑扎机构向下运动，从而实现对绑扎线的加紧，锥齿轮转动中实现对引出线的绑扎,处于非啮合阶段，绑扎机构向上运动，松开绑扎线。

主要部件尺寸及参数：

锥齿轮：

m=2mm

α=20º

ΦR=0.3

b=22mm

d1=128mmd2=64mm

Z1=64Z2=24

δ1=63.43ºδ2=26.57º

变位系数x1=x2=0

图15

2.2.4扫线机构

图16

注：

图示扫线机构末端课根据实际情况设定。

2.3原动机的选择

为了提高系统稳定性，该小电器引出线绑扎机运动速度要相对较低，并且需要的传动力矩不大，所以选择六级电机（转速为600r/min）作为输入原动机较易实现减速，且能够满足传动力矩要求。

用涡轮蜗杆减速器进行减速后输入绕线机传动机构，通过齿轮系以及带传动等调整实现各部件指定要求的传动。

涡轮握杆减速环节不做专门介绍，所以后边传动关系的实现是直接以减速后作为输入速度的。

2.4执行机构运动协调性设计

方案一：

传动轮系简图

图17

注：

齿轮1和7为不完全齿轮。

该小电器引出线绑扎机内部各个凸轮，首先从电机处分出两条路，水平向左经变速后和齿轮1连接，然后带动齿轮3作间歇运动；另一分支，经由小带轮6与大带轮7实现初步变速i’再由齿轮8与9实现二部降速i”最后由不完全齿轮7带动齿轮2作间歇运动，即i=i´*i"。

设计参数为：

5秒为一周期，前两秒为绕“8”字，停一秒用来剪断引出线，再用两秒缠绕绑扎线。

实现各执行构件运动协调性的设计参数

设计依据是使齿轮1的周期为5秒，并等于齿轮7的周期。

齿轮3在两秒内转3.5圈。

齿轮2在两秒内转两秒。

设计结果为：

Z3=20Z1=70（Z1’=175）取m=2注解：

齿轮1为非完全齿轮d1：

d2=1/10安装时让齿轮1的无齿部分先转动即可Z1’为与Z1同尺寸的完全齿轮的齿数，下同。

d6=160mmd2=710mm用A型V带6根带动，带长2700mm。

Z8=20Z=250m=2

Z2=20Z7=80（Z7’=200）m=2

系统运动循环图

图18

方案二：

传动轮系图

图10、11中，齿轮G、G1、G2均为不完全齿轮，齿轮啮合传动，再通过传送带带动，从而实现齿轮C、D、E、F的间歇运动，齿轮G、G1、G2转动一周为一个周期，实现一次对电器引出线的绑扎。

主要部件尺寸及参数：

齿轮：

m=2mmα=20º

d（G）=d（G1）=d（G2）=500

Z（G）=150Z（G1）=50Z（G2）=40

Z（C）=Z（C1）=Z（C2）=25

带传动：

i=1

采用B型普通V带轮传动，d（d1）=125mm

（计算得，需要3根传送带传动）

通过计算得，V带的基准长度Ld分别为：

CD间：

Ld1=1370mm

GB间：

Ld2=1760mm

CE间：

Ld3=930mm

图19

图20

系统运动循环图

图21

0——3s:

齿轮C、D在传送带的带动下，进行旋转，实现缠绕“8”字，共旋转6圈；

3——3.24s:

在完成“8”字缠绕后，绑扎线在圆盘B带动下下落，为了确保绑扎机构开始运动时绑扎线已经落到“8”字中央，设计有0.24秒的时间间隔

3.24——5.04:

绑扎机构在锥齿轮带动下，在啮合结算实现拧紧绑扎线，共旋转4圈；

5.04——6s：

剪断引出线，并由扫线机构将绑好的引出线取下，有传送带收集成品。

2.5方案的评价及优选

2.5.1方案的评价

方案一：

绑线法比较常规，绑扎线通过转盘的间歇转动一圈一圈的缠绕在“8”字引出线的正中央，此次设计将缠绕圈数设定为3.5圈。

转盘由非完全齿轮带动旋转，整个运动精度可靠，并且生产率较高，与绕八字结合起来整个一个完整的周期为5秒，完成300件/h丝毫不成问题（当然，五秒的循环周期也可随着实际情况灵活进行调整）。

方案二：

通过正弦机构与凸轮配合实现对八字的缠绕，可以调整立柱间距实现对不同长度引出线的缠绕，且调整间距比较方便，操作简单；绑扎过程，绑扎线需要提前剪断成等长度，放置到导杆上，不便于大批量生产。

