1、全日制普通本科生毕业设计鞭炮插引机构设计DESIGN OF FIRECRACKER FUSE INSERTING目 录摘要5关键词5目录31 绪论621.1 简述61.2 鞭炮插引机的国内现状61.3 本课题的研究目的和内容91.4 本课题的研究意义92 鞭炮插引机的机械结构原理及运动分析102.1 鞭炮插引机机构工作原理和工艺动作分解102.2 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图112.3 鞭炮插引机执行机构选型142.3.1 鞭炮插引机双胶辊的机构方案132.3.2 鞭炮插引机压引板机构方案152.3.3 鞭炮插引机切引刀机构方案152.3.4 鞭炮插引机送料板机构方案162.3.5 鞭
2、炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计172.3.6 鞭炮插引机切引刀凸轮机构速度分析212.3.7 鞭炮插引机压引板曲柄机构的设计232.4 鞭炮插引机机械运动方案分析223 鞭炮插引机机械结构设计计算及分析233.1 鞭炮插引机机械结构设计243.2 鞭炮插引机机械结构受力分析与计算253.2.1 鞭炮插引机轴用键受力计算263.2.2 鞭炮插引机齿轮的设计293.2.3 鞭炮插引机切刀转动拉伸弹簧设计计算293.24 鞭炮插引机主轴的设计计算及其校核304 结论31参考文献32致谢333鞭炮插引机构设计摘 要：目前鞭炮引线插入设备主要采用手动方式，工人劳动强度大，生产效率低。为了提高生产效率，
3、在分析引线插入过程与要求的基础上，开发了自动插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，生产效率高。根据引线插入机构的工作过程，建立了结构关系式，在不同的设计要求（鞭炮的大小与引线的长短）下，实现了插引机的参数化设计。鞭炮是我国的传统产品，历来由手工制作。虽然近几年鞭炮生产的少部分工序采用了一些机械设备，但大部分工序仍沿用传统的手工操作方式，其生产效率低，用工多，劳动强度大，安全隐患多， 自动化程度低。我们根据有关厂家的要求，研制了完成鞭炮引线插装4工作一体化设备鞭炮引线插装自动机械。本设备属多工位间歇式装配自动机械，由转位及定位机构、 上料机构、 扎
4、眼机构、 引线插入及剪断机械手和压眼机构等组成。关键词：插引机；鞭炮；Design of Mechanism Firecracker Fuse InsertingAbstract：At present the device used in the firecracker production is generally adopted by hand , resulting in low production and high work intensity. In order to enhance production, based on analyses of the fuse-inserte
5、d process, an automatic inserting fuse machine is designed, in which by using the special mechanical and electrical mechanism, the automatic inserting fuse and feed of cracker support can be carried out. The device possesses the characteristics of safety and high production, which is three to four t
6、imes higher that ever before. Then according to the work process of the inserting fuse mechanism, the construction relation equation is built up, so that the parameter design of the inserting fuse can be obtained for different firecracker dimensions and fuse lengths. Key words：Fuse; inserting fuse m
