洗瓶機機械原理課程設(shè)計

1、洗瓶機推平機構(gòu)的改進設(shè)計學(xué)校： 專業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年6月10日目 錄1. 設(shè)計的課題32. 設(shè)計的目的33. 設(shè)計的原理34. 設(shè)計要求及任務(wù)45. 參數(shù)的選擇56. 方案設(shè)計及分析57. 方案的確定及其分析88. 變速箱的設(shè)計159. 總體設(shè)計及其布局1610. 實體搭建1711. 總結(jié) 1812. 參考文獻19一、 設(shè)計的課題：推瓶機構(gòu)的改進設(shè)計： 優(yōu)點洗瓶機由凸輪機構(gòu)和四桿機構(gòu)協(xié)調(diào)運動完成，這種組合可以很好的對推頭進行控制，不僅結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝后便于調(diào)試而且從經(jīng)濟的角度來看也很節(jié)省材料。其中凸輪軸能很好的協(xié)調(diào)推頭的運動且工作

2、平穩(wěn)。缺點四桿機構(gòu)的低副間存在間隙，桿較多，容易產(chǎn)生誤差，累積誤差較大，不能實現(xiàn)精確運動。沖擊震動較大，一般適用于低速場合。以上優(yōu)點是我們要保持的方面，缺點就是我們本次設(shè)計所要改進的。二、 設(shè)計的目的：（1） 使學(xué)生初步了解機械設(shè)計的全過程，得到根據(jù)功能需要擬定機動方案的訓(xùn)練，初步具備的機構(gòu)選型、組合和確定運動方案的能力；（2） 以機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計為切入點，把機械原理課程各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識；（3） 使學(xué)生掌握機械運動方案設(shè)計的內(nèi)容，方法，步驟，并對動力分析與設(shè)計有一個較完整的概念；（4） 進一步提高學(xué)生運算，繪圖以及運用計算機和技術(shù)資料的能力；（5

3、） 通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達，歸納，總結(jié)的能力；（6） 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題的能力和創(chuàng)新能力。（7） 進一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力，使學(xué)生熟悉機械系統(tǒng)設(shè)計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學(xué)和動力學(xué)的分析和整體設(shè)計等，并進一步提高計算、分析，計算機輔助設(shè)計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力三、 工作原理：圖1如圖所示，洗瓶機有關(guān)部件的工作示意圖。洗瓶機主要有推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。如圖所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。

4、當推頭M把瓶子向前推進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗涮完畢時后一個待洗的瓶子已經(jīng)送入導(dǎo)輥待推。四、 設(shè)計要求及任務(wù)：表1 洗瓶機的技術(shù)要求方案號瓶子尺寸（直徑x長）（mm, mm）工作行程（mm）生產(chǎn)率/（個/min）急回系數(shù)K電動機轉(zhuǎn)速/（r/min）A100x200600153 1440 B80x180500163.2 1440C60x150420183.5960（1）設(shè)計要求：1.設(shè)計的推瓶機構(gòu)應(yīng)是推頭M接近勻速推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)，2.根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖2所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應(yīng)近似作勻速直線運動，回

5、程時有急回特性。圖2對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合起來，設(shè)計組合機構(gòu)。（2）設(shè)計任務(wù)：1.洗瓶機應(yīng)包括齒輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)。應(yīng)確定兩種以上的方案，經(jīng)分析比較后選定一種進行設(shè)計。 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。3.繪制機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖。5.其他機構(gòu)的設(shè)計計算。6.編寫設(shè)計計算說明書。7.可進一步完成：洗瓶機推瓶機構(gòu)的計算機動態(tài)演示等。五、 參數(shù)的選擇：（1）瓶子尺寸：長度L=

6、200mm，直徑D=100mm。 （2）推進距離S=600mm，推瓶機構(gòu)應(yīng)使推移接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環(huán)。（3）按生產(chǎn)率每分鐘15個的要求，推程的平均速度v=20mm/s，（4）電動機轉(zhuǎn)速為1440 r/min。（5） 急回系數(shù)3。六、 方案設(shè)計及分析：方案一：凸輪齒輪機構(gòu)分析及評價：（1） 運動是否具有確定的運動該機構(gòu)中構(gòu)件n=5（注意凸輪2和3固定在一起同時轉(zhuǎn)動，因此只能算一個構(gòu)建）。在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運動副中低副Pl=6，桿4和桿5分別與兩凸輪構(gòu)成兩個高副Ph=2。機構(gòu)中不存在虛約束和局部自由度。由以上條件可知：機構(gòu)的自由度F

