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機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課程設(shè)計(jì) 題 目 自動(dòng)售報(bào)機(jī)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 號 05021103 作 者 陳林用 2011302985 趙 明 2011301255 趙 哲 2011301256 鄭冰超 2011301257 周楨良 2011301258 指導(dǎo)教師 劉嵐、郭輝 完成日期 2015.01.22 目 錄 機(jī)械專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 3 一、緒論 5 二、功能原理設(shè)計(jì) 6 三、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 8 四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 10 五、總結(jié)與體會(huì) 15 六、參考文獻(xiàn) 16 機(jī)械專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一． 指導(dǎo)思想和要求 對于機(jī)械的整機(jī)及其各組成部件的工作原理和總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械整體整機(jī)的總體功能目標(biāo)要求。完成機(jī)械的工作原理及整機(jī)簡圖各1張，設(shè)計(jì)說明書1份（大于15頁）。說明書的論述重點(diǎn)在于原理方案構(gòu)思過程的論證、分析和說明，對于整機(jī)的主要性能參數(shù)作簡單計(jì)算。 二． 設(shè)計(jì)題目 自動(dòng)售報(bào)機(jī)設(shè)計(jì) 三． 設(shè)計(jì)人員 組長： 陳林用 成員： 趙明、趙哲、鄭冰超、周楨良 四． 基本要求和進(jìn)度 要求： 設(shè)計(jì)一種可以放置于公共場所自動(dòng)售報(bào)紙的機(jī)器（裝置），顧客投入（推入）一枚硬幣就可以自動(dòng)彈出（送出）一份報(bào)紙。 考慮可選擇購買不同報(bào)紙。 進(jìn)度： 第一周：收集資料、查閱有關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行原理方案構(gòu)思。完成執(zhí)行構(gòu)件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理設(shè)計(jì)。 第二周：完成整機(jī)的工作原理、功能關(guān)系及總體方案設(shè)計(jì)，繪制總裝簡圖。 第三周：整理設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。 附注：查閱和學(xué)習(xí)有關(guān)書籍、期刊及最新資料（包括專利和網(wǎng)上資料），進(jìn)行集體討論、構(gòu)思，分工協(xié)作，充分發(fā)揮自己的想象力、創(chuàng)造力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械最完滿與最合理的功能。 機(jī)械=執(zhí)行系統(tǒng)+傳動(dòng)系統(tǒng)+動(dòng)力系統(tǒng)+操縱控制系統(tǒng) 建議參考: 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中第二章——機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)。 一、緒論 曾幾何時(shí)，報(bào)刊是人們傳播和獲取信息的最主要手段，而如今，盡管報(bào)刊等仍是大多數(shù)人日常生活中獲知信息和知識的一個(gè)重要途徑，但隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的快速發(fā)展以及人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)和精神生活需求，報(bào)刊等傳統(tǒng)傳媒遭遇到了前所未有的巨大挑戰(zhàn)，如何在新技術(shù)新挑戰(zhàn)面前更好地發(fā)展傳統(tǒng)傳媒是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問題。目前大多數(shù)報(bào)刊發(fā)行存在成本高、銷售方式不靈活、廣告宣傳不突出等缺點(diǎn)。