7、achine1 绪论1.1 简述燃放鞭炮是人们庆祝重要节日的一个重要内容，特别是随着一些大城市春节期间的解禁，鞭炮在国内外都有很大的需求量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34 倍。引线插入是鞭炮生产的一个重要环节， 引线的长短与插入的位置直接影响
8、到鞭炮的质量。引线的插入设备要考虑安全防爆，符合国家安全生产的要求；另外，引线的插入速度应达到高效，并且引线插入设备价格不能太高。 为了安全燃放鞭炮，鞭炮的引线必须在内部与炸药接触，在外部留有一定的长度，以便燃放人员及时到达安全地带。引线的直径一般为 1mm，不同鞭炮的直径、高度不一样，引线的长短也不一样。 成品的鞭炮有不同的排列方式，最常见的有两种，一种是以辫子的形式出现，5一种是以正六边形排列（如图 1 所示） 。在鞭炮制作过程中，为了提高插引线的效率，无论是手工插、还是机插，一般是以正六边形排列，这种排列方式既便于捆扎，在包装、运输时也可以最大限度的利用空间。1.2 鞭炮插引机的国内现状
9、浏阳花炮是驰名中外的湖南传统特产和主要出口商品之一，工艺精 美，质量优异，曾获美国芝加哥万国博览会的优等奖。浏阳制作烟花鞭 炮，久负盛名，素有“鞭炮之乡”誉称。烟花品种，名目繁多，主要按燃放效果分为喷花、旋转、旋转升空、火箭、吐珠、践香、小礼花、烟雾、造型玩具、摩擦炮、组合烟花、礼花弹12类，品种近300个。烟花结构新颖，装潢美观，燃放时，绚丽多彩，有声有色，能给人以清心舒畅，欢快旷达的感受。特别是夜间燃放，金花四溅，五彩缤纷，或旋转窜跃于地面，或飞腾闪耀于天空，令人目不暇接。其中尤以玩具烟花和组合烟花最为人们所喜爱。玩具烟花是以其色彩、音响、运动和烟雾造型取胜，被外商誉为“有声有色”的好烟花
10、。如“全家乐”就以其特有声、色组合受到人们的喜爱，可谓浏阳花炮，纵横驰骋，响彻四方。图 1 湖南浏阳鞭炮Fig l Hunan Liuyang firecrackers我国鞭炮插引机的制造水平与工业发达国家相比，仍存在着阶段性差距。主要表现在：在鞭炮插引机设计技术方面，极少具有自主知识产权和原创技术；在鞭炮插引机制造工艺和装备方面，仍处在较低加工水平；在关键鞭炮插引机质量方面，仍达不到引进机的先进水平；在鞭炮插引机附加值和价格方面，大大落后于同类引进机型；在鞭炮插引机市场方面，国内加紧恶性竞争，国际缺乏实力竞争；在国内鞭炮插引机行业中，缺少有实力的龙头企业和知名品牌产品。燃放鞭炮是人们庆祝重要
11、节日的一个重要内容，特别是随着一些大城市春节期间的解禁，鞭炮在国内外都有很大的需求6量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34 倍。在现代科学技术日新月异、现代鞋业迅速发展的今天，在与制造强国差距越来越大的今天，在国内外鞭炮插引机市场的竞争越演越烈
12、的今天，国内鞭炮插引机制造上没有理由不加快观念的转变，没有理由不产生危机感和紧迫感，没有理由不认真找差距，订措施，只有以创新为目标，才能把鞭炮插引机制造技术提高到一个新水平。我国鞭炮插引机使用制造水平有了快速发展及提高，基本实现机械化，这充分说明鞭炮插引机发展所作出的贡献。为鞭炮插引机发展创新提供了难得机遇，并注入了新活力，鞭炮插引机制造企业应当紧紧抓住这一难得机遇转变观念。制定鞭炮插引机创新目标，落实鞭炮插引机创新措施，在不断提高鞭炮插引机技术创新能力的基础上，开发出具有中国特色和自主知识产权的鞭炮插引机新产品，以提高企业在国内市场上竞争力。下图是湖南省浏阳市金池出口鞭炮烟花厂生产的鞭炮插引
13、机。图 2 鞭炮插引机Fig 2 Firecrackers inserted cited machine在鞭炮插引机设计技术方面，有投产快、见效快、经济效益好的特点，但是同时也滋长了技术创新的依赖思想。这种那个依赖思想的主要表现是：不思进取，满足于照葫芦画瓢。不深入实际，缺乏对设计、技术、工艺的实践和学习，使得鞭炮插引机设计在工艺教材上，理论滞后生产实际，缺乏对现代技术的总结、研究和提高。鞭炮插引7机发展创新的过程，是不断运用新技术和不断推陈出新的过程。国产鞭炮插引机之所以科技含量低，就是因为很少应用新技术的结果。插引机每一次可插十几根，这种机器已为多户人家使用。前些年， 湖南醴陵县有几个青年
14、， 发明了新型插引机， 每一次可插五六十根， 只可惜这种插相机未能面世。究其原因，主要有二：第一， 刀盘选材为不锈钢， 硬度低， 寿命短， 刃口在工作很短的时间后， 即变成圆弧口。 第二， 刃口角度为 钝角， 不锋利，需要很大的推力才能形成挤压剪切，把一小把引线剪断。手工插引的引线是已剪好的一小段，而插引机使用的是引锭。 把引线从引锭上牵拉下来插入纸筒后， 再剪断。 剪断要求很彻底， 必须完完全全剪断才行，只要有微丝留下， 引锭在上升让开工位时，就会把已插入药物纸筒内的引线带走。更主要的是不安全，因为挤压剪切形成的能量聚合，会迅速造成局部高温， 三要素同时发挥威力而爆炸。此次设计的插引机，是在
