洗瓶機(jī)機(jī)械原理課程設(shè)計

1、洗瓶機(jī)推平機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計學(xué)校：專業(yè)：機(jī)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(xiàn)19設(shè)計的課題推瓶機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計：優(yōu)點一一洗瓶機(jī)由凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運動完成，這種組合可以很好的對推頭進(jìn)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(jì)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)推頭的運動且工作平穩(wěn)。缺點一一四桿機(jī)

2、 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(jìn)的。二、設(shè)計的目的：(1) 使學(xué)生初步了解機(jī)械設(shè)計的全過程， 得到根據(jù)功能需要擬定機(jī)動方案的訓(xùn)練， 初步 具備的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運動方案的能力；(2) 以機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計為切入點，把機(jī)械原理課程各章的理論和方法融會貫通起 來，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識；(3) 使學(xué)生掌握機(jī)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(jìn)一步提高學(xué)生運算，繪圖以及運用計算機(jī)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(dá)，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(jìn)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(jī)械所涉及的實際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)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(jìn) 一步提高計算、分析，計算機(jī)輔助設(shè)計、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力三、工作原理：圖1如圖所示，洗瓶機(jī)有關(guān)部件的工作示意圖。洗瓶機(jī)主要有推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輾機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷 機(jī)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)輾上，導(dǎo)輾帶動瓶子

4、旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推 頭M把瓶子向前推進(jìn)時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)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)輾待推。四、設(shè)計要求及任務(wù)：表1洗瓶機(jī)的技術(shù)要求力殺方瓶子尺寸(直徑x 長)(mm, mm工作行程 (mrm生產(chǎn)率/ (個/min )急回系數(shù)K電動機(jī)轉(zhuǎn)速/(r/min )A小 100x2006001531440B小 80x180500163.21440C（|）60x150420183.5960(1)設(shè)計要求:1 .設(shè)計的推瓶機(jī)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(zhǔn)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

5、行程中應(yīng)近似作勻速直線運動，回程時有急回特性。對這種運動要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機(jī)構(gòu)組合起來，設(shè)計組合機(jī)構(gòu)。(2)設(shè)計任務(wù)：1 .洗瓶機(jī)應(yīng)包括齒輪、平面連桿機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)或組合機(jī)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(jìn)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(jī)器的機(jī)構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4 .設(shè)計組合機(jī)構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進(jìn)行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu) 以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析。繪出運動線圖。5 .其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。6 .編寫設(shè)計計算說明書。7.可進(jìn)一步完成：洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)的計算機(jī)動態(tài)演示等。五

6、、參數(shù)的選擇：(1)瓶子尺寸：長度 L=200mm直徑D=100mm(2)推進(jìn)距離S=600mm推瓶機(jī)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(zhǔn)備進(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)分析及評價：(1)運動是否具有確定的運動該機(jī)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(jī)構(gòu)中不存在虛約束和局部

7、自由度。由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-(2Pl+Ph)=3X 5一(2X6+2) =1,由此可見，該機(jī)構(gòu)具有確定的運動。(2)機(jī)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(jìn)程回程的機(jī)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(jī)構(gòu)的震動，會影響整個機(jī)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(jī)構(gòu)的不平衡和機(jī)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(dá)到最小。(3)方案評

8、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(jī)構(gòu)圖3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)方案分析：A.優(yōu)缺點分析：1)該連桿具有對成性。當(dāng)BC=CD=CE,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(jī)構(gòu)中沒 有虛約束，由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-(2pi+ph)-F '=3*3-2*4=1 ,自由度為1, 由此可見，該機(jī)構(gòu)

9、具有確定的運動。3)該機(jī)構(gòu)比較簡單，但是可能存在剛性或柔性沖擊。方案三：凸輪一一較鏈四桿機(jī)構(gòu)可行性：(1)此機(jī)構(gòu)使用凸輪和連桿機(jī)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(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)運用凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)可以使凸輪的推程放大，達(dá)到設(shè)計題目要求的行程速度系數(shù)比K=3o(3)該機(jī)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(jī)構(gòu)中不存在虛約束，滾子 6處存在一個局部自由度。由機(jī)構(gòu)的自由度計算公 式得：F=3n-(2Pl+Ph)=3X5- (2X6+1) -1=1所以該機(jī)構(gòu)具有確定的運動。不足：(1)推頭

10、在推瓶子時與瓶底有碰撞，而推頭在推動瓶子在導(dǎo)輾上移動時摩擦較大，須加 載的驅(qū)動力也較大，所以不合理，凸輪和曲柄的運動都存在死點，使機(jī)構(gòu)運行不平穩(wěn)。(2)由于刷子與導(dǎo)輾的距離是一定的，所以如果是清洗象啤酒瓶一樣的瓶子， 子子很難 清洗到瓶頸的部分，這也是此機(jī)構(gòu)的一個不足之處。(3)機(jī)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(jī)構(gòu)為高副機(jī)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(jìn)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(rèn)為最后一種方案比較合理一些，可以近似勻速推過去，且可

