機械原理課程設計洗瓶機的推瓶機構

1、課程設計課程設計任務書任務書班級班級: : 02134130213413 小組成員小組成員: : 課程設計題目課程設計題目: : 洗瓶機的推瓶機構洗瓶機的推瓶機構 課程設計完成內容課程設計完成內容: :設計說明書一份設計說明書一份(主要包括:運動方案設計、方案的決策與尺度綜合、必要的機構運動分析和相關的機構運動簡圖)完成日期完成日期: : 20152015 年年 0101 月月 1313 日日指導教師指導教師: : 范奎范奎 目 錄1.設計題目.31.1 洗瓶機的主要功能介紹 .31.2 洗瓶機的工作原理 .31.2.1 洗瓶機的工作示意圖 .31.2.2 洗瓶機的技術要求 .41.3 推瓶機

2、構的設計要求 .31.4 推頭運動路線的分析 .52.方案的設計及分析決策.62.1 凸輪連桿組合方案 .62.1.1 凸輪連桿組合機構方案一 .62.1.2 凸輪連桿組合機構方案二 .72.2 凸輪搖桿機構方案 .72.3 五桿組合機構方案 .82.4 方案的分析與決策 .83.尺寸綜合.103.1 機構運動的尺寸分析確定 .103.1.1 設計推導的公式 .113.1.2 桿長的確定 .113.2 凸輪的設計 .123.2.1 擺動凸輪的設計 .123.2.2 直動凸輪的設計 .133.3 壓力角的檢驗及機構尺寸的確定 .141 設計題目：洗瓶機的推瓶機構1.1 洗瓶機的主要功能介紹隨著社

3、會的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快人們對生活水平要求的越來越高，科技也不斷發(fā)展，在工業(yè)，生活中科技含量已經逐漸體現。本設計主要是針對自動洗瓶機的推瓶機構進行設計。自動洗瓶機目前已經廣泛應用于啤酒及飲料生產線上。該機構的主傳動是由電機變頻同步控制。進出瓶分別采用導輥和凸輪連桿組合機構來控制，該機構結構簡單、傳動平穩(wěn)、可靠、噪音小，并且有進出瓶自動回程功能。由導輥的旋轉及推頭的推送，通過導輥上方的毛刷將瓶子的外側刷洗干凈。1.2 洗瓶機的工作原理洗瓶機如圖 1.1 所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉。當推頭 m 把瓶子推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢時

4、，后一個待洗的瓶子已送入導輥待推。它的主要動作：將到位的瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉以及將刷子轉動。1.2.1 洗瓶機的工作示意圖圖 1.1 洗瓶機工作示意圖1.2.2 洗瓶機的技術要求表 1.1 洗瓶機的技術要求方案代號瓶子尺寸（長直徑）mm，mm工作行程mm生產率個/s急回系數 k電動機轉速r/mina802006001531450 1.3 推瓶機構的設計要求1.洗瓶機的推瓶機構：平面連桿機構等常用機構或組合機構。2.推瓶機構應使推頭 m 以接近勻速的速度推瓶，推進距離 l=600mm 然后推頭快速返回原位，準備第二個工作行程。3.設計組合機構實現運動要求，并對從動桿進行運動

5、分析。也可以設計平面連機構以實現運動軌跡，并對平面連桿機構進行運動分析。4.機構的傳動性能好，結構緊湊，制造方便。5.編寫設計說明書。1.4 推頭運動路線的分析分析設計要求可知：洗瓶機主要由推瓶機構、導輥機構、轉刷機構組成。設計的推瓶機構應使推頭 m 以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，準備第二個工作循環(huán)，本說明書主要介紹洗瓶機的推瓶機構。根據設計要求，推頭 m 可走圖 2.1.1 所示軌跡，而且推頭 m 在工作行程中應作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。由此可根據其運動軌跡選擇推瓶機構的設計方案。應該選擇具有急回運動特性的機構。圖 1.2

6、推頭 m 運動軌跡對這種運動要求，若用單一的常用機構是不容易實現的，通常要把若干個基本機構組合，起來，設計組合機構。在設計組合機構時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構（基礎機構） ，而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎機構主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構組合。2 方案的設計與分析決策根據推頭的運動軌跡分析得知推瓶機構主要是控制推頭做急回運動，故選擇機構方案可從能實現急回運動的機構考慮。根據已學知識得知能做急回運動的機構有曲柄滑塊機構，凸輪機構，和連桿組合機構等。他們各自有自己的特點。通過綜合考慮列出如下幾種機構作為參考方案：2.1 凸輪連桿組合機構方案確定一

