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1、机机械械原原理理课课程程设设计计医用棉签卷棉机医用棉签卷棉机设计小组成员：设计小组成员：善盈盈善盈盈 许杰许杰 刘文明刘文明 姜卫挺姜卫挺原始数据及设计要求。原始数据及设计要求。1）棉花。条状脱脂棉，宽25-30mm，自然厚4-5mm。2）签杆。医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约20-25mm。3）生产率。每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20-25mm。4）卷棉签机体积要小，重量轻，工作可靠，外形美观，成本低，卷出的棉签松紧适度。设计方法设计方法 用机器机器制棉签时，依照手工方式进行动作分解，可粗分为：定量送棉、压（夹）棉、揪棉、送签和卷棉等工艺动作。分析各工艺动作用何种机
2、构完成工作。机械系统运动方案的拟定机械系统运动方案的拟定为达到其工艺动作要求，采用的分解动作机构及其工作原理如下:送棉送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入压棉、揪棉机构。输送的对象是柔软的棉花，如果采用直线送进方式，则送棉机构必须有持棉和直线、间歇、定长送进等功能。持棉的方式可用带刺构件走直线轨迹定时把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出；也可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进等方式。前者在带刺构件脱出时，要把棉条压住；后者要实现间歇送进，需与间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构或不完全齿轮机构等连接。揪棉揪棉：用机器实现这个动作时，可将条状棉的原料端压紧在固定面上，然后在另一端既实现压紧又实现拉扯
3、动作，前者称压棉动作，后者称揪棉动作。实现这些动作的机构必须有以下几个功能：（1）完成压棉动作的机构，其压头对条棉有一定的压力，并且要将压力保持一定的时间，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移；（2）完成揪棉动作的机构，其压头一方面有压紧条棉的功能，又要使压头在保持压紧力的状态下有向某个方向运动的可能，以完成揪棉动作；（3）采用适当的压头形式，使条棉容易揪断。送签送签：在揪下的棉块落入导棉槽后，将签杆送至导棉槽与棉块接触。要使一堆签杆分成一根一根送至确定位置，采用一漏斗均匀送出签杆，为防止漏斗内签杆相互挤卡住，所以可适当使漏斗振动，或用其它方法使漏斗内签杆获得松动的机会，从而使签杆能顺利地漏出漏斗口
4、。卷棉卷棉：将签杆送至导棉槽中与棉块相遇时，签杆随即作自转，将棉块卷上签杆；或使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。此动作可通过卷轮自转并与摩擦片接触，使签杆产生自转并移动而产生卷棉，此时签杆外露在卷轮外的头部（约25mm）与导棉槽中的棉花相遇，且有一定的压紧力，从而完成卷棉动作。或是用带槽皮带的带传动与摩擦片接触产生自转完成自转及移动的卷棉动作。医用棉签卷棉机医用棉签卷棉机凸轮送棉凸轮送棉推杆压棉推杆压棉对滚揪棉对滚揪棉漏斗送签漏斗送签卷轮卷棉卷轮卷棉 各工艺动作不同方案的分析比较送棉工艺动作方案送棉工艺动作方案1 1：通通过过滚滚轮轮1 1和和滚滚轮轮2 2的的相相互互摩摩擦擦将将
5、棉棉条条3 3压压紧紧并并送送入入导导棉棉槽槽，但但要要实实现现定定时时定定量量送送入入，必必须须将将滚滚轮轮与与间间歇歇运运动动机机构构，如如棘棘轮轮机机构构、槽槽轮轮机机构构或或不不完完全全齿齿轮机构等连接。轮机构等连接。送棉方案送棉方案2 2持持棉棉的的方方式式可可用用带带刺刺构构件件走走直直线线轨轨迹迹定定时时把把棉棉条条拉拉向向前前进进，走走非非直直线线段段时时从从棉棉条条中中退退出出。偏偏心心轮轮1 1带带动动带带刺刺构构件件2 2将将棉棉条条送送进进，带带刺刺构构件件2 2运运动动到到指指定定位位置置时时，在在棘棘爪爪4 4的的引引导导下下落落入入导导槽槽3 3。棘棘爪爪末末端端
