機械原理課程設計-洗瓶機

1、課程設計題目：洗瓶機系別：機電工程系班級：1307班組長：焦國華2013090704成員：岳增帥2013090764樊一濤 2013090750岳超 2013090761趙小亮 2013090745劉皓亮 2013090734 索琦星 2013090719 湯 威 2013090727 程鑫 2013090714 崔澤宇 2013090712高宇亮 2013090752設計任務書 3 第1章工作原理和工藝動作分解4 第2章根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 5 第3章執(zhí)行機構(gòu)選型 6 第4章 機械運動方案的選擇和評定 8 第5章機械傳動系統(tǒng)的速比變速機構(gòu) 10 第6草機構(gòu)運動簡圖12 第7章

2、 洗瓶機構(gòu)的尺度設計14 第8章設計總結(jié)23 第9章參考資料24一、設計的任務與主要技術(shù)參數(shù) 將瓶子推入同時轉(zhuǎn)動的導餛上，導餛帶動 瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導車昆前進，轉(zhuǎn)動的 刷子就可以將瓶子刷干凈。其工藝過程是：(1) 將到位的瓶子沿著導餛推動；(2) 瓶子推動過程利用導銀轉(zhuǎn)動將瓶子 轉(zhuǎn)動；(3) 作為清洗工具的刷子的轉(zhuǎn)動;內(nèi)容及任務其余設計參數(shù)是：(1) 瓶子尺寸 大端直徑d=80mm ,長l=200mm,小端直徑d=25mm ；(2) 推進距離l二600血:推瓶機構(gòu)應使推頭以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫 離瓶子，然后推頭快速返冋原位，準備進入第二個工作循壞。(3) 按生產(chǎn)率的耍求，退成

3、平均速度vm5iws,返回時的平均速度為工作形成平均速 度的3倍。二、設計工作量要求：對設計任務課題進行工作原理和工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動 循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構(gòu)選型，構(gòu)思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的 總體方案，根據(jù)任務書川的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比，作出機構(gòu)運動簡圖，對 相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設計。要求有設計說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。1 朱理.機械原理m.北京：高等教育出版社，2008： 15-200考料參資2 鄒慧君.機械原理課程設計m.北京：高等教育出版社，2009： 15-250指導教師：司海濤2015 年 6 月 16

4、h第1章工藝動作分解和工作原理1、根據(jù)任務書的要求，該機械的應有的工藝過程及運動形式為: 仃)需將瓶子推入導輾上，推頭的運動軌跡如圖1-1所示。工作行程£返回行程圖1-1推瓶機構(gòu)的推頭軌跡圖(2)導轆的轉(zhuǎn)動帶動瓶的轉(zhuǎn)動，其運動簡圖如圖1-2所示。圖1-2導轆的轉(zhuǎn)動帶動瓶的轉(zhuǎn)動(3)刷子的轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)動形式大致如圖1-3所示。圖1-3刷子的轉(zhuǎn)動(4) 傳送帶的傳動帶動瓶子。其運動形式大致如圖1-4所示。圖1-4瓶子的運動第2章根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以 利于設計、裝配和調(diào)試。3推頭的設計耍求，推頭在長為600mm的

5、工作行程 中，作速度為45mm/s的勻速直線運動，在工作段前后有平均速度為135mm/s 的變速運動。行程速比系數(shù)： k= 135/45=3極位夾角：0=180 *(k_1)/ (k+1) =90其總體的循環(huán)圖如2-1所示。勻速旋轉(zhuǎn)勻速旋轉(zhuǎn)進瓶機構(gòu)洗瓶機構(gòu)(刷子)導車昆機構(gòu)推瓶機構(gòu)(推頭m)圖2-1各機構(gòu)的循環(huán)圖第3章執(zhí)行機構(gòu)選型由上述分析可知，洗瓶機機構(gòu)有三個運動：一為實現(xiàn)推動瓶子到導轆機構(gòu)上 的推瓶機構(gòu)，二為實現(xiàn)清洗瓶子的刷子的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；三是實現(xiàn)帶動瓶子旋轉(zhuǎn)的導 鶴機構(gòu)。此外，當各機構(gòu)按運動循環(huán)圖確定的相位關(guān)系安裝以后應能作適當?shù)恼{(diào) 整，故在機構(gòu)之間還需設置能調(diào)整相位的環(huán)節(jié)（也可能是機構(gòu)）

