3757 医用棉签卷棉机设计
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塔里木大学毕业论文(设计)开题报告课题名称 医用棉签卷棉机设计 学生姓名 唐奇伟 学 号 8031208116 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 12-1 指导教师 肖爱玲 起止时间 2011.12.07-2011.12.22 机械电气化工程学院教务办制一、 本课题来源及研究的目的和意义1.1 课题来源全自动棉签机是按照国家卫生标准自动设计和制造的一种自动化程序高、 高速、高效生产卫生棉签。自动卷棉设备它填补了国内空白.该机能制造棉签, 具有综合性能强,棉头饱满、表面光洁、外形均匀、棉头与棒体缠绕牢固,产品 完全达到国家要求标准,该机可根据不同用途的棉签,电子控制调节棉头大小满 足各种使用要求。该机每小时可生产棉签 3600 支,克服了传统手工卷制效率低、 棉签头大小不均、卫生条件差的缺点。1.2 研究目的本设备适用范围可以用于个卫生材料厂,也适用于棉签用量大的大中型医 院, 家庭小型企业, 创业致富的好途径。 我所设计的棉签机实现了送棉, 楸面棉, 送签和卷棉于一体的全自动化功能。 其主要设计思路来自于对手工卷棉动作分解,然后按照相应功能的机构部件 进行设计,对比,选定,以及优化组合.综合利用槽轮机构的间歇运动,凸轮连杆的 往复运动,不完全齿轮的间歇运动,摩擦轮机构以及减速器的定植调速比的设定. 定量送料,定位传送和摩擦压力的设计都需要人工数据处理.1.3 研究意义医院应用的棉签日耗量很大,以往均由医护人员在值班间歇中用手工卷制,工作量很大,拟用机器代替手工卷制棉签。提高效率。二、医用卷棉机所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析2.1 研究现状中国卷棉机市场分析及竞争策略研究报告是基于中经先略市场咨询中心对卷棉机市场广泛、深入的调查,并结合国家统计局、商务部、工商部门、海关、行业协会等官方权威数据,由中国产业发展研究网专家团队共同完成。2.2 问题分析主要针对卷棉机进行市场及竞争分析,重点对竞争进行了深入系统的研究,主要包括:宏观经济环境、行业总体发展、市场运行分析、进出口状况、替代品发展、关联行业发展、竞争格局、竞争策略、主要企业竞争等。三、所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析3.1 任务要求制作出用机器代替人工卷棉的机器,具有效率的卷棉机3.2 实现预期目标的可行性分析1)根据工艺动作要求拟定运动循环图。2)进行送棉、揪棉、送签、卷棉四个机构的选型,实现上述 4 个动作的配合。3)机械运动方案的评定和选择。4)根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案;5)画出机械运动方案简图(机械运动示意图);6)对机械传动系统和执行机构进行尺寸计算。四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路4.1 重点研究本课题重点研究的是医用卷棉机的设计问题4.2 关键问题关键的问题在于揪棉。我们用手工方式揪棉时,首先要用两只手的拇指和食指分别在两处捏紧,然后相对拉扯,揪下定长的条棉。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,使揪棉时,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;(4)条棉厚薄不匀时,机构能自动调整压紧力,或者揪棉时发现压紧力不够,要能加以调节。4.3 解决的思路设计方案上的思路可归纳为下 4 点:1)送棉可采用两滚轮压紧棉条、对滚送进,送进方式可采用间歇运动,以实现定时定量送棉。2)揪棉时应采用压棉和揪棉两个动作,压棉可采用凸轮机构推动推杆压紧棉条,为使自动调整压紧力中间可加一弹簧。揪棉可采用对滚爪轮在转动中揪断棉条。3)送签可采用漏斗口均匀进出签杆,为避免签杆卡在漏斗口,可将漏斗作一定振动。4)卷棉可将签杆送至导棉槽,并使签杆产生自转并移动而产生卷棉,如采用带槽的塑料带通过挠性传动来实现。