7、條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構都具有精確再現給定平面軌跡的特征。點 m 的速度和機構的急回特征，可通過控制該機構的兩個輸入構件間的運動關系來得到，如用凸輪機構、齒輪或四連桿機構來控制等等。圖 2.1 和圖 2.2 所示為兩個自由度五桿低副機構，1、4 為它們的兩個輸入構件，這兩構件之間的運動關系用凸輪、齒輪或四連桿機構來實現，從而將原來兩自由度機構系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。2.1.1 方案一：該機構利用一個凸輪機構和一個連桿機構組成復合機構控制使機構做急回運動。 圖 2.1 凸輪連桿組合機構的方案一2.1.2 方案二：該機構實現 x，y 方向的運動，分別采用了一個擺動推桿

8、盤形凸輪機構和一個只動推桿盤形凸輪機構組成了一個復合機構。圖 2.2 凸輪連桿組合機構的方案二2.2 凸輪搖桿機構方案：圖 2.3 凸輪搖桿機構方案2.3 五桿組合機構方案：圖 2.4 五桿機構方案2.4 方案的分析與決策方案一中機構由凸輪四桿機構組成，凸輪為原動件（由電機帶動） ，通過滾子及連桿帶動機構做運動。其急回特性由凸輪控制。在該方案中有 5 個活動構件，其中有一個高副，自由度為 1，有確定的運動。但是它的桿比較多，容易產生誤差，不能實現精確的運動。方案二的運動由凸輪機構和四桿機構協調運動完成，這種組合可以很好的對推頭進行控制，不僅結構簡單，體積小，安裝后便于調試，從經濟上也比較合適。

9、其中凸輪軸能很好的協調推頭的運動而且工作平穩(wěn)。其缺點是四桿機構的低副之間存在間隙，會產生累計誤差。方案三的運動和急回特性主要也是靠凸輪來控制，但是這種控制相當不精確，只適用于行程較小的運動，如果行程過大的話，凸輪的尺寸必須做的很大，從經濟和實用的角度來看都不太合適。方案四的機構是一個五桿機構，桿 1 為原動件。這種控制結構簡單，制造方便，但在控制運動方面卻有很大的欠缺，急回運動特性不明顯。機構中桿件較多沖擊震動較大，不能實現精確運動。要準確的實現給定運動規(guī)律及運動軌跡，凸輪機構是首選，因為盤形凸輪輪廓就是根據從動件運動規(guī)律來設計的，而任意平面軌跡總可以用x=x( )y=y( )表示，因此把兩個

10、凸輪機構組合起來就可以準確實現軌跡。而四桿機構在運動規(guī)律、運動軌跡設計中是用逼近的辦法來做的，所以較難準確實現。在方案二中，利用了兩個凸輪分別控制 x 和 y 方向上的運動，且連桿不是很多，設計中要求速度也不是很快，所以綜上所述選擇方案二為最后設計的方案。如圖所示：圖 2.5 凸輪連桿組合機構 3 尺寸綜合3.1 機構運動示意圖3.1 洗瓶機推瓶機構運動簡圖3.1.1 設計推導的公式1ll m1l1cos2coslxmymll212sinsin211112122sin2cos2llmlmlmmyxyx0sincos11cba31121111113203022112211321111122221

11、2122211sintan)cos(cossinarctan,sinsincoscoscossinarctanarctan2,2,2lllellelllsrllsrllellllllmlmcacabblmmlclmblmaxyyxyx其中：3.1.2 桿長的設計及確定1.為了滿足傳動角的一定要求可以初步設計確定桿 l1 和 l4 在兩個特殊位置（推頭位移最大和最小時）所形成的這一夾角所在的范圍。2.桿長 l2 與中心距和基圓大小有關，根據壓力角的范圍可以大概設計出桿l2 的長度。3.同理桿 l3 的桿長與另外一個凸輪的基圓有關系，同樣在保證滿足壓力角的許可范圍設計桿 l3 的長度。根據前述推導

12、公式可計算得l4=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm1=133 2=26 3=47e=200mm f=140mm3.2 凸輪的設計對應 c 點的工作行程時：0=200， 遠休止角01=30；對應 c 點的回程時： 0=100 近休止角02=30圖 3.2 分點與推桿的工作位置3.2.1 擺動凸輪的設計圖 3.3 擺動凸輪的角位移線圖圖 3.4 擺動推桿盤形凸輪廓線3.2.2 直動凸輪的設計圖 3.5 直動推桿的位移線圖圖 3.6 直桿推動盤形凸輪廓線3.3 壓力角的檢驗及機構尺寸的確定實際設計中規(guī)定壓力角的許用值。對擺動從動件，通常取=4050，對于直動從動件，通常取=3038。滾子接觸、潤滑良好和支撐有較好剛性時取數據上限否則取下限。現通