6、0主加壓機構(gòu)設計過程：實現(xiàn)推瓶機構(gòu)的基木運動功能：1）推頭的行程是600h1h1,速度是45mm/so所以推程的時間就是13.3s,回程 的速度是推程速度的3倍，就是135mm/s,時間就是4. 4s。以電動機作為原動力, 則推瓶機構(gòu)應有運動縮小的功能2）因推瓶是往復運動，故機構(gòu)要有運動交替的功能3）原動機的輸出運動是轉(zhuǎn)動，推頭的運動是直移運動，所以機構(gòu)要有運動轉(zhuǎn) 換的功能取上述三種必須具備的功能來組成機構(gòu)方案。若每一功能僅由一類基本機 構(gòu)來實現(xiàn)，如圖3-1所示，可組合成3*3*3 = 27種方案。圖31各個機構(gòu)的功能技術(shù)矩陣圖按給定的條件，盡量使機構(gòu)簡單等等要求來選擇方案。所以可以得出以下三

7、種 機構(gòu)的見圖圖3-2機構(gòu)的方案第4章機械運動方案的選擇和評定根據(jù)第三章的分析，可以選出如下圖3-2所示的三種方案作為評選方案。方案二連桿機構(gòu)方案三 凸輪一狡鏈四桿機構(gòu)圖4-1推瓶機構(gòu)的方案構(gòu)思圖圖3-2所示的推瓶運動機構(gòu)方案中的優(yōu)缺點方案一：方案一的結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但組合機構(gòu)行程過長，生產(chǎn)效率較 低不能滿足要求。方案二：結(jié)構(gòu)合理但運動軌跡不能滿足要求，而且計算量要求過于復雜， 精確度不高。方案三：（最終采納方案）凸輪設計合理，行程滿足設計要求，生產(chǎn)效率滿足，偏差小，故采納此設 計方案。也只有方案三采用了凸輪機構(gòu)如圖41所示。圖42凸輪餃鏈四桿機構(gòu)第5章機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)總傳動比計

8、算：i 總=1440/3=480r/min(5-1)第一級為蝸輪蝸桿，選取傳動比為80.第二級為齒輪減速，傳動比為3.第 三級為錐齒輪傳動，傳動比為2。按照設計要求，每分鐘要求清洗三個瓶子，所以在凸輪機構(gòu)中分配軸2 的轉(zhuǎn)速為3r/min,選取額定轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動機，總傳動比i總 = 1440/3=480r/min,傳動系統(tǒng)采用3級減速機構(gòu)，第一級為蝸輪蝸桿，選取傳 動比為80.第二級為齒輪減速，傳動比為3.第三級為錐齒輪傳動，傳動比為2o具體計算如下：圖5-2機械傳動系統(tǒng)設計根據(jù)急回系數(shù)及工作行程設計了如圖5-1、5-2機構(gòu)所示，分析其速度。設已知行程s,急回系數(shù)為k,回程時間為

9、/,生產(chǎn)率為并個每分則工作行程時間為3.5r,加工一個工件的平均速度為廠 r = , t = kw = (k + m t =。推程速度v=-,而v =nk + lt其中r為曲柄的固定較至行程屮點的距離進而求出曲柄角速度w。乂因為n60 w 30ww = 27rf = 27r,所以曲柄轉(zhuǎn)速=丄上602兀71根據(jù)以上分析計算得到參數(shù)如下表5-3的參數(shù)列表。440 f z從帶輪1傳動到錐齒輪8的傳動比孔= 三。，其中心為所設計的行星輪系的傳14.88 辰1440二守必80動比，分別為帶輪1和2的半徑。z3, z4分別為嚙合齒輪3, 4的齒數(shù)，%分別為帶輪5 6的半徑。綜合考慮，齒數(shù)分配如下:1440

