書本打包機
設計者：機制**班
機制**班
1.功能分析：
書本打包機主要是用在印刷廠裡，在大量數印刷出來後，將其以一定數量為一堆，用牛皮紙將其包裝起來，以便於銷售和運輸。這種功能在很多地方都可以用到，比如：包糖機，飯盒包裝機等凡是設計到需要將東西分堆包裝的地方都可以將其稍加改動即可用於其他地方。
本設計中的打包機的主要功能如下：
總體結構圖：
工作原理及工藝動作過程。
書本打包機的用途是要把一摞書 （如20 本一包） 用牛皮紙包成一包，並在兩端貼好封籤 （圖 1-1）。包、封的工藝順序如圖 1-2 所示，各工位的布置 （俯視） 如圖 6-12 所示。
1-11-2
其工藝過程如下所述 ：
1 橫向送書 （送一摞書）。
2 縱向推書前進 （推一摞書） 到工位 a，使它與工位 b ～ g上的 6 摞書貼緊。
3 書推到工位 a前，包裝紙已先送到位。包裝紙原為整捲筒紙，由上向下送夠長度後進行裁切。
4 繼續推書前進一摞書的位置到工位 b，由於在工位 b 的書摞上下方設定有擋板，以擋住書摞上下方的包裝紙，所以書摞推到 b 時實現包三面，這個工序中推書機構共推動 a ～ g的 7 摞書。
5 推書機構回程時，摺紙機構動作，先折側邊 （將紙捲包成筒狀），再折兩端上、下邊。
6 繼續折前角。
7 上步動作完成後，推書機構已進到下一迴圈的工序④，此時將工位 b 上的書推到工位 c。在此過程中，利用工位 c兩端設定的擋板實現折後角。
8 推書機構又一次迴圈到工序④時，將工位 c的書摞推至工位 d，此位置是兩端塗糨糊的位置。
9 塗糨糊。
10 在工位 e貼封籤。在工位 f，g用電熱器把糨糊烘乾。在工位 h 時，用人工將包封好的書摞取下。
因此書本打包機中的主要機構包括：橫縱向推書機構、送紙機構及摺紙機構：
．橫縱向推書機構：將成堆的書分成每20本（約300mm厚）一堆，經過橫向和縱向的推動機構送入包裝機構。
2. 送紙機構：將捲成桶裝的牛皮紙在每堆書來時拉下一段長度500*800mm，然後將其剪斷用於後面的包裝摺紙機構用於包裝。
3. 摺紙機構：將附有一塊牛皮紙的一堆書通過摺疊機構將牛皮紙完好的包裝在書的四周。
2．各部分工作原理
(1). 橫縱向推書機構
方案比較如下：
送書機構需要實現橫向和縱向的運動，並且是分時進行的，需要等到橫向將書推到制定位置時，縱向的推書機構才能開始動作，將書向前方的包書機構推進。利用乙個槽輪實現兩個間歇運動，如下圖機構簡圖所示：
兩槽輪的運動時序如下：
由此實現了兩槽輪在不同的相位分時轉動。
由於槽輪轉動機構每轉動90度，後面的橫縱向機構均需運動乙個週期，有公式：
齒輪傳動比n
則需要齒輪提高傳動比，機構如圖所示：n 所選齒輪引數如下：
分別帶動後面的曲柄滑塊機構乙個週期的實現兩個直線運動。
曲柄滑塊機構如下：
由於橫縱向推書的行程設計的是500mm，所以設計的曲柄滑塊的尺寸如圖所示：
藍色位置位等效曲柄與連桿共線時所產生的最大行程
紅色位置為等效曲柄與連桿共線時所產生的最小行程
計算如下：a1=232mm
a2=739mm
最大行程l=a2-a1=739-232=506mm
飛輪轉動慣量計算如下：
摩擦係數為f=0.03，週期為t=2s
則包書速度為：v=0.15/t=0.075m/s
安全係數為k=1.2
又由上述可算得：平均力矩m=688.98m/s
所以總功率:p=m*ω*k
而ω=2π*n/60
主軸轉速為：10r/min
p=865.36w
飛輪應該裝在推書機構上
並且轉動慣量j=nmax/ωm*δ
1675kg*m
其中，δ≥0.25
(2).送紙機構
方案比較如下：
主方案：曲柄滑塊機構
優點：加工簡單，成本低，易實現 ，便於機構簡化，負載能力強，易裝配
缺點：運動精度低，運動速度極限低，佔空間 ，累計誤差大
比較方案：凸輪機構
優點；運動精度高，能很好地實現預定軌跡，占地少
缺點;加工複雜，成本高，易磨損
送紙機構主要實現當有一摞書推來時從牛皮紙筒上扯下一定長的牛皮紙，然後剪斷。
如圖所示，所選曲柄滑塊機構的曲柄中心正好在滑塊運動軌跡上，所以滑塊運動行程位：
l=2*r=2*400=800
滿足送紙機構行程為800mm 的要求。
(3).摺紙機構
摺紙機構需要各個方向上的直線往復運動，可以考慮使用曲柄滑塊機構或者圓柱凸輪機構。而摺紙機構要求在180°~340°範圍內工作，運動具有間歇性，因此考慮在其中加入不完全齒輪機構，並用齒輪系連線各個方向的運動。再加上空間條件的限制綜合考慮，選擇機構為圓柱凸輪機構、不完全齒輪機構和齒輪系。
