报告。设计题目：自动订书机运动方案设计。
班级： 072071-34
设计者： 汪超
指导教师： 曾小惠王玉丹。
中国地质大学机电学院。
2024年7月。
目录。一、题目3
二、设计课题及任务3
2.2设计课题3
2.2设计任务3
2.3设计提示4
三、运动方案设计4
3.1传动装置4
3.2工作构件5
四、尺寸设计8
5.1齿轮设计8
5.2凸轮设计9
5.3支架设计12
五、工作总结13
6.1方案总结13
6.2实习总结13
六、附录14
7.1用c语言完成推杆运动规律及凸轮轮廓曲线设计源程序**……14
7.2参考资料14
一、题目：自动订书机方案设计。
二、设计课题及任务。
1、设计课题。
设计自动订书机。在日常生活中，我们经常遇到批量装订问题，如打印店里装订已打印的纸张、出版社小批量装订图书、实验室装订试验报告册等。如果使用传统方法装订，即普通订书机，工作效率太低且耗费人力；如果使用大型的装订机，成本太大，不实用。
学习了机械原理课程设计之后，我们知道了凸轮机构具有传递力和运动的特征，从而联想到把订书机的往复运动与凸轮的往复运动联系起来。如果使用小型电动机，通过齿轮变速后，可以带动凸轮转动，将力和运动传递给订书机，使之形成有规律的周期运动，从而实现订书功能。主要构件如下：
电动机、二级变速齿轮、凸轮、支架、螺钉和订书机。
本装置采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数如下：
凸轮转速：30r/min
订书机工作周期：2s
订书机一次执行的最大订书量：厚度<=0.3cm
2、设计任务。
自动订书机应包含凸轮机构和齿轮机构两种常用机构。
根据自动订书机工作周期确定凸轮的转动周期以及各齿轮的传动比。
画出自动订书机的运动方案简图，并用运动循环图分配各机构运动节拍。
凸轮的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线。
对凸轮机构、支架、订书机最前段进行速度、加速度分析，绘出运动曲线。
齿轮机构的设计和计算。按自动订书机的工作周期确定凸轮的传动周期及各齿轮的传动比，从而确定其齿数和规格。
编写设计计算说明书。
3、设计提示。
支架采用杠杆结构可以使凸轮作用较小的力，在订书机的一端获得较大的力，从而可以抵抗纸张的作用反力。
支架右端使用u型接口，可方便订书机的拆卸。在订书量很少时，使用自动订书机需要外接电源等步骤，此时可松下固定螺钉，卸下订书机，实现人工单个订书，用完又可装上，既方便又快捷，不丧失计算机的原本订书功能。
支架中间设置一个弹簧装置，可使一次工作行程完成呢个后，支架与凸轮任然保持接触，订书机被拉起来，从而为更换加工件赢取时间。
所有设计完成后，应有一个包装箱，将凸轮轴、机架、电动机及传动齿轮固定在上面，之后订书机露在外面方便拆卸。
三、运动方案设计。
1、传动装置。
根据设计要求，从动件运动周期为2s，故选用较低转速的电动机。根据题意在市场上容易实现的电动机且转速较低的电动机为8极同步转速电动机，750r/min。
方案一：皮带传动。
采用传送带传动，实现力和运动从电动机传递到凸轮。优点是传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小；缺点：容易打滑，不能实现较大力的传动，且两轮之间存在空隙，占用了较大的空间，使整个机构显得臃肿。
方案二：齿轮传动。
用定轴轮系减速，由于传动比较大，故采用二级齿轮减速。此方案的优点是，标准直齿轮便于加工，设计简单容易实现。缺点：
一方面，传动比过大，用定轴轮系传动时，占用的空间较大；另一方面，齿轮机构传递运动，当级数较多时，容易使传动比发生变化，从而影响整个机构的工作周期。
综合两种方案，根据我们提出的设计要求，本装置应注重方便，快捷，小巧。皮带轮更适合用在高速旋转的机构中，我们的设计中电动机的转速为750r/min，转速较低，故选择方案二，即用二级齿轮进行传动。
2、工作构件。
订书机在一次订书任务中的工作流程图如下：
s 0 0.33 0.662 t/s
0—0.33s为工作行程，0.33—0.66s为回程，0.66—2s为近休。当一周期内处于0.66—2s时，工人完成送料。
方案一：用四连杆机构实现推杆的往复运动。
用四连杆结构实现推动推杆实现往复运动，当原动件1做周转运动时，从动件2作摆动，从而带动推杆运动。该方案的优点是连杆机构可传递较大的力。耗材少，制作简单，轻巧方便，节省空间。
缺点是：由于运动复杂，分析较为困难，杆系较多，设计时累计误差较大。
方案二：用凸轮机构实现推杆的往复运动。
用凸轮机构传递运动和力。凸轮从电动机传递过来的主动力，带动凸轮做周期转动。在近休阶段，支架杆保持静止；在推程阶段，凸轮推动支架杆运动，支架将凸轮作用的力传递给订书机，使之完成订书任务；在回程阶段，支架由于左边重力大于右边，将与凸轮保持接触，订书机被拉起来。