10、 r 7z18= =二一，其中-為漸開線齒輪行星傳動比, 18 4.88斤z3"認二1440/3二300/150*600/30*120二480；勺13 =弘；1440 = r2zar580啓3%型x2型七150 3040表5-3各參數(shù)列表項目值電機轉(zhuǎn)速(r/min)1440推程位移(mm)600生產(chǎn)率(個/min)3平均每個耗時(s)20急冋系數(shù)k3推程用吋(s)13. 3推程平均速度(mm/s)45曲柄較至中點距離(mm)104.9曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)4. 879208154總傳動比480. 13根據(jù)以上分析，設計了如圖5-4所示的傳動機構(gòu)：從電動機傳出的動力經(jīng)過帶輪1、2 減速

11、，傳給一對漸開線圓柱齒輪3、4第二次減速，從齒輪4傳出的動力開始分支：一部分 傳給帶輪5、6進一步減速輸送給毛刷傳動齒輪，各毛刷的轉(zhuǎn)速大小一致，另一部分由于速 度仍然比較大，選用3k型的ng賴型漸開線行星輪系進一步減速。最終速度減為所需速度, 直接由8處的動力帶動曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)動。并且，通過一對圓錐齒輪將速度變向，傳 遞給兩個導車昆，其間的傳動比都為1。如此，整個洗瓶機的傳動機構(gòu)設計便完成了。詳見圖 5-4所示。第6章洗瓶機的機構(gòu)運動簡圖圖6-1洗瓶機的總體機構(gòu)運動簡圖方案說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減 速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1,齒輪一又傳給齒輪2

12、帶動軸旋轉(zhuǎn)。導轆傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導轆轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶 動齒輪5,齒輪5又帶動齒輪6使里面那根導餛轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6 大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輻轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證 了旋轉(zhuǎn)方向一樣。進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7,又由齒輪7帶動的軸旋 轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿b,然后蝸輪蝸桿b帶動齒輪9,再由齒輪9帶動間 歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8,齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動， 再由軸帶動蝸輪蝸桿c,然后再通過蝸輪10傳給齒輪13,而齒輪13通過左右 各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15,這樣

13、也 保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒 輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表而。推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿a帶動齒輪16,再由齒輪16傳給凸輪的齒輪, 再由凸輪的齒輪帶動凸輪一餃鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復運動。第7章機構(gòu)的尺度設計推瓶機構(gòu)中凸輪一較鏈四桿機構(gòu)方案如7-1所示，錢鏈四桿機構(gòu)的連桿2上點m走近似于所要求的軌跡，m點 的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪通過構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于此方案的曲柄1 是從動件，所以要注意度過死點的措施。圖71凸輪一餃鏈四桿機構(gòu)的方案一、凸輪的基木參數(shù)1.凸輪的壓力角表達式:ds ±e2.凸輪基圓半

14、徑的確定圖示凸輪機構(gòu)中，導路位于右 側(cè)。運動規(guī)律確定之后，凸輪機構(gòu)的 壓力角a與基圓半徑ro直接相關(guān)。p點為相對瞬心0p二 v/3二ds/dt / d 8 /dt= ds/d 5 由abcp得：tga =(op-e)/bc= (ds/d 5 -e) / (so+s)其中： s0= (r20-e2)1/23. 基圓半徑受到以下三方面的限制： 基圓半徑rb應大于凸輪軸的半徑rs； 應使機構(gòu)的最大壓力角« max小于或等于許用壓力角a ； 應使凸輪實際廓線的最小曲率半徑大于許用值，即p smin p so4. 滾子半徑的確定g <pminpmin a 1工程上 最小曲率半徑的許用值p