6、受受弹弹簧簧控控制制，起起锁锁紧紧作作用用，防防止止带带刺刺构构件逆向运动。件逆向运动。送棉方案送棉方案3 3条条状状棉棉通通过过双双滚滚轮轮送送入入轨轨道道，双双滚滚轮轮为为1/41/4圆圆周周主主动动凸凸轮轮与与圆圆盘盘组组成成。凸凸轮轮连连续续转转动动，但但与与圆圆盘盘仅仅有有1/41/4的的接接触触面面，所所以以机机构构可可以以将将电电机机的的连连续续运运动动转转化化为为间间歇歇运运动动，且且具具有有较较高高的的机机械械效效率率以以产产生生间间隙隙运运动动。两两轮轮间间留留有有间间隙隙以以使使棉棉条条在在摩摩擦擦力力作作用用下下送送入入，实现定比定量送棉。实现定比定量送棉。压棉工艺动作
7、方案压棉工艺动作方案 压棉方案压棉方案1图中凸轮图中凸轮1 1是主动是主动件，构件件，构件3 3由凸轮由凸轮带动实现压棉动带动实现压棉动作，并依靠凸轮作，并依靠凸轮轮廓的圆弧段使轮廓的圆弧段使压紧状态能保持压紧状态能保持一定时间。一定时间。压棉方案压棉方案2图中凸轮图中凸轮1 1是主动件，是主动件，推动推杆压紧条棉推动推杆压紧条棉4 4，3 3是弹簧在凸轮回是弹簧在凸轮回程时推动推杆回到程时推动推杆回到原位。原位。揪棉工艺动作方案：揪棉工艺动作方案：揪棉方案揪棉方案揪棉方案揪棉方案 该方案由两套完全对称该方案由两套完全对称的铰链四杆机构组成，的铰链四杆机构组成，曲柄上下两曲柄同步运曲柄上下两曲
8、柄同步运动。上下剪刃分别与连动。上下剪刃分别与连杆固接。如果将曲柄与杆固接。如果将曲柄与摇杆的长度设计得相差摇杆的长度设计得相差不大，剪刃则能近似地不大，剪刃则能近似地作平面平行运动，故剪作平面平行运动，故剪刃在剪切时刀刃垂直于刃在剪切时刀刃垂直于轧件，使剪切断面较为轧件，使剪切断面较为平直，剪切时刀刃的重平直，剪切时刀刃的重叠量也容易保证。该方叠量也容易保证。该方案的缺点是结构较复杂，案的缺点是结构较复杂，机构运动质量较大，动机构运动质量较大，动力特性不够好，故刀刃力特性不够好，故刀刃的运动速度不宜太快。的运动速度不宜太快。揪棉方案揪棉方案凸轮与推杆将棉条凸轮与推杆将棉条压紧并使之保持一压紧
9、并使之保持一定时间，此时定时间，此时1/41/4圆圆周凸轮与圆盘周凸轮与圆盘对滚揪断棉条。对滚揪断棉条。揪棉方案揪棉方案3图中凸轮图中凸轮1 1是主动件，是主动件，构件构件2 2由凸轮带动实现由凸轮带动实现压棉动作，并依靠凸轮压棉动作，并依靠凸轮轮廓的圆弧段使压紧状轮廓的圆弧段使压紧状态能保持一定时间。构态能保持一定时间。构件件5 5、6 6在凸轮带动下将在凸轮带动下将条棉条棉4 4压紧，并实现揪压紧，并实现揪棉动作。棉动作。5 5、6 6压紧后一压紧后一起下沉，使条棉揪断。起下沉，使条棉揪断。送签工艺动作方案：送签工艺动作方案：漏漏斗斗口口限限制制签签杆杆只只能能一一根根一一根根地地通通过过
10、，再再由由漏漏斗斗口口下下的的输输送送构构件件卷卷轮轮将将签签杆杆一根一根地送走。一根一根地送走。卷棉工艺动作方案：卷棉工艺动作方案：卷棉方案卷棉方案卷棉方案卷棉方案1 1签杆通过漏斗进入小齿轮签杆通过漏斗进入小齿轮2 2的小孔的小孔3 3中，并由扣环中，并由扣环4 4抱紧。抱紧。小齿轮小齿轮2 2绕大齿轮绕大齿轮1 1转动，使其产生自转并沿固定槽移动。转动，使其产生自转并沿固定槽移动。卷棉方案卷棉方案2签杆通过漏斗签杆通过漏斗3 3落入带凹槽落入带凹槽的卷轮的卷轮1 1，卷轮转动带着签，卷轮转动带着签杆移动与棉条接触，卷轮杆移动与棉条接触，卷轮继续转动带动签杆跟摩擦继续转动带动签杆跟摩擦片接
11、触。签杆产生自转并片接触。签杆产生自转并随卷轮移动，达到卷棉的随卷轮移动，达到卷棉的效果。棘轮效果。棘轮2 2保证签杆按要保证签杆按要求定时落入卷轮。摆子求定时落入卷轮。摆子4 4给给漏斗一定的振动，使签杆漏斗一定的振动，使签杆顺利送出。顺利送出。卷棉方案卷棉方案3该方案是使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。该方案是使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。图图a)a)为签杆由漏斗形签箱漏入卷轮的槽中以后，即被卷轮带为签杆由漏斗形签箱漏入卷轮的槽中以后，即被卷轮带离签箱，进到与静止摩擦片接触后，在摩擦力的作用下签杆离签箱，进到与静止摩擦片接触后，在摩擦力的作用下签杆一面前进，一面