缺点：凸轮的轮廓由于长时间传递较大的力而发生磨损，影响工作精度，甚至能导致订书工作不能正常完成。优点：
设计简单，运动模型容易实现。
凸轮简图。将方案一和方案二的比较，根据我们的设计要求，两种工作构件均能满足，但凸轮机构有近休，允许工人在更长的时间内换料，要求较低，减少工人的疲劳度，最终确定传递力和运动选择凸轮机构。
最终确定的方案总设计简图：
四、尺寸设计。
1、齿轮设计——采用标准齿轮。
传动比：z=z1*z2=25
齿轮安装时注意事项：各齿轮之间应精密配合，中心距应严格控制在误差允许的范围内，由于齿轮传动会产生较大的切向推力，应留有一定的传动侧系，以保证储油润滑。齿轮2与齿轮3应固结在一起，中间不要用较长的轴连接，这样在传递力的过程中轴不会产生太大的力矩，同时又能节省空间。
齿轮1直接与电动机相连，齿轮2直接与凸轮相连接。
二、凸轮设计。
设计参数：基圆半径：r=50mm
推杆行程：h=40mm
偏心距：e=0
凸轮运动角速度：ω=2π/3。逆时针转动。
近休止角δ1=4π/3
推程运动角δ2=π/3
远休止角δ3=0
回程运动角δ4=π/3
推程许用压力角[α1]=30°
回程许用压力角[α2]=70°
凸轮转动一周分三个阶段：
1、近休，此过程推杆保持静止，近休止角为4π/3。
2、推程运动，此过程推杆左端向上运动，右端向下运动，属于工作行程，推程运动角为π/3。
3、回程运动，此过程推杆左端向下运动，右端向上运动，回程运动角为π/3。
设计提示：1、 推程运动选用正弦加速度运动规律。因为凸轮的转速为30r/min，采用正弦加速度运动，可避免冲击。
订书机工作时，会产生较大的反作用力，同时，订书机订书在装订过程中，尺寸要求严格，故凸轮的轮廓尺寸必须严格控制在误差范围之内，这就要求凸轮在长时间工作时不发生大的磨损。若有刚性冲击或柔性冲击，凸轮就会受到较大的惯性力，从而产生磨损。正弦加速度运动既无刚性冲击，也无柔性冲击，故凸轮推程运动选择正弦加速度运动。
2、 回程运动选用余弦加速度运动规律。在订书机完成一次订书任务后，没有力的作用，既对凸轮没有磨损，余弦加速度运动不会产生刚性冲击，故回程运动选用余弦加速度运动。
3、 不设计远休，并且近休止角较大都是为了有充足的时间在工作台上移走已订好的纸张，移入下一批待订纸张。
4、 推程运动角设计较小是为了使订书机在较短的时间内发生较大的位移，产生较大的加速度，从而在订书时有很大的惯性力作用在纸张上，更能保证订书工作的完成。
推杆一周期内位移曲线图如下：
推杆位移曲线方程：
1、 推程（正弦加速度运动规律）：s=h*((2)-sin(2 *π2)/(2*π)
2、 回程（余弦加速度运动规律）：s=h*(1-cos(π*2))/2
3、 近休：s=02*π/3<δ<2*π)
凸轮轮廓曲线方程：
1、 推程：x=(50+40*(3*δ/sin(6*δ)2*π)cosδ
y=(50+40*(3*δ/sin(6*δ)2*π)sinδ
2、回程：x=(50+20*(1- cos(3*δ)cosδ
y=(50+20*(1- cos(3*δ)sinδ
3、近休：x=50*cosδ
y=50*sinδ
根据公式，δ每5°取一个值（用c语言程序实现，源文件及数据见附录），计算出相应的推杆位移s、凸轮轮廓坐标（x、y）
用c语言完成推杆运动规律及凸轮轮廓曲线程序运行截图：
由结果可得，推程最大压力角和回程最大压力角均未超过许用值。
将上述数据导入到excel中，绘制凸轮轮廓曲线，如图：
三、支架设计
当订书机处于订书位置时，推杆应处于最大位移，如图，r+h=90mm。可根据杠杆原理及几何知识，设计出支架的参数。由于订书机在订书过程中会承受较大的反作用力，而凸轮的推力有限，故l1应比l2大。
机械原理课程设计
旋转型灌装机。学院 汽车与交通。专业 车辆工程。班级 车辆123 姓名 学号 指导老师 韦丹柯。日期 2014.6.30 1.设计题目。1.1 设计条件。1.2 设计任务。1.3 设计提示。2.原动机的选择。3.传动比分配。4.传动机构的设计。4.1 减速器设计。4.2 第二次减速装置设计 4.3 ...
机械原理课程设计
题目7 专用精压机设计 4人 一 工作原理及工艺动作过程。专用精压机是用于薄壁铝合金制件的精压深冲工艺，它是将薄壁铝板一次冲压成为深筒形。如图1 a 所示，上模先以比较小的速度接近坯料，然后以匀速进行拉延成形工作，以后，题目7 专用精压机设计 4人 一 工作原理及工艺动作过程。专用精压机是用于薄壁铝...
机械原理课程设计
1设计题目 牛头刨床。1.为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系数在1.4左右。2.为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3.曲柄转速在60r min,刨刀的行程h在300mm左右为好，切削阻力约为7000...