11、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(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為二310mm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(jī)構(gòu)，凸輪的輪廓線的坐標(biāo)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(yuǎn)休止：=兀=0=0,兀2)推程階段：=3兀/10=h/二0,3兀/103)遠(yuǎn)休止：=2兀/5

12、二180二0,2兀/54)回程階段：=3兀/10=h1-/二0,3兀/10(1)推程段的壓力角a =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(biāo)值。 在計算時: 在推程階段取(7=,在遠(yuǎn)休止階段取(7=,在回程階段取(7= +,在近休止階段取(7= +計算結(jié)果見下表3:表3(Tsxya0003105027.00462308.821610053.80392305.295234560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿

13、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方向的運動方程A.計算公式:令LaB=L1, LcD = L3, LaC=L6,搖塊與導(dǎo)桿的最大擺角(J)max(J)max =2arctan (Hmax/2T )(2)極位夾角k(K-1)/(K+1)*180 ,其中K為行程速比系數(shù)(3)曲柄長度 Lab=Li=L6 (sin /2)=L6(sin /2)(4)導(dǎo)桿長度 LCD=L3=T/Sin(|)3(5)曲柄的角速度col = -nB30式中負(fù)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=Li Cos(|)i/ Cos(|)3

14、(7) Sr=L3 Lbc(8) tan 3=(L6 + Li Sin(|)i)/ Li cos(|)i(9)5=Li3iCOS(Mg/ sin(|)3(10) VBc=-L15sin-(11) Vr=L133cos如/ sin©3+ L131sin(MM)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=( W1 - gj3)33 Lbc(13) %=屹 3L3/ (sin 如)2-( V3 33 + L3 3) cos如 /sin 如(14)故，t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 -* aBc(15)確定滑枕

15、的位移(Sd)、速度(Vd)和加速度(aD)的方程式Xd =L3 cos MSd =0.5H+ Xd對Sd求一次導(dǎo)數(shù)得Vd =-L3 cos如公所如aD=( 2X d 332 -i T s ) / (sin M)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=L產(chǎn)L6 (sin/2)=L6 (sin /2) =0.1795mLcD=L3=T/Sin 眄=0.645m31 = -n -30=-1.67rad/s(|)3=ar

16、ctan (L6 + Li sin %)/ Li cos M=arctan (0.36+ 0.1795sin )/ 0.1795 cosWVd =-L3 cosM/sin(|)3 =0.645 cos加/sin 犧Xd =0.645 cos 如慚=0.1795* (-1.67) * (sin-sinM)3 = Vbc/ L bc*(孫-2 33)= - 必 sin(|)1- cos(|)3( gl)1-2 33) / cos 也aD=( 2Xd 332 * T 3 ) / (sin 棲2代入數(shù)據(jù)可得Vd =0.18* (sin . -sin arctan (0.36+ 0.18sin .)/

17、0.18 cos.) / sin arctan (0.36+ 0.18sin 附/ 0.18 cos川aD =0.201 cos(|)3*(sin 5-sin 如)2+0.6w1sin( 5-(|)3) cos3(31-233)/cos(|)1 / (sin(|)3)2其中，加=arctan (0.36+ 0.18sin3)/ 0.18 cos5C.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(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為二310mm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

18、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(jī)構(gòu)，凸輪的輪廓線的坐標(biāo)可根據(jù)X= (S)+s) +e, y= (&+s) e其中 e=0 , S 0 = Jr 02 e2上式簡化為 X= (+s), y= (+s)(a)由sam軟件得出的圖(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(rèn)為，近休止的時間為5T/10,1)近休止：=兀=0=0,兀2)推程階段：=3冗/10= h/=0,3兀/103)遠(yuǎn)休止：=2兀/

19、5=180=0,2兀/54)回程階段：=3兀/10 = h1-/=0,3兀/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(biāo)值。 在計算時: 在推程階段?。?=,在遠(yuǎn)休止階段取（7=,在回程階段?。?= +,在近休止階段?。?= +計算結(jié)果見下 表2:(Tsxya0003105027.00462308.821610053.80392305.295234560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿足

20、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(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,經(jīng)過減速箱后輸出轉(zhuǎn)速為n=40r/min.各齒輪的參數(shù)：ZmadhPs1201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.572201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.573801208075.180252.9508251.2512.258277.53.141.57201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.574601206056.385192.9508251.2512.256257.53.141.57201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.575601206056.385192.9508251.2512.256257.53.141.57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(jī)械實驗室對我們設(shè)計的方案進(jìn)行了實體模型搭建。下面