方案比較如下：
凸輪選擇比較：
方案一：曲柄滑塊機構它加工簡單，成本低，易實現 ，便於機構簡化，負載能力強，易裝配;但是，鑑於它無法滿足任務說明書的空間和軌跡要求，我們將它淘汰
比較方案二：曲柄搖桿機構它和方案1一樣，具有但是加工簡單，成本低，易實現 ，便於機構簡化，負載能力強，易裝配等優點，但它對空間要求更大，所以我們將它淘汰
主方案：凸輪機構
儘管成本高，加工複雜，易磨損，但是鑑於任務說明書的空間和軌跡要求，和邊際收益來說，這不失為一好方案
不完全齒輪選擇比較：
比較方案一：棘輪機構
間歇精度高，有單向自鎖功能，但加工成本和複雜性比較高，也不易裝配
比較方案二：槽輪機構
易裝配，好加工，成本相對低，但間歇精度不高
主方案：不完全齒輪
間歇精度高，易裝配，占地少，但是剛性衝擊大，易磨損，加工成本和複雜性也高
摺紙機構簡圖及尺寸如下：（單位：mm）
如圖，由圓柱凸輪機構帶動折側邊機構和折兩端上下邊機構，行程為150mm，其中折上側邊與兩端上邊機構固連，且兩端滾輪比側邊滾輪滯後40mm，下邊機構對稱。
折前角機構為由齒輪帶動的，兩邊豎立滾輪，半徑為135mm的圓周運動機構。初始狀態下，兩滾輪所在平面平行於書運動方向，以便書兩邊所帶的紙能夠順利通過。當側邊與兩端上下邊摺起來之後，齒輪帶動其繞豎直軸作半周圓周運動，使豎直滾輪掠過前角邊，將其折起。
該機構原動件為最下方的軸。總共有四個不完全齒輪使之實現間歇運動。不完全齒輪（1）和（2）與各自帶動齒輪的傳動比為5：
1，其有齒部分佔整個齒輪的1/5。不完全齒輪（3）（4）與帶動齒輪的傳動比為2：1，其有齒部分佔整個齒輪的1/4，每次使其轉半周。
其餘齒輪的傳動比為1：1.（如上圖）
各不完全齒輪在初始狀態下齒所在位置為：
不完全齒輪（1）：180°~252°（72°）
不完全齒輪（2）：204°~276°（72°）
不完全齒輪（3）(4):250°~340°(90°)
則折上側邊和兩端上邊機構、折下側邊和兩端下邊機構、折前角機構的工作範圍分別為：
折上側邊和兩端上邊機構：180°~252°（72°）
折下側邊和兩端下邊機構：204°~276°（72°）
折前角機構:250°~340°(90°)
該機構三維圖如下：
正面圖：
鳥瞰圖：
折側邊機構和折兩端上下邊機構的運動軌跡為上下往復，長為150mm的直線；折前角機構的運動軌跡為半徑為135mm的半圓。
機構運動過程：（1）0°~180°期間，為推書行程工作時期，此時通過推書動作和後面擋板的作用，折上前一摞書的後角。各傳動軸轉動，但凸輪和執行機構均靜止。
（2）180°~252°期間為折上側邊和兩端上邊機構運動區間，完成折上側邊和兩端上邊。
（3）204°~276°期間為折下側邊和兩端下邊機構運動區間，完成折下側邊和兩端下邊。該行程與上一行程有2/3的時間重合，即上邊向下運動100mm時，下邊就開始向上運動。上邊運動到150mm時，下邊運動50mm，兩滾輪相距20mm，此時距離最短，時間配合非常緊密，以保證紙不會中途散開。
（4）250°~340°期間為折前角機構的工作範圍，實際上豎直滾輪轉到前角邊上時是295°，行程（3）已完成，不會發生干擾。完成折前角動作。
（5）340°~360°期間各軸繼續轉動，但凸輪和執行機構均靜止。折後角的動作在下乙個週期的行程（1）中完成。
由最下方軸提供10r/min的圓周運動，即6s/r，由電動機經過減速之後提供。此為整個包裝機的工作週期。經過齒輪系傳動，圓柱凸輪機構在乙個週期的1/5中做30r/min的運動，運動一周，其餘時間靜止。
而折前角機構在乙個週期的1/4中做20r/min的運動，運動半周，其餘時間靜止。
機構評價：由於該機構採用較多凸輪機構和齒輪機構等高副機構,雖然比較容易實現所要求的運動規律和軌跡，但是曲面加工製造比較麻煩，而且容易因磨損而造成運動失真。但是其累積誤差小，運動穩定，能夠實現較好的空間精度和時間精度的運動。
運轉速度較高，但可調性較差。加速度峰值小，可靠性好，但耐磨性不好。該機構結構較為複雜，製造不方便，經濟性不好。
尺寸與重量較集中，空間與時間協調性較好。總的來說，該機構設計方案算不上最佳方案，但由於該機構牽涉到多個方向的運動，且運動在空間與時間上的限制較多較嚴格，該方案是成形的方案中最簡的方案。
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