五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法5.1 工作条件多齿轮传动和双曲柄传动5.2 解决的办法在设计中,我们发现这个机构的执行原件比较多,要联系各执行原件必然要联系很多机构,因此执行原件的传动机构采用齿轮传动和双曲柄传动(此设计要采用齿轮 20 多个),由于齿轮传动为高副,在 adame 下分析较慢,因此运动的分析大多是在 eolidwomke 的高副分析能力较弱,因此造型的时候能采用也是最简单最经济的一种方案。六、完成本课题的工作方案及进度计划6.1 工作方案1、原始数据及设计要求(1)棉花:条状脱脂棉,宽 2530 mm,自然厚 45mm。(2)签杆:医院通用签杆,直径约 3mm,杆长约 70mm,卷棉部分长约2025mm。(3)生产率:每分钟卷 60 支,每支卷取棉块长约 2025mm。(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。工作原理及工艺动作流程图6.2 进度计划第 1-2 周 准备阶段,搜集有关资料,准备参考资料。第 3-4 周 请教指导老师,去校工厂进行测量,比较,决定设计方案。第 5-6 周 根据工作要求,查阅相关手册,对各部分机构设计、计算,画草图。第 7-8 周 运用 AutoCAD 软件,设计工作视图。第 9-10 周 从工艺性能,经济性能,实用性能等方面对产品进行综合评价,校核,修订七、工艺分解与方案设计7.1 工艺分解按照医院用棉签的手工卷制方法,应有取棉、揪棉、取签、卷棉四个动作。用机器卷制棉签时,仿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。下面就依此工艺动作为例,介绍构思机构方案的过程。1送棉将条状棉通过机构定时、适量送入压(夹)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段时把棉条拉向前进,定非直线段时从棉条中退出;也可用两滚轮压紧棉条、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。2揪棉用手工方式揪棉时,首先要用两只手的拇指和食指分别在两处捏紧,然后相对拉扯,揪下定长的条棉。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,使揪棉时,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;(4)条棉厚薄不匀时,机构能自动调整压紧力,或者揪棉时发现压紧力不够,要能加以调节。3送签在揪下的棉块落入导棉槽后,将签杆送至导棉槽上方与棉块接触。要使一堆签杆分成一根一根送至确定位置,有不少办法,常见的方法是将一堆签杆放入漏斗状的签箱 1 中,如图 2.40 所示。由漏斗口限制签杆 2 只能一根一根地通过,再由漏斗口下的输送构件 3 签杆一根一根地送走。为防止斗内签杆相互挤卡住,所以可设法使漏斗振动,或用其它方法使斗内签杆获得松动的机会,从而使签杆能顺利地漏出斗口。4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。或者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。5方案总成 总体布置实现各工艺动作的机构方案选定以后按照操作方便,运动链短,调整、维修方便,体积小,外形美观等要求合理布置各机构的位置,称为总体布置。卷棉签机机构布置方案:机构的主要参数大致选取如下:槽轮机构用单销四槽,中心距约 50 mm;辊轮直径根据送棉长度和辊轮转角确定,约取直径 D30 mm;凸轮机构的升程,根据条棉被压紧后的厚度再加调压结构裕量选取约 10 mm,凸轮轴径取d12mm;机构 I 中爪轮的直径根据楸棉动作的转角和行程长度决定,建议取60 mm;取各机构主动轴间齿轮的传动比 i1 ,m11 5mm,中心距60mm。7.2 方案设计1方案设计和总体布置大体思路已如上述,某些细节和机构的选择尚需设计者深入构思,分析优缺点后确定。总体布置和大致尺寸确定后,也许尚有不合适的地方,需重作调整。