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1、机械设计学课程设计 题 目 自动售报机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 号 05021103 作 者 陈林用 2011302985 赵 明 2011301255 赵 哲 2011301256 郑冰超 2011301257 周桢良 2011301258 指导教师 刘岚、郭辉 完成日期 2015.01.22 目 录机械专业课程设计任务书3一、绪论5二、功能原理设计6三、机械运动系统的方案设计8四、机械运动系统的结构参数设计10五、总结与体会15六、参考文献16机械专业课程设计任务书一 指导思想和要求对于机械的整机及其各组成部件的工作原理和总体方案进行设计，以实现机械整体整机的总体功能目标要
2、求。完成机械的工作原理及整机简图各1张，设计说明书1份（大于15页）。说明书的论述重点在于原理方案构思过程的论证、分析和说明，对于整机的主要性能参数作简单计算。二 设计题目自动售报机设计三 设计人员组长： 陈林用 成员： 赵明、赵哲、郑冰超、周桢良四 基本要求和进度要求：设计一种可以放置于公共场所自动售报纸的机器（装置），顾客投入（推入）一枚硬币就可以自动弹出（送出）一份报纸。考虑可选择购买不同报纸。进度：第一周：收集资料、查阅有关文献，进行原理方案构思。完成执行构件和执行机构的工作原理设计。第二周：完成整机的工作原理、功能关系及总体方案设计，绘制总装简图。第三周：整理设计说明书，准备答辩。附
3、注：查阅和学习有关书籍、期刊及最新资料（包括专利和网上资料），进行集体讨论、构思，分工协作，充分发挥自己的想象力、创造力，以实现机械最完满与最合理的功能。 机械=执行系统+传动系统+动力系统+操纵控制系统建议参考: 机械系统设计中第二章机械系统的方案设计与总体设计。一、绪论曾几何时，报刊是人们传播和获取信息的最主要手段，而如今，尽管报刊等仍是大多数人日常生活中获知信息和知识的一个重要途径，但随着网络和信息技术的快速发展以及人们日益增长的物质和精神生活需求，报刊等传统传媒遭遇到了前所未有的巨大挑战，如何在新技术新挑战面前更好地发展传统传媒是一个非常现实的问题。目前大多数报刊发行存在成本高、销售方
4、式不灵活、广告宣传不突出等缺点。本课题小组针对当前报刊发行存在的缺点，将LED显示、多个自动售报模块组织在一个框架内研制成一种自动售报机，可较好地应对现代传媒挑战，从而更好地发展传统传媒。同时，自动售报机不仅有利于增加各媒体的报刊杂志的发行渠道和发行量，而且还有利于规范整个城市的市容市貌，适应城市信息化建设的需要。目前，自动售报机普及率很低，主要原因除了故障率高、出报不准确以外，更重要的原因是报刊适应性差、信息反馈不及时、公众关注度不够等，在现代技术条件下缺乏市场竞争力。提高传统自动售报机的性能还需从其结构上进行技术提升，根据有关文献，可把自动售报机结构可分为三类。文献1-8中的自动售报机机构
5、利用控制装置限制取报数量，依靠报纸重力下落至出报口；其优点是结构简单，缺点是取报口低、报纸上架麻烦、易卡滞。文献9-14中的自动售报机是靠摩擦轮或者推杆把报纸推出去的，克服了报纸上架麻烦的缺点，但存在报纸适应性差的问题，对多页报纸或较薄的报纸仍存在可靠性差的问题。文献15-16中的售报机是利用真空吸盘拾取报纸，依靠报纸重力自由落下或沿斜面滑下，依然存在易卡滞的问题。实际上，自动售报机在国际上已有几十年的发展历史，根据使用环境的不同，各个国家和地区售报机的结构和性能也不尽相同。欧美等国家的自动售报机大多是一次投币即开门任人自觉取报；日本则是一份一份地售卖，但只能售卖一种报刊。现阶段我国自动售报机
6、尚属起步阶段，有很大的发展空间。相对于国外满大街摆放的即开式自由取报的售报机，国内的售报机在技术上相对要复杂得多，其工作原理也不同，加上人们的使用习惯和认知度不够，导致了自动售报这种文明售报方式还未能在报业发行中起到其应有的作用。针对以上现状，本课题小组拟根据所学基本机构原理，结合前人在自动售报机设计上的经验，在机械设计学课程学习的基础上，根据中国的国情和百姓阅读报刊的特点，针对我国现有的售报机的问题，进行自动售报机的改进设计，旨在锻炼小组成员的设计能力以及一定的全局观念。二、功能原理设计所谓功能原理设计，其主要任务为：“寻找一种物理效应和相应的作用原理”以实现所追求的“功能目标”。即针对某一
