医用棉签卷棉机设计机械原理课程设计
医用棉签卷棉机
机械原理课程设计针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。通过机械原理课程设计，使学生巩固所学机械原理的知识和理论，培养开发创新机械的能力，实现用图解法进行机构的分析计算的基本要求，达到借助计算机对机构进行解析法分析，完成机械运动方案和机构设计。
全自动医用棉签卷棉机能够实现送棉、楸棉、送棉和卷棉的一体化功能。医院通用的签杆直径约3mm，长约为70mm，卷棉部分长约20—25mm，每分种能生产60支。
卷棉机由送棉机构，压棉机构，楸棉机构，送签机构，卷棉机构以及电动机组成。
选择送棉机构时考虑到棉花很软，要实施持棉以直线、间隙、定长地将适量条状送入压（夹）棉、楸棉机构，可用带刺构件走直线轨迹段把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出，但此时要将棉条压住。我所设计的两种方案中采用两滚轮压紧棉条，同时，在继续运动中实现楸棉，但需与棘轮、槽轮或不完全齿轮机构联接，以实现间隙送进的功能。
一、课题设计背景及功能描述
随着科学技术和工业生产的飞速发展，机械产品种类日益增多，自动化程度愈来愈高。这就要求设计者除综合应用各类典型机构的作用外，还要根据使用要求和功能分析，设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、适用性强的机械系统。
机械原理课程设计是机械原理教学中的一个重要环节，是机械类各专业学生在机械原理课程学习后进行的全面、系统、深入的实践性教学，培养学生机械系统运动方案设计、创新设计及应用计算机进行机构分析和工程设计的能力。它是针对某种简单机器进行机械运动简图设计，包括机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等。通过机械原理课程设计，使学生巩固所学机械原理的知识和理论，培养开发创新机械的能力，实现用图解法进行机构的分析计算的基本要求，达到借助计算机对机构进行解析法分析，完成机械运动方案和机构设计。
具体来说，就是根据给定机械的工作要求，确定机械的工作原理，拟定工艺动作和执行构件的运动形式，绘制工作循环图；选择原动机的类型和主要参数，并进行执行机构的选型与组合，设计该机械系统的几种运动方案，对各种运动方案进行分析、
比较和选择；对选定的运动方案中的各执行机构进行运动分析与综合，确定其运动参数。
二、总图
三、拟定方案
1、送料机构
方案a:槽轮机构
图3—1
1——主动销轮2——从动槽轮3，4——滚轮5——棉条
方案a所采用的送棉机构是如图3—1所示的槽轮机构。其主要由槽轮1—2和滚轮3—4的串联而成，当主动销轮1由传动机构相连而作等速连续转动时，当圆柱
销未进入径向槽时，槽轮因锁住而静止；当圆销进入径向槽时，槽轮2在圆销的驱动下顺时针转动。当主动轮连续转动时，从动槽轮和滚轮4夹住棉条5向前送进，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。
方案b：不完全齿轮机构
1——不完全齿轮2——棉条
3——滚轮
方案b所采用送棉机构是如图3—
2所示的不完全齿轮机构。其主要由不
完全齿轮和一个滚轮串联而成。当不
完全齿轮由传动机构而作等速顺时针
连续转动时，当第一枚齿还未到达棉
条时，棉条因无摩擦力而不能向前送
进；而当第一枚齿接触到棉条，同时
与滚轮啮合时，产生摩擦夹带棉条向
前送进，直到最后一枚齿脱离滚轮，而停止送棉。当主动不完全齿轮作连续转动时，完全实现定量，定长，并以间隙、直线送棉功能。
其中不完全齿轮的外圈部分是由橡胶模具制成。
分析其原因如下：
①考虑到棉花很软，如使用钢制不完全齿轮，在抓棉时很容易将棉条抓断；
使用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。
②如果橡胶齿磨损，可以及时更换。
③橡胶齿轮与钢制齿轮
的造价相比较，前者较
为经济。
2、楸棉机构
方案a: 凸轮机构
1——凸轮2——弹簧
3——冲压板4——底座5——刀具
方案a所采用的楸棉机构如图3—3所示。其主要由主动凸轮、弹簧、冲压板、刀具和底座组成。当主动凸轮随传动机构作等速顺时针连续转动时，推动构件3，使之往下运动进而压住棉条，由于构件3刚好与刀具5相切，从而完成压棉、楸棉的动作。当主动凸轮转到回程时，构件3没有推力，受到弹簧2的弹力回到原处。与此同时送棉机构将棉条送到构件3下，以此来完成下一次的压楸棉的动作。
安装刀具5和缓冲机构的好处：
①比较锋利的刀具在构件3和下面的缓冲机构保证了棉条顺利的切割。
②切割下来的棉条完整。
方案b :爪轮机构
1、4——爪轮2——棉条3——橡
胶块
方案b所采用的楸棉机构如图3—4
所示。其主要由两个爪轮串联而成。当
主动爪轮1由传动机构作顺时针等速转
动时，嵌入爪轮1的橡胶块转到另一个
爪轮的橡胶块相遇时，夹送到的条棉2
价在其中，靠弹性压紧，继续转动时，
将条棉楸断。在实现压棉和楸棉时，还
需要在方案b中的送棉机构（图3—1
所示）的配合，因为没有它的压紧力，本机构就不能完成该功能。
3、卷棉机构