7、=3n-(2Pl+Ph)=35（26+2）=1，由此可見，該機構(gòu)具有確定的運動。（2）機構(gòu)的合理性：該構(gòu)件采用兩個凸輪分別控制推頭的水平運動和垂直運動，將推頭復(fù)雜的運動分解到X軸和Y軸，根據(jù)推頭的運動要求，設(shè)計了控制進程回程的機構(gòu)-凸輪和齒輪，還有控制豎直運動的凸輪，因此設(shè)計凸輪較為方便，而且能保證推頭能夠平穩(wěn)的運動。但同時由于凸輪的不平衡，在運轉(zhuǎn)過程中，會引起整個機構(gòu)的震動，會影響整個機構(gòu)的壽命。在設(shè)計中盡量使凸輪的重量小一些，減小因為凸輪引起的整個機構(gòu)的不平衡和機器的震動。也可以在凸輪上設(shè)置不平衡質(zhì)量使慣性半徑達到最小。（3）方案評價：1優(yōu)點：齒輪的傳動比，可以滿足推頭的水平位移，可精確定

8、位推頭M的運動軌跡，根據(jù)所學(xué)的知識就能方便的設(shè)計出所需的路徑曲線圖，然后通過解析法精確的設(shè)計出凸輪的外輪廓曲線。2不足：不知道 方案二：曲柄搖桿機構(gòu)圖3 曲柄搖桿機構(gòu)方案分析：A. 優(yōu)缺點分析：1） 該連桿具有對成性。當BC=CD=CE時，其連桿上E點生成連桿曲線，有一段是直線，一段近似為圓弧。在ab段非常近似等速精確直線運動。2） 自由度計算：活動構(gòu)件個數(shù)為3，在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運動副中轉(zhuǎn)動副是4，機構(gòu)中沒有虛約束，由以上條件可知：機構(gòu)的自由度F=3n-(2pl+ph)-F=3*3-2*4=1，自由度為1，由此可見，該機構(gòu)具有確定的運動。3)該機構(gòu)比較簡單，但是可能存在剛性或柔性沖擊。方案三

9、:凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)可行性：（1）此機構(gòu)使用凸輪和連桿機構(gòu)，構(gòu)造簡單，所占空間小，維修、檢測都很方便。（2）此洗瓶機的推瓶機構(gòu)運用凸輪機構(gòu)使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機構(gòu)可以使凸輪的推程放大，達到設(shè)計題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。（3）該機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)n=5。在各個構(gòu)件構(gòu)成的的運動副中低副是6，滾子6和凸輪1構(gòu)成一個高副，機構(gòu)中不存在虛約束，滾子6處存在一個局部自由度。由機構(gòu)的自由度計算公式得：F=3n-(2Pl+Ph)=35-（26+1）-1=1,所以該機構(gòu)具有確定的運動。不足：(1)推頭在推瓶子時與瓶底有碰撞，而推頭在推動瓶子在導(dǎo)輥上移動時摩擦較大，須加載的驅(qū)動力也較大，所

10、以不合理，凸輪和曲柄的運動都存在死點，使機構(gòu)運行不平穩(wěn)。(2)由于刷子與導(dǎo)輥的距離是一定的，所以如果是清洗象啤酒瓶一樣的瓶子，刷子很難清洗到瓶頸的部分，這也是此機構(gòu)的一個不足之處。（3）機器運轉(zhuǎn)由于凸輪的不平衡，在使用過程中可能會有噪音；凸輪機構(gòu)為高副機構(gòu)，不宜承受較大的載荷。同時也需要經(jīng)過多次的調(diào)試，試驗才能得出正確的推頭運動路徑，再通過凸輪的設(shè)計控制使推頭進程勻速，回程又同時具有急回這樣的特性。七、 方案的確定及其分析綜合上述情況，我們小組認為最后一種方案比較合理一些，可以近似勻速推過去，且可以急回。并且把復(fù)雜的運動分解到水平和豎直方向上。而且計算來稍微方便一些。因此，我們選擇了最后一種方

11、案。Y方向的位移控制推桿沿著Y方向的凸輪（1）在設(shè)計時先要確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為=310mm。其次要選定推桿的運動規(guī)律，因為此凸輪只控制方向而為對推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項式。 （2 ） 求凸輪的輪廓線 對于對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)，凸輪的輪廓線的坐標可根據(jù) X=（+s）+e， y=（+s）e 其中e=0 上式簡化為X=（+s） ，y=（+s）1）遠休止 ： = =0 =0,2）推程階段： =3/10 = h/ =0,3/103) 遠休止： =2/5 =180 =0,2/5 4) 回程階段： =3/10 = h1-/ =0,3/10（1） 推程

12、段的壓力角 =取計算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計算凸輪輪廓線上各點的坐標值。在計算時：在推程階段取= ，在遠休止階段取= ，在回程階段取= +，在近休止階段取= +。 計算結(jié)果見下表3： 表3sxy0003105027.00462308.821610053.80392305.295234560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿足條件，故所選基圓正確。用描點法得凸輪的輪廓線如下： 圖11推桿的位移曲線如下： 圖12X方向的運動方

13、程A. 計算公式：(1)令LAB=L1, LCD=L3, LAC=L6, 搖塊與導(dǎo)桿的最大擺角max ，max =2arctan（Hmax/2T ） (2)極位夾角=(K-1)/(K+1)*180，其中K為行程速比系數(shù) (3)曲柄長度LAB=L1=L6 (/2 ) =L6 (/2 ) (4)導(dǎo)桿長度LCD=L3=T/Sin3 (5)曲柄的角速度1 = -n/30 式中負號是指曲柄1的轉(zhuǎn)向為順時針方向與規(guī)定的逆時針方向為正向反。(6) LBC=L1 Cos1/ Cos3(7) SR=L3 LBC(8) tan3=(L6 + L1 Sin1 )/ L1 cos1(9)3=L1 1cos(1-3)