7、确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。根据机械设计学课程设计任务书要求，本课题小组设计题目为机电一体化产品设计：“自动售报机设计”。顾名思义，该自动售报机的总功能是用户投入硬币并选择报纸类型，机器自动出售相应报纸。如图1所示即为用黑箱法描述的该自动售报机的总功能，即该机器的功能特点示意图。图1.自动售报机总功能的黑箱描述一个技术系统的总功能可以逐步分解为很多分功能。根据自动售报机的总功能要求，可以将其总功能分解为储报、选报、出报等分功能。但仅将总功能加以粗略分解为多个分功能不足以充分表达各分功能之间相互配合关系，因此功能结构图2应
8、运而生，更好地反映各分功能之间的联系和配合。三、机械运动系统的方案设计前述可知，自动售报机是一种典型的机电一体化产品，不可能脱离电而只进行机构方案设计，因此经过本课题小组成员讨论，在硬币识别方面决定采用市面上广泛使用的硬币识别装置，一旦硬币识别成功便产生响应，即触发点动开关电路接通电动机电路。其他方面，均采用纯机械方案实现各部分分功能，从而达到锻炼小组成员的设计能力以及一定的全局观念的目的。为减少不必要的工作量，本课题小组决定对实际情况进行一定的简化处理，如仅设计该自动售报机能出售三种报纸、每种报纸单份价格均为一元、忽略报纸头版显示装置等，简化后的主要结构功能原理方案如下：选报机构：用户根据需
9、要按下相应报纸按钮，然后通过连杆机构传动，将相应报纸对应的相当于离合器的中间小齿轮沿滑道拨向啮合，此时电机还未通电。用户投入硬币后，当硬币识别成功后，在落下储币盒的过程中硬币将触发点动开关接通电磁接触器线圈，从而接通电机电路。此时，经电机联轴器蜗杆涡轮小齿轮中间小齿轮大齿轮传动，带动相应出报机构运动。出报机构：通过铰接于大齿轮上的连杆带动滑块沿固定轨道滑动，同时，依靠与滑块上的通孔相连接的杠杆做类似椭圆运动，杠杆将椭圆运动放大，带动另一侧的拨板运动，从而将相应报纸拨出报纸支撑板，顺滑道落向出报口，完成出报。运动循环方面：通过固接于大齿轮上的两个拨杆分别拨动相应开关，一次运动循环将要结束时，两个
10、拨杆同时拨开相当于离合器的中间小齿轮和电动机电路，从而保证一币一报，也就是说一次出报循环过程中，大齿轮仅旋转一圈。之所以选择拨杆出报装置，是考虑到常用的摩擦轮装置可靠性不高，并且需要对报纸支撑板设计升降机构，相对来说比较复杂。图3.功能原理图上图所示即为该自动售报机的功能原理图，图中：1- 点动开关（依靠硬币冲击接通）；2-接触器开关与线圈；3-拨杆1（拨断电机电路）；4-大齿轮；5-连杆（铰接于4）；6-滑槽（限制滑块轨迹）；7-拨杆2（拨开中间小齿轮）；8-传动小齿轮；9-涡轮（与8同轴）；10-中间小齿轮；11-连杆；12-报纸选择按钮（与11共同作用驱动10运动）；13-柔性拨杆；14
11、-拨板；15-投币口；16-同12；17-出报口；18-LED广告窗；19-储币盒工作循环说明：用户按下欲选购报纸的按钮12中间小齿轮10向左移动进入待啮合状态用户投入硬币硬币识别器识别通过后硬币下落冲击点动开关1接通接触器线圈电路接通电动机电路联轴器蜗杆涡轮9小齿轮8将中间小齿轮10带入啮合传动大齿轮连杆5柔性拨杆13拨板14报纸出报口17。大齿轮旋转一圈后一个工作循环结束，拨杆7拨开中间小齿轮的同时拨杆3拨断接触器线圈电路，进而断开电机电路，系统进入下一个工作待命状态。四、机械运动系统的结构参数设计1.电机选型考虑到实际工作需要，要求大齿轮每秒钟转一圈左右，即设定一次工作循环周期时间约为1