15、该机基础上改进的。我们仔细研究了这种新型插引机， 其原理、 结构都很科学先进， 主要是选材不当和刀具角度不合理。我们与发明者一道，选用坚硬异常的合金钢做刀盘，并做适当热处理，刀刃锐角锋利无比。由先进电机带动刀具位移量只有 引线直径为左右 ， 且位移速度极慢 每几秒钟 ， 做剃割剪切， 所需切断力很小。不但一次可插、 可切断 根 实为根 引线， 生产率高， 而且无挤压发热， 自始至终不会形成爆炸封闭环， 既高效， 又安全。1.3 本课题的研究目的和内容鞭炮在国内外都有很大的需求量。然而，鞭炮的生产大部分还是手工作坊式制作，其中插引线还处于手动或脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足安全、
16、高效的生产要求。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家急需一种既安全、又高效的插引线设备。笔者在分析引线插引过程与要求的基础上，设计了插引机该设备通过手摇控制机构，实现了引线插入、炮盘进给的自动完成，该设备安全、高效，每小时可以生产 100 盘炮以上，生产效率是原来的 34 倍。鞭炮插引机课题内容主要包括：1）设计该鞭炮插引机的工作部分使双胶辊、切引刀、压引板、和送料板实现上述运动形式并达到性能参数的要求，绘制机器工作部件的运动循环图；2）定传动系统总体方案，一般包括带传动绘制机械传动系统方案简图；3）分配各级传动的传动比，确定各级传动的基本参数，并计算主要传动件的几何尺寸；84）设计工作部分中
17、的机械结构。设计工作部分的连杆机构。确定各构件的运动尺寸和执行构件的运动参数，设计工作部分中的间歇运动机构.1.4 本课题的研究意义研究市场已有的鞭炮插引机，分析其机构简图，建立该机器的数学分析计算模型，选取各结构尺寸，求解该机构关键点的位移、速度、加速度等数值，并进行运动仿真，输出各关键点运动学参数并显示运动轨迹，对运动机构机械结构及运动参数进行优化是值得设计人员探索的，使得其参数更至完善。巩固专业知识，加强了实践能力，深入了解了专业课程设计的流程，只有把书本知识在实践中运用，才能将其深刻的理解掌握，总的来说通过这次机械原理课程设计每个人都受益颇多。设计时先对各机构运动进行分解，进而确定各机
18、构的运动类型，筛选出各执行机构的机构方案，进一步熟悉了不同机构的运动形式、优缺点以及适用场合，懂得了根据机构特点和机器功能要求评价不同方案的合理性，在设计过程中熟练了对 CAD、WORD 等软件的操作，强化了软件操作能力。并结合鞭炮插引机的工作原理，对其进行设计优化，以达到工人师傅操作方便，更进一步减轻其劳动强度为目的，设计了这款鞭炮插引机，并为鞭炮插引机的设计生产提供理论依据。对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，作出机构运动简图，对相关执行机构
19、的具体尺度进行分析与设计。2 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析2.1 鞭炮插引机机构工作原理和工艺动作分解鞭炮插引机包括机架、工作台板、支架、切引机构、引饼移动机构、导引管调整板、导引管、输引主动辊轴、引线导向板、引线对准板、主动立轴、同步伞齿轮等组成，所述机架上方的工作台板上垂直设置有一支架，均布排列开有一行半圆形口的导引管支承板固装在支架内侧中部的适当位置，导引管活动套装于导引管支承板上的半圆形口内，导引管下部置有导引管调整板，导引管调整板上对应导引管开有一行均布的圆孔，导引管调整板两端活动套装在调整板导柱上；导引管支承板上面平行装置可调式带齿轮的输引主动辊轴和带齿轮的输引从动辊轴，在输引
20、主动辊轮和输引从动辊轴之间形成的上下扇形口处各置有一块引线导向板，引线导向板上开有一行均布的引线孔，引线导向板的上方对应固装一块均布排列有引线孔的引线对准板，切引机构装置在导引管的下方，引饼移动机构成斜线设置在工作台板中部与导引管对应垂直面的适当位置并置于工作台板上面支架右边支柱的外侧，在主动立轴的顶端和下部依次设9有二组同步伞齿轮，两组伞齿轮分别啮合传动装置在工作台板上面的引饼移动机构和支架内侧中部的输引主动辊轴，切引机构凸轮套装于主动立轴下部伞齿轮上方适当位置；导引管为顶部球状的针形管。鞭炮插引机结构示意图如下图 3 所示。图 3 鞭炮插引机结构示意图Fig 3 Firecrackers