通过3组不完全齿轮传动，实现对绕线、绑线机构中的歌部件运动的间歇控制，对安装位置要求比较高，且不完全齿轮生产成本较高，对齿轮的磨损较大，稳定性也相对较差。

方案三：

通过凸轮对完成“8”字缠绕，需要对两凸轮进行，传动过程比较精准，运行工作中，工作可靠；引出线绑扎时通过圆盘旋转带动，实现引出线的绑扎。

但是，凸轮设计好后，只能对一定长度的引出线的绑扎，即缠绕时立柱间距不变，两对不完全齿轮无法对实现1.5-3m范围内不同长度的引出线的缠绕。

2.5.2按照相应的设计尺寸，该小电器引出线绑扎机的整体设计如下：

方案一：

图22

方案二：

图23

方案三：

图24

2.5.3方案的优选

综合分析以上三种绑扎机构的优缺点，在经济性、制造难度、结构的复杂性、机构运行状况等多个方面，方案一为最优方案。

该方案，结构相对来说比较简单，而且可以比较轻松的调节两根立柱间距，从而实现对1.5、2、2.5、3m长得引出线的绑扎；且在运行过程中，具有运行平稳，噪音小，制造、安装难度低等特点。

3.机械系统相关性能分析或说明

该小电器出线绑扎机为可调的绕线绑扎装置，本方案首先应用连杆以及齿轮机构来完成绕八字，绕好的八字位于两根立柱上，剪断引出线后进行绑线，绑线机构有不完全齿轮带动圆盘旋转，绑扎线实现固定于由圆盘中心伸出的横杆上（横杆保持不动），如此，圆盘的转动会使绑扎线一圈一圈的缠绕在八字上，剪断绑扎线后，立柱朝下，成品会自由落下至传送带上，至此整个过程完成。

而至于圆盘的间距，则可根据实际情况自由设定，并以此决定所缠绕的八字的大小。

而至于生产率则可达到300件/h，完全可以满足设计需求。

整个机构的传动机构由齿轮（包括不完全齿轮），带轮组成，其传动比精确，动作的执行可靠。

尺寸设计时进行了较高精度的数学分析，所以系统的稳定性相对较高，从而可以适当提高绕线速度，生产效率高。

更多的采用齿轮传动，也使得系统稳定性较好。

系统的间歇性协调运动均有满足特定设计要求的齿轮实现，运动精度相对较高。

但是用到的不完全齿轮生产成本较高，对齿轮的磨损较大，稳定性也相对较查，但是原理上能够满足设计要求，实现目标。

此外所有零件尺寸设计均是根据原理实现和空间尺寸排布来设计的，并未进行强度校核和考虑加工工艺等因素，所以并不完全合理。

4.课程设计体会及建议

4.1体会

这次课程设计，从老师在课程前期的讲解、后来的同组成员之间的讨论，到班级PPT展示交流，最终设计细节的完善，整个过程经历下来，增进了我们对机械原理这门课程中知识点的掌握与运用，对于机械设计的认识也更进一步，之前学习的知识，呈现在我们面对的不再是比较死板的知识点，而是一个个设计的基础，设计的基石。

我们真切的体会到了，从得到一个好的想法到设计好一个成熟的产品的过程，确实不容易。

由于缺乏经验，自身掌握的知识不能灵活应用，要解决一个看似简单的问题却是看起来容易做起来难，因此，我们经常都在一些关键的地方卡壳，这期间，几乎翻了机械原理好多遍，后来经过仔细思考并且反复查找资料才有一点进展。

另一方面，画图在机械设计中是必不可少的，通过CAD作图，能够把自己的设计想法清楚的表达出来，在不断的修改设计图的过程中，也不断的增加我们对CAD软件的应用。

在设计过程中，组员间进行设计想法的交流，锻炼了我们清楚快速的表达个人想法，也增进了团队合作的能力，通过分工大大提高了效率。

本次设计过程，葛老师对我们的方案提出了宝贵的建议，开拓了我们的设计思路，为设计方案的改进提供了方向。

总之，这次的设计过程使我们受益匪浅，提高了我们自己的能力，使我们体会到了设计过程的艰辛。

4.2建议

正如本次题目分析时所提到的，题目要求中有相矛盾的地方，需要修改设计要求。

由于学生在生产实践经验比较少，视野相对较窄，因此在机械设计方面有诸多不足，希望老师能够在正式设计前能够多讲解些设计实例，增进大家对于课本上知识点的的理解与应用。

5.参考文献

【1】王三民.《机械原理课程设计》.机械工业出版社，2005

【2】孙桓、陈作模、葛文杰.《机械原理》.7版.北京：

高等教育出版社，2008。

【3】濮良贵、纪名刚.《机械设计》.8版.北京：

高等教育出版社，2008。