本課題小組針對當(dāng)前報(bào)刊發(fā)行存在的缺點(diǎn)，將LED顯示、多個(gè)自動(dòng)售報(bào)模塊組織在一個(gè)框架內(nèi)研制成一種自動(dòng)售報(bào)機(jī)，可較好地應(yīng)對現(xiàn)代傳媒挑戰(zhàn)，從而更好地發(fā)展傳統(tǒng)傳媒。同時(shí)，自動(dòng)售報(bào)機(jī)不僅有利于增加各媒體的報(bào)刊雜志的發(fā)行渠道和發(fā)行量，而且還有利于規(guī)范整個(gè)城市的市容市貌，適應(yīng)城市信息化建設(shè)的需要。 目前，自動(dòng)售報(bào)機(jī)普及率很低，主要原因除了故障率高、出報(bào)不準(zhǔn)確以外，更重要的原因是報(bào)刊適應(yīng)性差、信息反饋不及時(shí)、公眾關(guān)注度不夠等，在現(xiàn)代技術(shù)條件下缺乏市場競爭力。提高傳統(tǒng)自動(dòng)售報(bào)機(jī)的性能還需從其結(jié)構(gòu)上進(jìn)行技術(shù)提升，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，可把自動(dòng)售報(bào)機(jī)結(jié)構(gòu)可分為三類。文獻(xiàn)[1-8]中的自動(dòng)售報(bào)機(jī)機(jī)構(gòu)利用控制裝置限制取報(bào)數(shù)量，依靠報(bào)紙重力下落至出報(bào)口；其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是取報(bào)口低、報(bào)紙上架麻煩、易卡滯。文獻(xiàn)[9-14]中的自動(dòng)售報(bào)機(jī)是靠摩擦輪或者推桿把報(bào)紙推出去的，克服了報(bào)紙上架麻煩的缺點(diǎn)，但存在報(bào)紙適應(yīng)性差的問題，對多頁報(bào)紙或較薄的報(bào)紙仍存在可靠性差的問題。文獻(xiàn)[15-16]中的售報(bào)機(jī)是利用真空吸盤拾取報(bào)紙，依靠報(bào)紙重力自由落下或沿斜面滑下，依然存在易卡滯的問題。 實(shí)際上，自動(dòng)售報(bào)機(jī)在國際上已有幾十年的發(fā)展歷史，根據(jù)使用環(huán)境的不同，各個(gè)國家和地區(qū)售報(bào)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能也不盡相同。歐美等國家的自動(dòng)售報(bào)機(jī)大多是一次投幣即開門任人自覺取報(bào)；日本則是一份一份地售賣，但只能售賣一種報(bào)刊?，F(xiàn)階段我國自動(dòng)售報(bào)機(jī)尚屬起步階段，有很大的發(fā)展空間。相對于國外滿大街?jǐn)[放的即開式自由取報(bào)的售報(bào)機(jī)，國內(nèi)的售報(bào)機(jī)在技術(shù)上相對要復(fù)雜得多，其工作原理也不同，加上人們的使用習(xí)慣和認(rèn)知度不夠，導(dǎo)致了自動(dòng)售報(bào)這種文明售報(bào)方式還未能在報(bào)業(yè)發(fā)行中起到其應(yīng)有的作用。 針對以上現(xiàn)狀，本課題小組擬根據(jù)所學(xué)基本機(jī)構(gòu)原理，結(jié)合前人在自動(dòng)售報(bào)機(jī)設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)，在《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國的國情和百姓閱讀報(bào)刊的特點(diǎn)，針對我國現(xiàn)有的售報(bào)機(jī)的問題，進(jìn)行自動(dòng)售報(bào)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，旨在鍛煉小組成員的設(shè)計(jì)能力以及一定的全局觀念。 二、功能原理設(shè)計(jì) 所謂功能原理設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)為：“尋找一種物理效應(yīng)和相應(yīng)的作用原理”以實(shí)現(xiàn)所追求的“功能目標(biāo)”。即針對某一確定的“功能目標(biāo)”，尋求一些“物理效應(yīng)”并借助某些“作用原理”來求得一些實(shí)現(xiàn)該功能目標(biāo)的“解法原理”。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，本課題小組設(shè)計(jì)題目為機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)：“自動(dòng)售報(bào)機(jī)設(shè)計(jì)”。