12、s，这样比较符合实际情况。故有：大齿轮1r/s（60r/min）小齿轮120 r/min（传动比为2:1）涡轮120r/min（与小齿轮同轴）蜗杆600 r/min（传动比取为5:1），即取电动机转速约为600 r/min，对功率无特殊要求，满足出报要求即可。综上，可选取微型电动机型型号YN60，电机参数：(0.25kw-7.5kw,180-600r/min)即可。然后选取适合的联轴器连接电机输出轴与蜗杆轴。2.蜗轮蜗杆选型考虑蜗轮蜗杆减速比取5:1，根据机械设计推荐值，选取蜗杆头数z1=6，涡轮齿数z2=30。同时取模数m=2.5mm，查表可知分度圆直径d1=28mm，d2=m* z2=75
13、mm。3.大小齿轮选型考虑大小齿轮减速比取2:1，选取模数m=2mm。根据相关尺寸要求，且自动售报机精度要求不高，工作环境不算恶劣，属于轻载。取与涡轮同轴的小齿轮齿数z1=35，大齿轮齿数z2=70。分度圆直径d1= m* z1=70mm，d2=m* z2=140mm。两齿轮并不直接啮合，而是通过一个相当于离合器的中间小齿轮啮合。中间小齿轮模数m=2mm，齿轮大小及位置根据拨杆及空间位置确定。4.连杆长度确定如图所示，连杆5长度的确定至关重要，否则可能会导致机构卡死引起电机烧坏等严重后果。之所以将滑槽6做成椭圆形状并如此布置也是考虑到这方面的缘故。为此，当大齿轮带动连杆5运动到图示虚线位置时，
14、必须保证在滑槽中运动到最右端，同时保证在图示实线位置滑块在滑槽中运动到最左端。5.出报拨杆、拨板确定如下图所示，拨杆中间与球铰过盈配合连接于箱体壁面上，左端为挠性材料，可在一定程度上适应由于报纸售出导致的报纸高度变化，从而保证拨出报纸的力均匀。右端为刚性杆，同样依靠球铰与连接于大齿轮的连杆滑动铰接于带有通孔的滑块上，滑块可沿滑槽滑动，从而限制其运动。三套出包装置间依靠带传动连接，共用一个驱动电机。6.其他拨杆、杠杆确定固连于大齿轮上的两个分别用于拨开中间小齿轮和接触器开关的拨杆在空间位置上应错开，以避免运动干涉。报纸选择按钮杆件结构如下图所示，依靠杆件的滑动拨动相应装置实现将中间小齿轮拨向待啮
15、合状态。7.箱体总体尺寸确定单份报纸展开后尺寸为390mm*540mm（阅读状态），对折后尺寸为270mm*390mm，即为报社报纸出版后状态。左右：考虑报纸纵向放置，即储报支撑板正面宽度取300 mm，略大于270 mm，右侧空间放置整套出报装置，正面宽度取为300 mm，考虑两侧裕量，取整个箱体左右宽度为720 mm。前后：主要考虑出报机构空间位置大小，取箱体前后宽度约为580 mm。上下：考虑出售三种不同类型的报纸，每套装置高度约为400 mm，加上箱体底部取报口高度，取整个箱体高度为1600 mm。五、总结与体会机械设计学与机械设计有很大不同，机械设计学是以产品为对象的新型学科，机械设
16、计则强调的是对构成及其基本元器件的研究，例如研究机器中的机构、机器零件以及其中的运动学、动力学、材料、强度理论等，而机械设计学则是研究产品的总体设计问题。通过三周的课程设计，在完成既定任务的同时，我们对机械设计学与机械设计的区别也有了更深一步的理解。21世纪，机械专业一直是热门专业。作为一名机械专业设计方向的学生，我们感觉很幸运。同时，在学习了机械原理、机械设计、机械设计学等专业理论课程后，我想这样的专业课程设计对我们来说意义非凡，它给我们提供了一个能让我们充分利用所学知识、将所学知识密切联系实践的平台。课程设计俨然已经结束，从中我们体会到，应当从最基本的东西脚踏实地地做起，不断积累经验，切勿
17、急于求成，为以后的工作和科研打下坚实的基础。同时，在此次机械设计学课程设计的过程中，我们也学习到了很多课堂上学习不到的东西，深刻地体会到了机械产品设计的内涵和设计过程的艰辛。本次课程设计过程中，小组成员分工如下：陈林用：拟定方案、撰写说明书、安排成员任务赵 明：功能原理图、装配图绘制赵 哲：答辩PPT制作郑冰超：查阅资料、评估方案周桢良：协助查阅资料、装配图绘制六、参考文献【1】黄靖远、高志、陈祝林等 机械设计学 机械工业出版社 2006 【2】孙恒、陈作模、葛文杰等 机械原理 机械工业出版社 2006 【3】濮良贵、纪名刚 机械设计 机械工业出版社 2006 【4】史仪凯主编 电工电子应用技术 科学出版社 2008