洗瓶機(jī)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

1、洗瓶機(jī)推平機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)學(xué)校： 專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 2012年6月10日目 錄1. 設(shè)計(jì)的課題32. 設(shè)計(jì)的目的33. 設(shè)計(jì)的原理34. 設(shè)計(jì)要求及任務(wù)45. 參數(shù)的選擇56. 方案設(shè)計(jì)及分析57. 方案的確定及其分析88. 變速箱的設(shè)計(jì)159. 總體設(shè)計(jì)及其布局1610. 實(shí)體搭建1711. 總結(jié) 1812. 參考文獻(xiàn)19一、 設(shè)計(jì)的課題：推瓶機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)： 優(yōu)點(diǎn)洗瓶機(jī)由凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)完成，這種組合可以很好的對(duì)推頭進(jìn)行控制，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)且工作

2、平穩(wěn)。缺點(diǎn)四桿機(jī)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(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)。沖擊震動(dòng)較大，一般適用于低速場(chǎng)合。以上優(yōu)點(diǎn)是我們要保持的方面，缺點(diǎn)就是我們本次設(shè)計(jì)所要改進(jìn)的。二、 設(shè)計(jì)的目的：（1） 使學(xué)生初步了解機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程，得到根據(jù)功能需要擬定機(jī)動(dòng)方案的訓(xùn)練，初步具備的機(jī)構(gòu)選型、組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力；（2） 以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，把機(jī)械原理課程各章的理論和方法融會(huì)貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識(shí)；（3） 使學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，方法，步驟，并對(duì)動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念；（4） 進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算，繪圖以及運(yùn)用計(jì)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(yùn)用所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)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(shí)，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(shí)際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、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)輥機(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(gè)同向轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動(dòng)瓶子旋轉(zhuǎn)。

4、當(dāng)推頭M把瓶子向前推進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個(gè)瓶子將洗涮完畢時(shí)后一個(gè)待洗的瓶子已經(jīng)送入導(dǎo)輥待推。四、 設(shè)計(jì)要求及任務(wù)：表1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求方案號(hào)瓶子尺寸（直徑x長(zhǎng)）（mm, mm）工作行程（mm）生產(chǎn)率/（個(gè)/min）急回系數(shù)K電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）A100x200600153 1440 B80x180500163.2 1440C60x150420183.5960（1）設(shè)計(jì)要求：1.設(shè)計(jì)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(gè)工作循環(huán)，2.根據(jù)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)，回

5、程時(shí)有急回特性。圖2對(duì)這種運(yùn)動(dòng)要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實(shí)現(xiàn)的，通常要把若干個(gè)基本機(jī)構(gòu)組合起來，設(shè)計(jì)組合機(jī)構(gòu)。（2）設(shè)計(jì)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(jì)。 2.設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3.繪制機(jī)器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4.設(shè)計(jì)組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求，并對(duì)從動(dòng)桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。也可以設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，并對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。繪出運(yùn)動(dòng)線圖。5.其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。7.可進(jìn)一步完成：洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示等。五、 參數(shù)的選擇：（1）瓶子尺寸：長(zhǎng)度L=

6、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(gè)工作循環(huán)。（3）按生產(chǎn)率每分鐘15個(gè)的要求，推程的平均速度v=20mm/s，（4）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440 r/min。（5） 急回系數(shù)3。六、 方案設(shè)計(jì)及分析：方案一：凸輪齒輪機(jī)構(gòu)分析及評(píng)價(jià)：（1） 運(yùn)動(dòng)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只能算一個(gè)構(gòu)建）。在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中低副Pl=6，桿4和桿5分別與兩凸輪構(gòu)成兩個(gè)高副Ph=2。機(jī)構(gòu)中不存在虛約束和局部自由度。由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F

7、=3n-(2Pl+Ph)=35（26+2）=1，由此可見，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)構(gòu)的合理性：該構(gòu)件采用兩個(gè)凸輪分別控制推頭的水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)，將推頭復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解到X軸和Y軸，根據(jù)推頭的運(yùn)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的凸輪，因此設(shè)計(jì)凸輪較為方便，而且能保證推頭能夠平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。但同時(shí)由于凸輪的不平衡，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命。在設(shè)計(jì)中盡量使凸輪的重量小一些，減小因?yàn)橥馆喴鸬恼麄€(gè)機(jī)構(gòu)的不平衡和機(jī)器的震動(dòng)。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(píng)價(jià)：1優(yōu)點(diǎn)：齒輪的傳動(dòng)比，可以滿足推頭的水平位移，可精確定