选择方案时要注意:(1)传动路线要简短,机构要简单。(2)采用的运动副形式要适当。尽可能优先采用结构简单、制造方便、效率较高的转动副。(3)传力性能好。(4)制造容易,装配方便。此外,特别要注意机构执行构件实现的工艺动作是否优质、可靠。2绘制机构总体布置简图和运动循环图为了使工艺动作协调配合,并尽可能选择更合理的参数,必须在作机构具体设计前,合理地规定各机构执行构件开始运动、实际工作和终止运动的时间(或相应机构主动件的位置),即编制机构运动循环图。3机构设计根据运动循环图确定各执行构件的运动规律,定出相应机构主动件的运动角,再根据总体布置允许的空间尺寸等条件确定某些必须由设计者确定的构件尺寸,并设计各机构。因为各机构型式的选择取决于揪棉的方式,所以应首先确定揪棉机构,然后再设计送棉机构或送签机构、导棉槽和卷棉机构。4运动和动力特性分析根据设计结果,作必要的运动、动力特性分析和检验。5绘制机构系统的运动简图八整理说明书及完成本课题的工作方案8.1 整理说明书设计说明书中应包括设计题目、原始数据及设计要求、方案设计和选择的论证、机构运动循环图、机构设计参数的选取和计算结果(用图解法时保留作图辅助线,用计算机辅助设计时要有机构运动简图、数学模型、标识符说明表、计算程序框图、打印的程序及运行结果)以及对设计结果的评述。8.2 完成本课题的工作方案:第一:充分的利用身边的各种资源,如:网络文献、我校的图书馆中的于此设计相关的藏书、我校的数字图书库等。在这里面收集大量的相关文献。仔细阅读,寻找相关的知识,希望能从寻找和学习的过程中有所启发有所感悟。第二:要从新深入的研习相关的力学知识,要进行计算,根据所需要的动力选择相应的电动机,这是我们在设计中要达到经济性的必要手段。第三:在遇到不懂得问题时,要积极联系指导老师,虚心向指导老师求教不懂得问题;同时可以与相关课题的优秀同学交流,求教。九、卷棉机的优点及缺点 (一)优点: 优点: 1.结构较为紧凑,简单,生产成本低. 2.执行原件间运动关系看齿轮来完成,稳定性好. 3.间歇运动机构采用不完全齿轮,可靠性高,条件适应性强(由于此机械 的加工材料为棉花,会有棉絮产生,因此对机械的条件适应性有一定要求) . 4.加工的过程为流水线式加工,一旦工件出现问题,查找及维修较容易. 5.执行原件多为底副,噪音较小. 6.具有良好的扩充性,如加装气动或 PLC 后,可以使原件间传动的关系更 为简便. 7.自动化程度高,全过程完全不需要有人参与. 8.整体运动过程中没有速度突变,原件受用寿命较高. 9.体积小. (二)缺点: 缺点: 1.由于是四杆机构,所以机械效率较低. 2.不完全齿轮在工作的时候小轮会有一定的震动, 尽管采用了变为修正 (具 体尺寸可参照上面尺寸设计的表格) ,但小轮磨损仍可能较快,因此加工的时 候应采用特殊处理工艺. 3.四杆机构的使用是系统不够紧凑,体积上比第一种方案大. (三)解决方案: 解决方案: 1.当用户对系统的工作效率要求较高时,可采用齿轮齿条机构代替四杆机 构作为卷棉机构. 2.在允许成本有一定提高的情况下,可以将进棉条机构采用步进电机控制 齿轮机构,可以获得更好的机械性能.十、主要参考文献:1徐颖.机械设计手册(第 3.4.5 卷) 北京:机械工厂出版社.20012王晓晴.机械制图.武汉:湖北科学出版社 .20043何兆太.毕业设计指南.武汉:中国地质大学出版社.20034吴宗泽.高等机械设计.北京:清华大学出版社.20055彭文生等主编 .机械设计.武汉:华中理工大学出版社.20046黄锡凯.郑文伟主编. 机械原理.北京:高等教育出版社.20047邓星钟.机电传动控制.武汉:华中理工大学出版社.20078机械工程手册编委会.机械工程手册(第 8 卷). 机械工业出版社.20089藤森洋三(日) .机构设计实用构思图册.机械工业出版社.200310朱正心.机械制造技术.北京:机械工业出版社 .200111苏建修.机械制造基础.北京:机械工业出版社 .200512陈立德.机械设计基础.北京:高等教育出版社 .200213张定华.工程力学 北京:高等教育出版社.2005
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