14、/ sin3(10) VBC=-L11sin(1-3)(11) VR=L13cos3/ sin3+ L11sin(1-3) 式中V，為滑塊2相對于D點的速度，亦即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對速度。（12）aBC=(1 -3) 3 LBC（13）a3=2 3L3/ (sin3)2 -( V3 3 + L33 ) cos3 / sin3（14）故滑塊2相對于D點的加速度(即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對加速度) aR為 aR= a3一aBC（15）確定滑枕的位移(SD)、速度(VD)和加速度(aD)的方程式XD =L3 cos3 SD =0.5H+ XD對SD 求一次導(dǎo)數(shù)得VD =-L3 cos3/ sin3aD=

15、( 2XD32一T3 ) / (sin3)2B參數(shù)及其計算：T=600mm，LAC = L6 =360mm, K=3.2,轉(zhuǎn)速n=16r/min，最大沖程Hmax=500mm.帶入上述公式可得max =2arctan（Hmax/2T ）=45.3LAB=L1=L6 (/2 ) =L6 (/2 ) =0.1795mLCD=L3=T/Sin3=0.645m 1 = -n/30=-1.67rad/s3=arctan (L6 + L1 sin1)/ L1 cos1= arctan (0.36 + 0.1795sin1)/ 0.1795 cos1VD =-L3 cos3/ sin3=0.645 cos3

16、/ sin3XD =0.645 cos33 =0.1795*（-1.67）* (sin1 -sin3) 3 = VBC/ LBC*(1 -23)= -1 sin(1-3) cos3(1-23) / cos1 aD=( 2XD32一T3 ) / (sin3)2代入數(shù)據(jù)可得 VD =0.18* (sin1 sin arctan (0.36 + 0.18sin1)/ 0.18 cos1) / sin arctan (0.36 + 0.18sin1)/ 0.18 cos1aD =0.201 cos3*(sin1 -sin3)2 +0.61 sin(1-3) cos3(1-23) / cos1 / (s

17、in3)2其中，3= arctan (0.36 + 0.18sin1)/ 0.18 cos1C軟件模擬及其仿真Y方向的位移控制推桿沿著Y方向的凸輪（1）在設(shè)計時先要確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為=310mm。其次要選定推桿的運動規(guī)律，因為此凸輪只控制方向而為對推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項式。 （2 ） 求凸輪的輪廓線（周期為4s）方法：利用解析法設(shè)計凸輪的輪廓線 對于對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)，凸輪的輪廓線的坐標可根據(jù) X=（S0+s）+e， y=（S0+s）e 其中e=0 , S0 = 上式簡化為X=（+s） ，y=（+s） （a）由sam軟件得出的圖（

18、7-4）可知：推程所需的時間是大概為7T/10,回程所需的時間是3T/10。由于回程時間極短，因此近休止的時間不可以為7T/10 /(2).必須提前一些。綜合上述情況，我們小組經(jīng)過分析認為,近休止的時間為5T/10,1）近休止 ： = =0 =0,2）推程階段： =3/10 = h/ =0,3/103) 遠休止： =2/5 =180 =0,2/5 4) 回程階段： =3/10 = h1-/ =0,3/10（2） 推程段的壓力角 =取計算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計算凸輪輪廓線上各點的坐標值。在計算時：在推程階段取= ，在遠休止階段取= ，在回程階段取= +，在近休止階段取= +。 計

19、算結(jié)果見下表2：sxy0003105027.00462308.821610053.80392305.295234560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿足條件，故所選基圓正確。用描點法得凸輪的輪廓線如下： 圖7-1推桿的位移曲線如下： 圖7-2八、 減速箱設(shè)計減速箱結(jié)構(gòu)簡圖如下：此減速裝置為定軸輪系，動力從齒輪輸入，從齒輪輸出，傳動比為 =36 故原動力電機轉(zhuǎn)速n=1440r/min,經(jīng)過減速箱后輸出轉(zhuǎn)速為n=40r/min.各齒輪的參

20、數(shù)：Zmdhps1201202018.795062.1.2512.252217.53.141.572201202018.795062.1.2512.252217.53.141.573801208075.180252.1.2512.258277.53.141.57201202018.795062.1.2512.252217.53.141.574601206056.385192.1.2512.256257.53.141.57201202018.795062.1.2512.252217.53.141.575601206056.385192.1.2512.256257.53.141.57相互嚙合的齒輪之間的齒距a如下表：和和和和20mm50mm40mm40mm九、 總體設(shè)計及其布局：十、 實體搭建在設(shè)計的最后階段，我們小組到機械實驗室對我們設(shè)計的方案進行了實體模型搭建。下面是我們搭