8、位推頭M的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)就能方便的設(shè)計(jì)出所需的路徑曲線圖，然后通過解析法精確的設(shè)計(jì)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(diǎn)分析：1） 該連桿具有對(duì)成性。當(dāng)BC=CD=CE時(shí)，其連桿上E點(diǎn)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(yùn)動(dòng)。2） 自由度計(jì)算：活動(dòng)構(gòu)件個(gè)數(shù)為3，在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中轉(zhuǎn)動(dòng)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-(2pl+ph)-F=3*3-2*4=1，自由度為1，由此可見，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。3)該機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(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(jiǎn)單，所占空間小，維修、檢測(cè)都很方便。（2）此洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)使推頭的運(yùn)動(dòng)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(jì)題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。（3）該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)n=5。在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中低副是6，滾子6和凸輪1構(gòu)成一個(gè)高副，機(jī)構(gòu)中不存在虛約束，滾子6處存在一個(gè)局部自由度。由機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式得：F=3n-(2Pl+Ph)=35-（26+1）-1=1,所以該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。不足：(1)推頭在推瓶子時(shí)與瓶底有碰撞，而推頭在推動(dòng)瓶子在導(dǎo)輥上移動(dòng)時(shí)摩擦較大，須加載的驅(qū)動(dòng)力也較大，所

10、以不合理，凸輪和曲柄的運(yùn)動(dòng)都存在死點(diǎn)，使機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)構(gòu)的一個(gè)不足之處。（3）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)由于凸輪的不平衡，在使用過程中可能會(huì)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(shí)也需要經(jīng)過多次的調(diào)試，試驗(yàn)才能得出正確的推頭運(yùn)動(dòng)路徑，再通過凸輪的設(shè)計(jì)控制使推頭進(jìn)程勻速，回程又同時(shí)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，且可以急回。并且把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解到水平和豎直方向上。而且計(jì)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(jì)時(shí)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=310mm。其次要選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)榇送馆喼豢刂品较蚨鵀閷?duì)推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項(xiàng)式。 （2 ） 求凸輪的輪廓線 對(duì)于對(duì)心直動(dòng)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(jiǎn)化為X=（+s） ，y=（+s）1）遠(yuǎn)休止 ： = =0 =0,2）推程階段： =3/10 = h/ =0,3/103) 遠(yuǎn)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(jì)算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計(jì)算凸輪輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。在計(jì)算時(shí)：在推程階段取= ，在遠(yuǎn)休止階段取= ，在回程階段取= +，在近休止階段取= +。 計(jì)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)方

13、程A. 計(jì)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(zhǎng)度LAB=L1=L6 (/2 ) =L6 (/2 ) (4)導(dǎo)桿長(zhǎng)度LCD=L3=T/Sin3 (5)曲柄的角速度1 = -n/30 式中負(fù)號(hào)是指曲柄1的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向與規(guī)定的逆時(shí)針方向?yàn)檎蚍础?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(duì)于D點(diǎn)的速度，亦即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對(duì)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(duì)于D點(diǎn)的加速度(即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對(duì)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(duì)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(jì)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(jì)時(shí)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=310mm。其次要選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)榇送馆喼豢刂品较蚨鵀閷?duì)推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項(xiàng)式。 （2 ） 求凸輪的輪廓線（周期為4s）方法：利用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓線 對(duì)于對(duì)心直動(dòng)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=（S0+s）+e， y=（S0+s）e 其中e=0 , S0 = 上式簡(jiǎn)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(shí)間是大概為7T/10,回程所需的時(shí)間是3T/10。由于回程時(shí)間極短，因此近休止的時(shí)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(shí)間為5T/10,1）近休止 ： = =0 =0,2）推程階段： =3/10 = h/ =0,3/103) 遠(yuǎn)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(jì)算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計(jì)算凸輪輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。在計(jì)算時(shí)：在推程階段取= ，在遠(yuǎn)休止階段取= ，在回程階段取= +，在近休止階段取= +。 計(jì)

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(diǎn)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(jì)減速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：此減速裝置為定軸輪系，動(dòng)力從齒輪輸入，從齒輪輸出，傳動(dòng)比為 =36 故原動(dòng)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

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(jì)及其布局：十、 實(shí)體搭建在設(shè)計(jì)的最后階段，我們小組到機(jī)械實(shí)驗(yàn)室對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了實(shí)體模型搭建。下面是我們搭