医用棉签卷棉机设计机械原理课程设计

高新学院

机械原理课程设计

题 目：医用棉签卷棉机

专业班级：机械设计制造及其自动化机单1002班 姓 名：李军

学 号：24 指导教师：程安宁

时 间：2021 年 7 月 2 日

任务书

姓名 李军 学号 24 专业班级 机单1002 题目：医用棉签卷棉机 完成时间：2012年7月13号 具体内容及进度要求： 医用棉签的日耗量很大，以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制，工作量很大，为提高工作效率拟用机器代替手工卷制棉签。 棉签卷制过程可以防照手工方式进行动作分解，亦可另行构想动作过程。按照棉签的手工卷制方法进行分解后得到： （1）送棉：将条状棉通过机构定时、适量送入； （2）揪棉：将条状棉压（卷）紧并揪棉，使之揪下定长的条棉； （3）送签：将签杆送至导棉槽上方与定长棉条接触； （4）卷棉：签杆自转并引导棉槽移动完成卷棉动作。 其中：7月 2 日：查阅资料、熟悉题目 7月 3、4 日：方案分析、比较 7 月5、6 日：平面机构尺度综合、运动分析 7 月9、10 日：平面动态静力分析 7 月11、12日：绘制方案图、整理设计说明书 7 月13 日：答辩 指导教师 程安宁 2012 年 07月02日

医用棉签卷棉机

机械原理课程设计针对某种简单机械进行机械运动简图设计，包括机械功能分析、工艺动作进程确信、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，培育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大体要求，达到借助运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性能够实现送棉、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，卷棉部份长约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，卷棉机构和电动机组成。 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，但现在要将棉条压住。我所设计的两种方案中采纳两滚轮压紧棉条，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进展，机械产品种类日趋增多，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，还要依照利用要求和功能分析，设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作靠得住、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、深切的实践性教学，培育学生机械系统运动方案设计、创新设计及应用运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械进行机械运动简图设计，包括机械功能分析、工艺动作进程确信、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，培育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大体要求，达到借助运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。

具体来讲，确实是依照给定机械的工作要求，确信机械的工作原理，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要紧参数，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，对各类运动方案进行分析、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，确信其运动参数。

二、总图

三、拟定方案

一、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所采纳的送棉机构是如图3—1所示的槽轮机构。其要紧由槽轮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持续转动时，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。当主动轮持续转动时，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所采纳送棉机构是如图3—2

所示的不完全齿轮机构。其要紧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持续转动时，当第一枚齿还未抵达棉条时，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，直到最后一枚齿离开滚轮，

而停止送棉。当主动不完全齿轮作持续转动时，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份是由橡胶模具制成。 分析其缘故如下： ①

考虑到棉花很软，如利用钢制不完全齿轮，在抓棉时很容易将棉条抓断；利用外圈为橡胶齿的不完全齿轮，质地相对柔软，又有弹性。 ② ③

若是橡胶齿磨损，能够及时改换。

橡胶齿轮与钢制齿轮的造价相较较，前者较为经济。

二、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所采纳的楸棉机构如图

3—3所示。其要紧由主动凸轮、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持续转动时，推动构件3，使之往下运动进而压住棉条，由于构件3恰好与刀具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缓和冲机构的益处：

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

一、4——爪轮 2——棉条 3——橡胶块

方案b所采纳的楸棉机构如图3—4

所示。其要紧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 二、4——输送机

构 3——签杆 五、8——条棉 6——导棉槽 7——静止摩擦片

方案a所采纳的卷棉机构如图3—5所

示。起要紧由主动输送机构、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，现在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 所采纳的卷棉机构如图3—6所示。起要紧由卷轮、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2一眼前进，一面自转，现在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，且有必然的压紧力，使条棉卷在签。 4、拟定运动循环图 分配轴转角 送棉机构 压棉楸棉机构 送签机构 卷棉机构 0 °30° 60° 90° 120° 150° 180 °210° 240 °270 °300 °330 °360° 定量送棉 爪轮间隙运动 带轮转动送签 间隙运动 爪轮转动摩擦楸断棉 爪轮间隙运动 压板提供压紧力 开始卷棉 四、执行方案