15、s（一般3-5mm）二、凸輪機構(gòu)的組成1. 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。凸輪通常作等速轉(zhuǎn)動，但也有 作往復擺動或移動的。推桿是被凸輪直接推動的構(gòu)件。因為在凸輪機構(gòu)中推桿多 是從動件，故又常稱其為從動件。凸輪機構(gòu)就是由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu) 件所組成的高副機構(gòu)。2. 凸輪機構(gòu)中的作用力直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)在考慮摩擦時，其凸輪對推桿的作用力f和推 桿所受的載荷（包括推桿的自重和彈簧壓力等）g的關(guān)系為f = g / e cos（a+（p 1）（l+2b/l）sin（a+（p 1 ）tan（p2 3. 凸輪機構(gòu)的壓力角推桿所受正壓力的方向（沿凸輪廓線在接觸點的法線方向）與推桿上作用點

16、的速度方向之間所夾之銳角，稱為凸輪機構(gòu)在圖示位置的壓力角，用a表示在凸輪機構(gòu)中，壓力角a是影響凸輪機構(gòu)受力情況的一個重要參數(shù)。在其他 條件相同的情況下，壓力角a愈大，則分母越小，作用力f將愈大；如果壓力 角大到使作用力將增至無窮大時，機構(gòu)將發(fā)生自鎖，而此時的壓力角特稱為臨界 壓力角 ac ,即ac = arctan1 /（1 +2b/l）tan（p2-（p 1為保證凸輪機構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)，應使其最大壓力角otniax小于臨界壓力角ac。 在生產(chǎn)實際屮，為了提高機構(gòu)的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構(gòu)的最 大壓力角amax應小于某一許用壓力角a。其值一般為：推程對擺動推桿取a =35。45

17、76; ；回程時通常取a'=70°80° o其中凸輪設計原理如圖72。圖7-2凸輪設計原理4. 根據(jù)以上設計內(nèi)容確定出凸輪設計曲線圖如線圖（圖73）所示。圖73凸輪設計曲線圖凸輪的輪廓主要尺寸是根據(jù)四桿機構(gòu)推頭所要達到的工作行程和推頭工作 速度來確定的，初步定基圓半徑r（）=50m,溝槽寬20mm,凸輪厚25mm,孔r=15mm , 滾子半徑rr=10mmo凸輪的理論輪廓曲線的坐標公式為：5. 求凸輪理論輪廓曲線:a）推程階段601=216° = 1.2龍$=/?（/幾）-sin（2虜|/0）/（2龍）=方（2力 /龍）-sin（4d）/（2龍）4 =0,

18、1.2龍b）遠休階段必2=36。=兀/5吐=7.5力2=0刀/5c）回程階段九=72。= 2龍/ 5為=10碣3 % -15肪/兀4+6肪/吋=270/?和 朮-1215/?341兀;+ 1458力爲'朮 =。,2兀/5d）近休階段氐=36。=兀/5 為=0& = 0,兀/5c）推程段的壓力角和回程段的壓力角將以上各相應值代入式（a）計算理論輪廓曲線上各點的坐標值。在計算屮 時應注意：在推程階段取力在遠休階段取二i+6,在冋程階段取 / =幾+力°? + 6 ,在近休階段取力=幾+ %2 +力03 +力4 o根據(jù)推瓶機構(gòu)原理，推瓶機構(gòu)所需達到的工作要求來設計凸輪，凸輪

19、的基本 尺寸在近休時尺寸為50mm,達到最遠距離是尺寸為180.9mm。6. 求工作輪廓曲線：有公式的x = x-rr cos0y' = y-rr sin0其屮:sin 0 = （dx 仏）/ j仏/d/+仏/d/ cos e = （dy / d/ j（d,/d/+（；/1 ）推程階段 =02龍hes隅 +（r° +$）cos 廠冃 ios（4q）sinq +（° +$g dy / ds = « / 如 cos a - （r0 + 5）sin-如） cos g - （r0 + »m ®2）遠休階段0, tt/5d x! ds =（斥）+

