医用棉签卷棉机设计方案与分析 学院： 机械工程学院 班 级：12机制3班 学生姓名： 李华磊 学 号： 2014ZSB030112 1.总论及设计要求 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。 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. 1.2 原始数据及设计要求 1）棉花。条状脱脂棉，宽25-30mm，自然厚4-5mm。 2）签杆。医院通用签杆，直径约3mm，杆长约70mm，卷棉部分约20-25mm。 3）生产率。每分钟卷60支，每支卷取棉块长约20-25mm。 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。 2.工作原理以及工艺动作流程图 定量送棉 3.机械系统运动方案的拟定 为达到其工艺动作要求，采用的分解动作机构及其工作原理如下: 3.1送棉 将条状棉通过机构定时、适量送入压棉、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定时把棉条拉向前进，走非直线段时从棉条中退出；也可采 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。 3.2揪棉 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，使楸棉时，压头下的条棉不致滑移； （2）采用适当的压头形式，使条棉容易揪断。 3.3送签 在揪下的棉块落入导棉槽后，将签杆送至导棉槽与棉块接触。要使一堆签杆分成一根 一根送至确定位置，采用一漏斗均匀送出签杆，为防止漏斗内签杆相互挤卡住，所以可 适当使漏斗振动，或用其它方法使漏斗内签杆获得松动的机会，从而使签杆能顺利地漏 出漏斗口。 3.4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。或是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。 4.卷棉机应包括以下部分 (一) 凸轮送棉 (二) 推杆压棉 (三) 对滚揪棉 (四) 漏斗送签 (五) 卷轮卷棉 5.各工艺动作不同方案的分析比较 5.1送棉 送棉方案1 通过滚轮1和滚轮2的相互摩擦将棉条3压紧并送入导棉槽。 缺点：要实现定时定量送入，必须将滚轮与间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构或不 完全齿轮机构等连接。 图5.1.1送棉方案1 送棉方案2 通过主动轮上固接的槽轮构成间歇运动机构，从而可以有规律的传送所需的条棉。 缺点：结构较复杂，所用构件较多。 图5.1.2送棉方案2 送棉方案3 条状棉通过双滚轮送入轨道，双滚轮为1/4圆周主动凸轮与圆盘组成。凸轮连续转动， 但与圆盘仅有1/4的接触面，所以机构可以将电机的连续运动转化为间歇运动，且具有较 高的机械效率以产生间隙运动。两轮间留有间隙以使棉条在摩擦力作用下送入，实现定 比定量送棉。 优点：结构简单，比较容易 制造；而且，控制比较方便 ，可以很好的完成所需的动 作，效率高。 图5.1.3送棉方案3 5.2压棉 压棉方案1 图中凸轮1是主动件，构件3由凸轮带动实现压棉动作，并依靠凸轮轮廓的圆弧段使压紧 状态能保持一定时间。 图5.2.1压棉方案1 压棉方案2 图中凸轮1是主动件，推动推杆压紧条棉4，3是弹簧在凸轮回程时推动推杆回到原位。 优点：能实现压棉动作的间歇使后面的工序得以完成，而且时间容易控制。 图5.2.2压棉方案2 压棉方案3 通过滑块的移动来实现压棉动作。 缺点：由于要有一定的间隙时间，所以还要加一个间隙转动在曲柄上，所以比较麻 烦。 图5.2.3压棉方案3 5.3揪棉 揪棉方案 该方案由两套完全对称的铰链四杆机构组成，曲柄上下两曲柄同步运动。上下剪刃分 别与连杆固接。如果将曲柄与摇杆的长度设计得相差不大，剪刃则能近似地作平面平 行运动，故剪刃在剪切时刀刃垂直于轧件，使剪切断面较为平直，剪切时刀刃的重叠 量也容易保证。 缺点是结构较复杂，机构运动质量较大，动力特性不够好，故刀刃的运动速度不宜太 快。 图5.3.1揪棉方案1 揪棉方案 凸轮与推杆将棉条压紧并使之保持一定时间，此时1/4圆周凸轮与圆盘对滚揪断棉 条。 优点：结构简单，制作较容易；控制比较方便。 图5.3.2揪棉方案2 揪棉方案3 棉条被压住后，揪棉刀具旋转，刀具旋转将棉条揪下，其转速要设置与压棉机构配合 好。 缺点：转速不容易控制。 图5.3.3揪棉方案3 5.4送签 送签方案1 漏斗口限制签杆只能一根一根地通过，再由漏斗口下的输送构件卷轮将签杆一根一根 地送走。 缺点：转速控制严格，且效率不高。 图5.4.1送签方案1 送签方案2 主动轮上有槽，刚好只能容纳一个棉杆下落，上有撞针，用来撞动箱体。 优点：可以比较好的分离棉杆。并且可以达到间歇送签。 图5.4.2送签方案2 送签方案3 用牙带送棉签，非常方便。 缺点：难以和送棉条的机构和揪棉机构配合起来。 图5.4.3送签方案3 5.5卷棉 卷棉方案1 签杆通过漏斗进入小齿轮2的小孔3中，并由扣环4抱紧。