21、cited shaper structure diagram鞭炮插引机包括机架 1、工作台板 2、支架 3、切引机构 4、 引饼移动机构 5、导引管 8、输引主动辊轴 10、引线导向板 11、引线对准板 12、 同步伞齿轮 15、20、主动立轴 17、所述机架 1 焊接组成，工作台板 2 用螺栓与机架 1 固连，支架 3 用螺栓 垂直固装在工作台板 2 板面中线的相应位置，导引管 8 用不锈钢管材加工成上端 带球体的针杆形状(还可以用铜管或工程塑料硬质管加工制成，规格为内径 2mm， 管长200-250mm)，导引管支承板 9 上开有一行均布排列的中心带穿孔的半圆形 口，导引管支承板 9 采用
22、不锈钢或塑料板加工制成，用螺栓固装在支架 3 中部内 侧的 7 字形支板上面，针形状导引管 8 从导引管支承板 9 上的半圆形口穿入，垂 直于工作台板2 活动吊装，上面固装一块与导引管 8 上端球体中心孔对应的带孔 盖板，导引管 8 设置为 5 根以上，二根调整板导柱 7 的上端靠导引管 8 两边垂直 固装在导引管支承板9 下面，下端由定位调整螺栓活动套装一块用不锈钢板加工 成的导引管调整板 6(板厚度 3mm)，导引管调整板 6 上面均布开有一行与导引管 8 大小相匹配的圆孔，导引管 8 下端从该圆孔中穿入对应引饼移动带 23 上面的 引饼 19 中的鞭炮筒子口活动套装，可使导引管调整板 6
23、 沿调整板导柱 7 上下滑 动，并根据引饼 19 不同筒口规格或不规则排列筒口的引饼都可任意调整导引管 8 下端管口之间的间隙和导引管 8 的排列形状，从而保证筒口个个能插上引线； 左端带齿轮的输引主动辊轴 10 和左端带齿轮10的输引从动辊轴 29 平行活动套装在 输引辊轴支座 14 内，二辊轴均加工成扇形偏心轴，由螺母调节二辊轴之间的距 离，输引辊轴支座 14 固装在导引管支承板 9 上面紧靠导引管 8 两边的适当位置， 引线导向板 11 由上导向板和下导向板组成，用铝质材料铸成梯形状(也可用工 程塑料板加工制成)，板上均布加工有一行引线孔(孔距 10-20mm，孔数为 10 个 以上)，
24、上下引线导向板 11 分别装置在输引主动辊轴 10 和输引从动辊轴 29 之间 形成的上下扇形口内，安装后由主动立轴 17 顶端垂直固装的一组同步上伞齿轮 15 啮合传动输引主动辊轴 10 转动，输引主动辊轴 10 左端上的齿轮带动输引从 动辊轴左端上的齿轮反向同步转动，达到间隙向导引管 8 输送引线的动作实 现；均布排列有引线孔的引线对准板 12 由螺栓固装在支架顶部内侧的 7 字形支 板上，引线 13 从引线架上引入，通过引线对准板 12 上的引线孔伸入到导引管 8 内。切引机构 4 由带橡胶条档引助力板、刀片压板、刀片、刀片架、支座、移动 销轴、压缩弹簧、弹簧套、弹簧罩组成，刀片由二块以
25、上不锈钢剃须刀片组 合并用刀片压板平装在刀片架上面，刀片架由销柱活动安装在支架下部内侧的 7 字形支板上，刀片紧靠导引管 8 的下口面，刀片架右端 7 字形支板上固装一个右端带弹簧罩的弹簧套，套装有压缩弹簧的移动 销轴活动套装在弹簧套内，由切引机构凸轮间歇传动移动销轴，从 而驱动刀架向前移动切引，带橡胶条的档引助力板与刀片架平行固装 在7 字形支板上。 工作台板 2 上面的适当位置成斜线开有二个长条形槽(与工作台板 2横向中 线成 60 度角)，二根引饼移动辊轴 21 活动套装于长条形槽下面的引饼移动辊轴支座内，引饼移动带 23 活动绕装在二根引饼移动轴 21 上，引饼移动带 23 用帆布加工
26、制成，引饼移动机构 5 支杆的一端紧靠支架 3 右边主动立轴 17 下部一组伞齿轮20 处固装在工作台板 2 上，L 形引饼移动爪用螺栓垂直固装在移动机构支杆的另一端，与引饼移动带 23 的左端带面紧贴；出轴用联轴套 22 与主动立轴 17 固连接，使其传动固装在主动立轴 17 上的同步上伞齿 15、同步下伞齿 20、 切引机构凸轮 18 转动，以实现输引、下引导向、对准插引、变位、切引、移动引饼的全部动作，达到连续生产的目的。 根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程是，机构应由双胶辊、切引刀、压引板和送料板的运动组成。各构件的运动形式为：（1）双胶辊，每一个运动周期的开始转动一定角度将引线进给 35mm，做间歇运动，其运动规律如图 4 示：