依照上述，我已经分析了a,b两个方案的各构件的功能特点。此刻对它们进行最正确组合。如图 方案a

1——漏斗状签箱 二、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、方案的评判

评判方案表：方案评判(1)

评价项目 号 功能目标完成情况 很好 好 较好 不太好 不好 工作原理的先进性 先进 较先进 一般 落后 高 评价等级 评价尺度（评价分数） 10 8 5 3 0 10 8 4 0 10 系统的工作效率 较高 一般 低 8 4 0 10 8 4 0 10 5 0 10 8 4 0 10 8 4 0 10 5 0 10 8 4 0 10 5 0

系统机械传动的精度 高 较高 一般 低 简单 较复杂 复杂 可靠 较可靠 一般 不可靠 新颖 较新颖 一般 不新颖 实用 不实用 低 高 较高 好 不好 ④ 10 8 ⑤ 5 10 ⑥ 10 10 ⑦ 8 8 ⑧ 4 4 ⑨ 4 8 ⑩ 10 10 系统的复杂程度 6 系统方案的可靠性 系统方案的新颖性 性 系统方案的实用一般 成本 0 项目 ① 方案 a b 5 8 4 8 8 8 ② 问题 ③ 系统方案的经济较低 系统方案的环保较好 累计得分 58 72 方案评判（2）

“＋＋”：“专门好”，

“＋”：“好”，“－”：“不行”。

成本低 便于加工 结构简单 便于方便 操作方便 总计 ++ + + + ++ 7“+”， 1个“—” 方案b + 5个“+” 方案评价标准 方案a 显而易见，综上所评方案a为最正确方案。

六、系统设计数据处置（尺寸）

方案a的数据处置

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

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=/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

传动机构的尺寸设计及数据处置 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派各级传动比

在前面的方案设计中已确信

这次设计的减速器为齿轮传动，而且采纳展开式传动。 分派原那么：

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、使减速器能取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，先通过三级减速后，再通过度流取得轧辊所需要的转速和方向，通过综合考虑选得：i1= i2=4 i3=π 轴名 参数 转速(rad/s) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 710 8π 2π 2 2 传动比 效率 传动齿轮设计： 齿轮 参数 齿数 8 32 16 32 3 4 5 6 4 π 1 输入功率KW 模数 mm 5 5 5 5 凸轮5的设计

1)确信凸轮机构的大体尺寸

等加速等减速运动规律的运动规律表达式为：

222/max0等加速段： (00/2) 等减速段： max2max(0)2/20由以上两个表达式求得：

dd4max20 (00/2) dd4max2(0)0 (0/20) dd(a+OP) dt=OPdt， (1)

d那么 OP/(OP+a)= d。 (2)

将(1)式分子分母同乘d整理得：

ddOP(1-d)=ad (3)

由式(3)求出OP代入式(1)右边得：

d a+OP=A/(1-d) (4)

在三角形AB1P中由正统定理有：

aOPL

sin(900)sin(9000) (5) 将式(4)代入式(5)中得：

aL(1d/d)coscos(0) (6)

用

900代入式(6)中得： 0/20)

(aL(1d/d)sinsin(0) (7)

过点O作OC1B1OAC1PAB1L(1B1C1LOPdLaOPdOAC1cos(a0)add)L(1)cos[a]d[]dcot(0)asin(0)cos([a]0)[]900[]dds)L(1)cos([a']addsin()sin([]0)B1a[]OC1cos([a']0)[']900[']L(1ds)ad'sin()cos([']0)rrr0rrr0A1,A2,A3...A1,A2,A3...B1',B2',B3'...L(1A1B1',A2B2',A3B3'...A1B1',A2B2',A3B3'...1,2,3...A1B1,A2B2,A3B3...A1B1,A2B2,A3B3...150k

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且,培育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，内容丰硕，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。相信咱们工科学生在进行了熟悉实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，专门是以后毕业设计对整个大学时期的知识的把握会加倍牢固。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，必然能更好的把握机械知识。

最后，超级感激教师的关切指导和其他同学的帮忙。 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.重庆:重庆大学出版社,2001 [2]

[3]王知行,刘延荣.机械原理.北京:高等教育出版社,2000

[4 ]哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学（第五版）. 北京：高等教育出版社. 1993

《机械原理课程设计》指导教师评审意见

评审意见： 评审成绩： 评阅教师： 年 月 日