小齿轮2绕大齿轮1转动，使 其产生自转并沿固定槽移动。 缺点：齿轮磨损较大。 图5.5.1卷棉方案1 卷棉方案2 签杆通过漏斗3落入带凹槽的卷轮1，卷轮转动带着签杆移动与棉条接触，卷轮继续转 动带动签杆跟摩擦片接触。签杆产生自转并随卷轮移动，达到卷棉的效果。棘轮2保证 签杆按要求定时落入卷轮。摆子4给漏斗一定的振动，使签杆顺利送出。 优点：动作有确定性，卷棉稳定。 图5.5.2卷棉方案2 卷棉方案3 该方案是使签杆一边自转、一边沿导棉槽移动完成卷棉动作。图a)为签杆由漏斗形签 箱漏入卷轮的槽中以后，即被卷轮带离签箱，进到与静止摩擦片接触后，在摩擦力的 作用下签杆一面前进，一面自转，从而签杆完成卷棉工作。图b)是用带槽的带分取 签杆，为静止摩擦片，因为带是挠性体，所以下面用托板支承，使签杆能与摩 擦片压紧，产生摩擦面自转。 缺点：结构复杂，配合要求高。 图5.5.3卷棉方案3 6.最终方案运动简图 上端凸轮与圆盘机构实现定时定量送棉. 凸轮推杆机构实现压棉并保持一定时间. 中间 凸轮与圆盘机构实现揪棉动作.卷轮带动从漏斗送出的签杆与棉条接触.在转动过程中与 摩擦片接触,签杆随卷轮移动并自转.从而达到卷棉的目的. 图6.1机构运动简图 凸轮直径50mm 压轮直径50mm 带轮直径70mm 曲柄30mm 连杆60mm 压杆90mm 揪棉抓68mm 卷棉轮直径250mm 7.机构路线传动图 图7.1机构路线传动图 生产率分析及机构运动循环图 QT=1/TP=60件/min TP=1/60min=1s 而TP=TK+Tf=(0.25+0.75)s 即 TK=0.25s Tf=0.75s 令Tf=0， k=1/Tk=1/0.25=4件/S 且=Tk/TP=0.25/1=25% 8.运动循环图 图8.1圆周式机构运动循环图 图8.2直角坐标图 9.电动机的选择 电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置 的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不 在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。 电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。 工作机所需工作功率，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算： 其中：T工作机的阻力矩，； n工作机的转速，； 由于该医用卷棉机功率小、载荷低、体积和转速也很小，所以选择的电动机功率和转速都不宜过大。故选择Y系列（ IP44）封闭式三相感应电动机Y90S6，其额定功率P=0.75KW，满载时转速n=720。 10.卷棉机的优点及缺点 （一）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靠齿轮来完成，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： 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： 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。 总 结 通过本次机械原理课程设计，我对机械原理这门课程有了更深入的了解，我深刻认识 到自己平时在课堂上学到的知识是远远不够的，在这次实践的过程中学到了一些除技 能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切 的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看 法产生了良性的变化。 当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同，这当然也会影响我们的结 果。很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的 能力到底有多强，那是一种态度的端正和目的的明，,只有这样把自己身置于具体的问 题之中，我们才能更好的解决问题。在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所 难免，关键是我们如何的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨。 致 谢 经过四周的忙碌，我们自动机械设计课程设计已经整理完，这次的课程设计，由于经 验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及遇到 的问题和同学一起探讨，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的指 导老师。姜老师平日里工作繁多，但在我们做课程设计的每个阶段，从查阅资料到设 计草案的确定和修改，整个过程中都给予了我们细心的指导。我平时的基础不好，很 多基础问题都不太懂，肖老师细心指导我设计，