方案a:
1——漏斗状签箱2、4——输送机构
3——签杆5、8——条棉6——导
棉槽7——静止摩擦片
方案a所采用的卷棉机构如图3—5所
示。起主要由主动输送机构、漏斗状签箱
和导棉槽组成。将一堆签杆放入漏斗状的
签箱1内，漏斗口限制签杆3只能一根一
根地通过，由漏斗口下的输送构件2和4同步将签杆送入到导棉槽，进至与在导棉槽7内的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆3自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，使条棉卷在签杆上。
方案b
1——漏斗状签箱2——
签杆3——条棉4——
输送机构5——齿行带
6——拖板7——静止
摩擦片8——弹簧
9——压板10——卷轮
方案 b 所采用的卷棉
机构如图3—6所示。起主
要由卷轮、漏斗状签箱、送
棉机构、拖板和静止摩擦片压板组成。将一堆签杆放入漏斗状的签箱1内，漏斗口限制签杆2只能一根一根地通过，由漏斗口下的卷轮5带离签箱1，，进至与在压板9的静止摩擦片7接触后，在摩擦力作用下签杆2一面前进，一面自转，此时签杆的外露在输送机构4外的头部（约长25mm）与导棉槽8中的条棉相遇，且有一定的压紧力，使条棉卷在签。
4、拟定运动循环图
分配轴转角0 °30°60°90°120°150°180 °210°240 °270 °
300 °330 °360°
送棉机构定量送棉间隙运动
压棉楸棉机构爪轮间隙运动爪轮转动摩擦楸断棉爪轮间隙运动送签机构带轮转动送签压板提供压紧力卷棉机构开始卷棉
四、执行方案
根据上述，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。现在对它们进行最佳组合。如图
方案a
1——漏斗状签箱2、4——输送机构3——签杆5——凸轮机构
6——正压机构7——底座8——不完全齿轮9——滚轮
方案b
1——主动销轮2
——槽轮3——滚
轮4，11——爪轮
5——橡胶块6—
—齿形带
7——压板8——
支板9——漏斗状
签箱10——签杆12——卷轮
五、方案的评价
评价方案表：方案评价(1)
号
评价项目评价等级评价尺度
（评价分数）
功能目标完成情
况
很好
好
较好
不太好
不好
1
8
5
3
工作原理的先进
性
先进
较先进
一般
落后
1
8
4
方案评价（2） “＋＋”：
“很好”，
“＋”：“好”，“－”：“不好”。
方案评价标准
方案a
方案b
成本低 ++ + 便于加工 + 结构简单 + 便于方便 + 操作方便 ++
总计
7“+”， 1个“—”
5个“+” 显而易见，综上所评方案a 为最佳方案。
六、系统设计数据处理（尺寸）
6.1方案a 的数据处理 1——漏斗状签箱 2、4——输送机构 3——签杆
5——凸轮机构6——正压机构 7——底座 8——不完全齿轮
项目 方案
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 累计得分 a 5 4 8 10 5 10 8
4 4 10 58 b
8
8
8
8
10 10 8
4
8
10 72
9——滚轮
设计数据如下：卷棉机的生产率：60支/分钟
卷棉机构和送签机构5的转速：v5=0.1m/s 卷轮的转速n=2 (rad/s)
楸棉机构：不完全齿轮的转速3：n3=2π(rad/s)
送棉机构：输送机构2的转速：n1=8π(rad/s) 机构4的转速n2=2π(rad/s)
零件尺寸设计：r1=60/πmm r2=50/πmm r3=50/πmm r5=100/πmm
履带长600mm 压板15cm 履带缺口深度3mm
6.2传动机构的尺寸设计及数据处理
1，2——带轮3，4，5，6——传
动齿轮
图6—2所示是图2—1的俯视图。
计算传动装置的总传动比及分配各级
传动比
在前面的方案设计中已确定此次设计的减速器为齿轮传动，并且采用展开式传动。
分配原则：
1、使各级的传动的承载能力大致相同（齿面的接触强度大致相等）。
2、使减速器能获得最小的外形尺寸和重量。
3、使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等，润滑方便。
选用减速器为三级传动，先经过三级减速后，再经过分流得到轧辊所需要的转速和方向，经过综合考虑选得：i1=28.25 i2=4 i3=π
轴名
参数ⅠⅡⅢⅣⅤ
转速(rad/s) 输入功率KW 710 8π2π 2 2
2.2 2.046 1.98 1.925 1.905
传动比28.25 4 π 1
传动齿轮设计： 6.3凸轮5的设计
1)确定凸轮机构的基本尺寸
等加速等减速运动规律的运动规律表达式为： 等加速段： 22
max 02/??δδ= (
00/2
δδ≤≤)
等减速段：
22
max max 002()/???δδδ=-- (
00/2δδδ≤≤)
由以上两个表达式求得：
max
2
4d d ??δδδ= (00/2δδ≤≤) max
02
04()
d d ??δδδδ=- (0
0/2δδδ≤≤) (a+OP) d dt ?=OP d dt δ
， (1)
则 OP/(OP+a)= d d ?