顧名思義，該自動(dòng)售報(bào)機(jī)的總功能是用戶投入硬幣并選擇報(bào)紙類型，機(jī)器自動(dòng)出售相應(yīng)報(bào)紙。如圖1所示即為用黑箱法描述的該自動(dòng)售報(bào)機(jī)的總功能，即該機(jī)器的功能特點(diǎn)示意圖。 圖1.自動(dòng)售報(bào)機(jī)總功能的黑箱描述 一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的總功能可以逐步分解為很多分功能。根據(jù)自動(dòng)售報(bào)機(jī)的總功能要求，可以將其總功能分解為儲(chǔ)報(bào)、選報(bào)、出報(bào)等分功能。但僅將總功能加以粗略分解為多個(gè)分功能不足以充分表達(dá)各分功能之間相互配合關(guān)系，因此功能結(jié)構(gòu)圖2應(yīng)運(yùn)而生，更好地反映各分功能之間的聯(lián)系和配合。 三、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 前述可知，自動(dòng)售報(bào)機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，不可能脫離電而只進(jìn)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，因此經(jīng)過本課題小組成員討論，在硬幣識別方面決定采用市面上廣泛使用的硬幣識別裝置，一旦硬幣識別成功便產(chǎn)生響應(yīng)，即觸發(fā)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)電路接通電動(dòng)機(jī)電路。其他方面，均采用純機(jī)械方案實(shí)現(xiàn)各部分分功能，從而達(dá)到鍛煉小組成員的設(shè)計(jì)能力以及一定的全局觀念的目的。 為減少不必要的工作量，本課題小組決定對實(shí)際情況進(jìn)行一定的簡化處理，如僅設(shè)計(jì)該自動(dòng)售報(bào)機(jī)能出售三種報(bào)紙、每種報(bào)紙單份價(jià)格均為一元、忽略報(bào)紙頭版顯示裝置等，簡化后的主要結(jié)構(gòu)功能原理方案如下： 選報(bào)機(jī)構(gòu)：用戶根據(jù)需要按下相應(yīng)報(bào)紙按鈕，然后通過連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，將相應(yīng)報(bào)紙對應(yīng)的相當(dāng)于離合器的中間小齒輪沿滑道撥向嚙合，此時(shí)電機(jī)還未通電。用戶投入硬幣后，當(dāng)硬幣識別成功后，在落下儲(chǔ)幣盒的過程中硬幣將觸發(fā)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)接通電磁接觸器線圈，從而接通電機(jī)電路。此時(shí)，經(jīng)電機(jī)—聯(lián)軸器—蝸桿—渦輪—小齒輪—中間小齒輪—大齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)相應(yīng)出報(bào)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 出報(bào)機(jī)構(gòu)：通過鉸接于大齒輪上的連桿帶動(dòng)滑塊沿固定軌道滑動(dòng)，同時(shí)，依靠與滑塊上的通孔相連接的杠桿做類似橢圓運(yùn)動(dòng)，杠桿將橢圓運(yùn)動(dòng)放大，帶動(dòng)另一側(cè)的撥板運(yùn)動(dòng)，從而將相應(yīng)報(bào)紙撥出報(bào)紙支撐板，順滑道落向出報(bào)口，完成出報(bào)。 運(yùn)動(dòng)循環(huán)方面：通過固接于大齒輪上的兩個(gè)撥桿分別撥動(dòng)相應(yīng)開關(guān)，一次運(yùn)動(dòng)循環(huán)將要結(jié)束時(shí)，兩個(gè)撥桿同時(shí)撥開相當(dāng)于離合器的中間小齒輪和電動(dòng)機(jī)電路，從而保證一幣一報(bào)，也就是說一次出報(bào)循環(huán)過程中，大齒輪僅旋轉(zhuǎn)一圈。 之所以選擇撥桿出報(bào)裝置，是考慮到常用的摩擦輪裝置可靠性不高，并且需要對報(bào)紙支撐板設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)，相對來說比較復(fù)雜。 圖3.