20、 $）cos（;r / 2 + 爲）dy /dy = （r0 + s）sin（;r/2 +2）3 ）回程階段°，2兀/5£/心=仏/心）sin® +龍）+ （廠0 +s）cos（a +龍）=（810肪彳彳/丹 一4860肋3/兀4 +7290肋3%）sin03 + 龍）+（心 +s）cos03 + 刃dy ids =（810肪3$ /丹-4860/z3 /龍° + 7290/?34/7r5）cos（3 +龍）一（斥）+$）sin（爲 + 龍） 4 ）近休階段or5!dx !ds =（心 +s）cos（4%/3 + e）d、. /ds = 一（）+s）si

21、n（4;r/3 + 心）計算結(jié)果可以得凸輪工作輪廓曲線個點的坐標見下表71：表715xya7/ y0°5°10° 350°355°360°0.04.359&705 &682 -4.3580.050.049.82649.370 49.24649.81050.00.03.6027.409 -6.946-3.4860.040.039.85539.455 39.39239.84740.0三、較鏈四桿機構(gòu)尺寸設計錢鏈四桿機構(gòu)按照給定的急回要求設計，利用解析法求解此類問題時，主 要利用機構(gòu)在極為是的特性。又已知的行程速比系數(shù)k和搖

22、桿擺角（p=69度，在 由圖7-4查的最小傳動角的最大值maxymin及卩的大小在計算各桿的長度。圖7-4搖桿擺角11）的變化 查表可知 maxymin=45° , 3 =75° 則:e =180° (k-l) / (k+1) =90° ,a/d=sin(°/2)sin(&/2+b)/cos(0/2&/2)b/d= sin(/2)sin(&/2+ b )/sin(。/2- & /2) ,(c/d)2 =(a/d+b/d)2 +l-2(a/d+b/d)cos b選定機架長度d就可以確定其他各干長度。根據(jù)推瓶的行程來

23、確定各桿的長度及擺角大小，搖桿所轉(zhuǎn)的角度0=69度，行程 速比系數(shù)k=3。得l 1=477.64mm l2=290.22mm l3=577.3mml3a=229.3mml4=500mml4a=200mm圖75較鏈四桿機構(gòu)解析連桿機構(gòu)屮的運動副一般均為低副。其運動元素為面接觸，壓力較小，承載 能力較大，潤滑較好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何 封閉。能很好的保證工作可靠性。對于四桿機構(gòu)來說，當其較鏈中心位置確定后，各桿的長度也就確定了，用 作圖法進行設計，就是利用各較鏈之間的相對運動的幾何關(guān)系，通過作圖法確定 各較鏈的位置，從而得出各桿的長度。圖解法的優(yōu)點是直觀，簡單，快捷，

24、對三 個設計位置下的設計十分方便，其設計精度也能滿足工作要求。根據(jù)第3章四桿 機構(gòu)的尺寸來設計較鏈四桿機構(gòu)。連桿材料為45#鋼調(diào)制處理，桿粗為20mm,根據(jù)各干長度尺寸現(xiàn)用cad 軟件繪制連桿機構(gòu)圖如下，這三幅圖分別為連桿滑塊在凸輪上轉(zhuǎn)到近休時連桿機 構(gòu)的位置（圖76所示，連桿滑塊轉(zhuǎn)到凸輪遠休時連桿機構(gòu)的位置（圖77）所 zps o圖7-6圖7-7凸輪狡鏈四桿機構(gòu)組合運動圖圖7-8是通過連桿在凸輪上的滾子推動連桿，較鏈四桿機構(gòu)的擺桿2運動到 了任意位置的各桿的位置關(guān)系圖。圖7-8凸輪狡鏈四桿機構(gòu)的位置關(guān)系圖速度分析如圖7-9所示有怙二f =%20 x23xa/= 0 x 可可朽=>3 _13（順）ve=曲 *ge* 3 3 = 45mm/s 得 gj3=7.8x10-2 rad/s7-9瞬心法速度分析t vb= 曲 *hb* 33 = 38.7mm/s空f %c5 x人3片4 x“產(chǎn) x片4篤4 x血圖7-10圖解法速度分析n2圖7-11圖解法加速度分析加速度矢量圖如圖711所不 由vc =45mm/s近似勻速運動，但是