δ。 (2)
将(1)式分子分母同乘d δ整理得：
OP(1-d d ?δ)=a d d ?
δ (3)
由式(3)求出OP 代入式(1)右边得：
a+OP=A/(1-d d ?
δ) (4)
在三角形A
1
B P 中由正统定理有：
000sin(90)sin(90)a OP L
αα??+=
+--- (5)
将式(4)代入式(5)中得：
0(1/)
cos cos()a L d d ?δαα??-=
++ (6)
用
90αγ=-代入式(6)中得： 0(1/)sin sin()a L d d ?δγγ??-=
-- (7)
过点O 作O 1
C //P
1
B ，则
1
OAC ?∽
1
PAB ?，再由式(2)得
11OP d B C L
L
a OP d ?
δ==+ ，
等式(7)正是
1
OAC ?的正弦定理。将等式(6)中的
0cos()
a ??++展开得：
tan a =00(1)cot()[]sin()d L d a ?
δ??α??-
+-≤+ (8) 由等式(8)求得
0(1)cos[]cos([])d L a d a ?
δα??-
≤
++ (9) 将0
[]90[]αγ=-代入式(9)得: 0(1)
sin()sin([])d L a d ?
δγγ??-
≤-- (10)
如果在图中所示位置的接触点1
B 处的压力角正好满足[]a α=，比较式(10)和式(7)
可知，直线1
OC 便是在此位置时满足式(10)以等到式成立的边界。
''0(1)cos([]cos([])
ds
L a d a δα??-
≥
--
(11)
将
'0'[]90[]αγ=-代入式(11)得：
''
0(1)
sin()cos([])ds L a d δγγ??-
≤++ (12)
选取凸轮机构为滚子从动件凸轮机构。滚子半径r r =(0.1—0.5) 0r ，取r r
=5.4mm 。
2)凸轮廓线的绘制
①选定角度比例尺，摆杆的角位移曲
线，如图所示，将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分。
②选定长度比例尺，作以O 为圆心以
OB=0r
为半径的基圆；以O 为圆心，以OA=a
为半径作反转后机架上摆杆转动中心的圆。
③自A 点开始沿-ω方向把机架圆分成与图中横坐标相应的区间和等分，得点
123,,...
A A A ，再以
123,,...
A A A 为圆心，以AB=L
为半径作弧与基圆交于点
'''123,,...
B B B ，得线
段
'''112233,,...
A B A B A B 。
④自线段
'''112233,,...
A B A B A B 开始，分别作123,,...???，使它们分别等于图中对应
的角位移，得线段
112233,,...
A B A B A B 。
⑤将点
112233,,...
A B A B A B 连成光滑曲线，它就是所求理论轮廓线。
⑥实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法作出，如图所示。
6.4成品的尺寸设计
包装尺寸：长×宽×高 1650×810×1300 重量：150kg
七、速度、加速度分析
速度分析图
加速度分析图
机构实际运动曲线与理论曲线有一点误差，因为机构实际运动时有振动，摩擦等外界影响。而理论曲线是通过公式计算求得，是理论状态下的曲线。
八、结束语
紧X的课程设计顺利结束了。在这设计过程中，我从原来对本专业并不十分了解的状况下,开始系统的运用了所学的机械基础知识，加深了对专业知识的理解和掌握.并且,培养了我查阅机械类书籍的能力,为我以后的学习打下了扎实的基础。
机械学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识。
最后，非常感谢老师的关心指导和其他同学的帮助。
九、参考文献
[1]牛鸣岐,王保民,王振甫.机械原理课程设计手册.:XX大学,2001
[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会编. 机械工程手册第59篇、冲压机械化与自动化. ：机械工业.1982
[3]王知行,X延荣.机械原理.:高等教育,2000
[4 ]XX工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）. ：高等教育. 1993
[5]陈秀宁.机械设计课程设计.：XX大学.1995
《机械原理课程设计》指导教师评审意见