功能原理圖 上圖所示即為該自動(dòng)售報(bào)機(jī)的功能原理圖，圖中： 1- 點(diǎn)動(dòng)開關(guān)（依靠硬幣沖擊接通）；2-接觸器開關(guān)與線圈； 3-撥桿1（撥斷電機(jī)電路）；4-大齒輪；5-連桿（鉸接于4）； 6-滑槽（限制滑塊軌跡）；7-撥桿2（撥開中間小齒輪）； 8-傳動(dòng)小齒輪；9-渦輪（與8同軸）；10-中間小齒輪； 11-連桿；12-報(bào)紙選擇按鈕（與11共同作用驅(qū)動(dòng)10運(yùn)動(dòng)）； 13-柔性撥桿；14-撥板；15-投幣口；16-同12；17-出報(bào)口； 18-LED廣告窗；19-儲(chǔ)幣盒 工作循環(huán)說明： 用戶按下欲選購報(bào)紙的按鈕12——中間小齒輪10向左移動(dòng)進(jìn)入待嚙合狀態(tài)——用戶投入硬幣——硬幣識別器識別——通過后硬幣下落——沖擊點(diǎn)動(dòng)開關(guān)1——接通接觸器線圈電路——接通電動(dòng)機(jī)電路——聯(lián)軸器——蝸桿——渦輪9——小齒輪8——將中間小齒輪10帶入嚙合傳動(dòng)——大齒輪——連桿5——柔性撥桿13——撥板14——報(bào)紙——出報(bào)口17。 大齒輪旋轉(zhuǎn)一圈后一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，撥桿7撥開中間小齒輪的同時(shí)撥桿3撥斷接觸器線圈電路，進(jìn)而斷開電機(jī)電路，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)工作待命狀態(tài)。 四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 1.電機(jī)選型 考慮到實(shí)際工作需要，要求大齒輪每秒鐘轉(zhuǎn)一圈左右，即設(shè)定一次工作循環(huán)周期時(shí)間約為1s，這樣比較符合實(shí)際情況。 故有：大齒輪1r/s（60r/min）——小齒輪120 r/min（傳動(dòng)比為2:1）——渦輪120r/min（與小齒輪同軸）——蝸桿600 r/min（傳動(dòng)比取為5:1），即取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為600 r/min，對功率無特殊要求，滿足出報(bào)要求即可。 綜上，可選取微型電動(dòng)機(jī)型型號YN60，電機(jī)參數(shù)：(0.25kw-7.5kw, 180-600r/min)即可。然后選取適合的聯(lián)軸器連接電機(jī)輸出軸與蝸桿軸。 2.蝸輪蝸桿選型 考慮蝸輪蝸桿減速比取5:1，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》推薦值，選取蝸桿頭數(shù)z1=6，渦輪齒數(shù)z2=30。同時(shí)取模數(shù)m=2.5mm，查表可知分度圓直徑d1=28mm，d2=m* z2=75mm。 3.大小齒輪選型 考慮大小齒輪減速比取2:1，選取模數(shù)m=2mm。根據(jù)相關(guān)尺寸要求，且自動(dòng)售報(bào)機(jī)精度要求不高，工作環(huán)境不算惡劣，屬于輕載。取與渦輪同軸的小齒輪齒數(shù)z1=35，大齒輪齒數(shù)z2=70。分度圓直徑d1= m* z1=70mm，d2=m* z2=140mm。兩齒輪并不直接嚙合，而是通過一個(gè)相當(dāng)于離合器的中間小齒輪嚙合。中間小齒輪模數(shù)m=2mm，齒輪大小及位置根據(jù)撥桿及空間位置確定。 4.連桿長度確定 如圖所示，連桿5長度的確定至關(guān)重要，否則可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)卡死引起電機(jī)燒壞等嚴(yán)重后果。之所以將滑槽6做成橢圓形狀并如此布置也是考慮到這方面的緣故。為此，當(dāng)大齒輪帶動(dòng)連桿5運(yùn)動(dòng)到圖示虛線位置時(shí)，必須保證在滑槽中運(yùn)動(dòng)到最右端，同時(shí)保證在圖示實(shí)線位置滑塊在滑槽中運(yùn)動(dòng)到最左端。 5.出報(bào)撥桿、撥板確定 如下圖所示，撥桿中間與球鉸過盈配合連接于箱體壁面上，左端為撓性材料，可在一定程度上適應(yīng)由于報(bào)紙售出導(dǎo)致的報(bào)紙高度變化，從而保證撥出報(bào)紙的力均勻。右端為剛性桿，同樣依靠球鉸與連接于大齒輪的連桿滑動(dòng)鉸接于帶有通孔的滑塊上，滑塊可沿滑槽滑動(dòng)，從而限制其運(yùn)動(dòng)。三套出包裝置間依靠帶傳動(dòng)連接，共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 6.其他撥桿、杠桿確定 固連于大齒輪上的兩個(gè)分別用于撥開中間小齒輪和接觸器開關(guān)的撥桿在空間位置上應(yīng)錯(cuò)開，以避免運(yùn)動(dòng)干涉。 