12、自转，从而签杆完成卷棉工作。图一面前进，一面自转，从而签杆完成卷棉工作。图b)b)是用带是用带槽的带分取签杆，为静止摩擦片，因为带是挠性体，所槽的带分取签杆，为静止摩擦片，因为带是挠性体，所以下面用托板支承，使签杆能与摩擦片压紧，产生摩以下面用托板支承，使签杆能与摩擦片压紧，产生摩擦面自转。擦面自转。最终方案运动简图上端凸轮与圆盘机上端凸轮与圆盘机构实现定时定量送构实现定时定量送棉棉.凸轮推杆机构实现凸轮推杆机构实现压棉并保持一定时压棉并保持一定时间间.中间凸轮与圆盘机中间凸轮与圆盘机构实现揪棉动作构实现揪棉动作.卷轮带动从漏斗送卷轮带动从漏斗送出的签杆与棉条接出的签杆与棉条接触触.在转动过程
13、中在转动过程中与摩擦片接触与摩擦片接触,签签杆随卷轮移动并自杆随卷轮移动并自转转.从而达到卷棉从而达到卷棉的目的的目的.机械运动循环图机械运动循环图双滚送棉 无动作压棉凸轮压棉 远休止压棉推杆升程 回程远休止双滚揪棉 双滚揪棉滚轮卷棉卷棉时间时间s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1运动图线分析运动图线分析速度曲线速度曲线加速度曲线加速度曲线加速度曲线加速度曲线机机构构实实际际运运动动曲曲线线与与理理论论曲曲线线有有一一点点误误差差,因因为为机机构构实实际际运运动动时时有有振振
14、动动、摩摩擦擦等等外外界界影影响响。而而理理论论曲曲线线是是通通过过公式计算求得，是理想状态下的曲线。公式计算求得，是理想状态下的曲线。心得体会：这次的课程设计，小组合作较成功。分工明确，任这次的课程设计，小组合作较成功。分工明确，任务分配到个人，充分发挥每个人的特长，相互学习，共务分配到个人，充分发挥每个人的特长，相互学习，共同进步，而且相互的协调也很好。在设计初期对于设计同进步，而且相互的协调也很好。在设计初期对于设计方案上小组存在较多分歧，经过讨论最后达成共识，确方案上小组存在较多分歧，经过讨论最后达成共识，确定最终方案。在后期工作中也遇到不少难题定最终方案。在后期工作中也遇到不少难题,
15、通过老师的通过老师的指导和资料的查阅，小组成员齐心协力将困难一一克服。指导和资料的查阅，小组成员齐心协力将困难一一克服。这次的大作业，让我深刻认识到理论和实践之间的距离。这次的大作业，让我深刻认识到理论和实践之间的距离。一个产品的生产，哪怕是最司空见惯的东西，如果没有一个产品的生产，哪怕是最司空见惯的东西，如果没有一点理论常识，要想设计出来也不是那么容易的。首先，一点理论常识，要想设计出来也不是那么容易的。首先，你得有好的构思，可又不能一味追求新奇，花哨，简单你得有好的构思，可又不能一味追求新奇，花哨，简单实用才是设计的第一位。实用才是设计的第一位。在造型时，总是会遇到这样那样地问题，你得有耐
16、在造型时，总是会遇到这样那样地问题，你得有耐心，一步一步的调试修改。组员之间应该注意协调，你心，一步一步的调试修改。组员之间应该注意协调，你该做什么，我又负责什么，每个人都能参与，一起讨论该做什么，我又负责什么，每个人都能参与，一起讨论比一个人埋头苦干效率高得多了。比一个人埋头苦干效率高得多了。课程设计中存在的问题：课程设计中存在的问题：）前期在方案的讨论上花太多时间，导致后期工）前期在方案的讨论上花太多时间，导致后期工作时间较紧。作时间较紧。）设计方案确定后，在造型和装备中出现较多意）设计方案确定后，在造型和装备中出现较多意料之外的问题，工作一度陷入瘫痪。料之外的问题，工作一度陷入瘫痪。）因为方案确定后小组成员工作是并联展开，所以）因为方案确定后小组成员工作是并联展开，所以运动简图与最终的实体在尺寸和个别细小环节有所不同，运动简图与最终的实体在尺寸和个别细小环节有所不同，但整体脉络是一致的。但整体脉络是一致的。