報(bào)紙選擇按鈕桿件結(jié)構(gòu)如下圖所示，依靠桿件的滑動(dòng)撥動(dòng)相應(yīng)裝置實(shí)現(xiàn)將中間小齒輪撥向待嚙合狀態(tài)。 7.箱體總體尺寸確定 單份報(bào)紙展開后尺寸為390mm*540mm（閱讀狀態(tài)），對折后尺寸為270mm*390mm，即為報(bào)社報(bào)紙出版后狀態(tài)。 左右：考慮報(bào)紙縱向放置，即儲(chǔ)報(bào)支撐板正面寬度取300 mm，略大于270 mm，右側(cè)空間放置整套出報(bào)裝置，正面寬度取為300 mm，考慮兩側(cè)裕量，取整個(gè)箱體左右寬度為720 mm。 前后：主要考慮出報(bào)機(jī)構(gòu)空間位置大小，取箱體前后寬度約為580 mm。 上下：考慮出售三種不同類型的報(bào)紙，每套裝置高度約為400 mm，加上箱體底部取報(bào)口高度，取整個(gè)箱體高度為1600 mm。 五、總結(jié)與體會(huì) 《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》與《機(jī)械設(shè)計(jì)》有很大不同，《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》是以產(chǎn)品為對象的新型學(xué)科，《機(jī)械設(shè)計(jì)》則強(qiáng)調(diào)的是對構(gòu)成及其基本元器件的研究，例如研究機(jī)器中的機(jī)構(gòu)、機(jī)器零件以及其中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料、強(qiáng)度理論等，而《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》則是研究產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)問題。通過三周的課程設(shè)計(jì)，在完成既定任務(wù)的同時(shí)，我們對《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》與《機(jī)械設(shè)計(jì)》的區(qū)別也有了更深一步的理解。 21世紀(jì)，機(jī)械專業(yè)一直是熱門專業(yè)。作為一名機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)方向的學(xué)生，我們感覺很幸運(yùn)。同時(shí)，在學(xué)習(xí)了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)等專業(yè)理論課程后，我想這樣的專業(yè)課程設(shè)計(jì)對我們來說意義非凡，它給我們提供了一個(gè)能讓我們充分利用所學(xué)知識、將所學(xué)知識密切聯(lián)系實(shí)踐的平臺(tái)。課程設(shè)計(jì)儼然已經(jīng)結(jié)束，從中我們體會(huì)到，應(yīng)當(dāng)從最基本的東西腳踏實(shí)地地做起，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，切勿急于求成，為以后的工作和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 同時(shí)，在此次機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課程設(shè)計(jì)的過程中，我們也學(xué)習(xí)到了很多課堂上學(xué)習(xí)不到的東西，深刻地體會(huì)到了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和設(shè)計(jì)過程的艱辛。 本次課程設(shè)計(jì)過程中，小組成員分工如下： 陳林用：擬定方案、撰寫說明書、安排成員任務(wù) 趙 明：功能原理圖、裝配圖繪制 趙 哲：答辯PPT制作 鄭冰超：查閱資料、評估方案 周楨良：協(xié)助查閱資料、裝配圖繪制 六、參考文獻(xiàn) 【1】黃靖遠(yuǎn)、高志、陳祝林等 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 【2】孫恒、陳作模、葛文杰等 機(jī)械原理 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 【3】濮良貴、紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 【4】史儀凱主編 電工電子應(yīng)用技術(shù) 科學(xué)出版社 2008