机械原理课程设计说明书洗瓶机推瓶机构的设计5.docx

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机械原理课程设计说明书洗瓶机推瓶机构的设计5

机械原理课程设计

设计说明书

设计题目：

洗瓶机推瓶机构的改进设计

姓名：

学号：

专业：

机械设计制造及其自动化

指导老师：

nj农业大学工学院

一、设计题目

二、设计任务

2.1设计要求

2.2设计任务

三、原动机的选择

四、机械运动方案设计

五、推瓶急回机构方案

5.1、方案的设计计算

5.2、推头M的运动循环图

六、机械整体运动简图

七、小组总结

八、参考文献

一、设计题目

1.1推瓶机推瓶机构的改进设计

洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。

待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。

当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。

当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。

如图1所示。

图1洗瓶机工作示意图

二、设计任务

2.1设计要求

方案号

瓶子尺寸

（长×直径）

mm，mm

工作行程

mm

生产率

个/min

急回系数k

电动机转速

r/min

A

φ100×200

600

15

3

1440

B

φ80×180

500

16

3.2

1440

C

φ60×150

420

18

3.5

960

表1洗瓶机的技术要求

按照最终商议的结果，考虑到计算方便等原因，我们小组选择A方案来进行方案的优化设计，以此数据作为条件。

洗瓶机的要求：

对瓶子外面进行清洗。

为了完成设计任务需要三个阶段：

①通过组合机构使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备第二个工作循环；②导辊及其上方的转动的刷子不停的转动，完成瓶子外围的清洗。

2.2设计任务

1.洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。

学生应该提出两种以上的设计方案并经分析比较后选定一种进行设计。

2.设计传动系统并确定其传动比分配。

3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。

4.设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。

也可以设计平面连杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。

绘出运动线图。

5.其他机构的设计计算。

6.编写设计计算说明书。

7.学生可以进一步完成：

洗瓶机推瓶机构的动态演示等。

三、原动机的选择

原动机是机械系统的驱动部分，按能量转换性质的不同分为第一类原动机和第二类原动机。

其中第一类原动机分为：

蒸汽机、柴油机、汽油机、水轮机、燃气轮机；第二类原动机分为：

电动机、液动机、气动机。

在这里我选择应用最为广泛的电动机为原动机，因为成本低、运转费用少、维护要求较少、功率适用范围广等优点。

按题目要求，这里用转速为1440r/min的电动机。

四、机械运动方案的设计的分析

1、由题目可知：

洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。

设计的推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后，推头快速返回原位，准备第二个工作循环。

2、根据设计要求，推头M可走图1所示轨迹，而且推头M在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回。

图2推头M运动轨迹

3、对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合，起来，设计组合机构。

4、在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。

5、实现推头M急回运动的方案机构有很多，能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。

下面是一些多种机构的组合：

1、凸轮─铰链四杆机构方案

如图2所示，铰链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。

由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意度过死点的措施。

图2凸轮－铰链四杆机构的方案

2、凸轮─全移动副四杆机构

图3所示为全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的点M可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制；这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

图3凸轮—全移动副四杆机构的方案

3、五杆组合机构方案

确定一条平面曲线需要两个独立变量。

因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。

点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。

图4所示为两个自由度的五杆低副机构，l、4为它们的两个输人构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来

两自由度机构系统封闭成单自由度系统。

图4五杆组合机构方案

五、推瓶急回机构方案

5.1、方案的设计计算

方案一、铰链四杆机构（曲柄摇杆机构）

图5

如图5，当极位夹角θ=90º，行程MM¹=600mm

令AB=b，BC=CD=CM=a，AD=c

主动件AB初始位置与水平线夹角为-β

则在ΔAMM1中有AM²+AM1²=MM1²

即（2b-a）²+（2b+a）²=600²得4b²+2a²=600²①

又cosβ=AM/AM1=（2b-a）/600sinβ=AM1/MM1=（2b+a）/600

MM2=0.5MM1=300mm

MF=AMcosβ=（2b-a）²/600

AD=FM2=MM2-MF=300-（（2B-A）²600）②

AF=AM*sinβ=（2b+a）（2b-a）/600DM2=AF

在ΔB2DM2中有B2D²+DM2²=B2M2²

即（a+c）²+℅（（4b²-a²）600）=4b²③

A,b,c满足①②③即4b²+2a²=600²,300-（（2b-a）²/600）=c,

（a+c）²+（（4b²-a²）/600）²=4b²

解得a=200.4b=139.138c=185.9

又β=arccos（（2b-a）600）

所以a=200.4mmb=139.138mmc=185.9mm

β=64.16º

在ΔACD中，AC=a-bCD=aAD=c

有CD-AC＜ADAC+CD＞AD

即b﹤c2a-b﹥

所得数据满足要求

由最长杆+最短杆≤其余两杆长度之和

得a+b≤a+c即b≤c满足杆长条件，最短杆b为连架杆，因此机构为曲柄摇杆机构，满足机构运动要求。

传动角的检验

∠B2C2D=arcos（B2C2²+C2D²-B2D²）/2B2C2*C2D、

Arcos（a²+a²-（b+c）²）/2a²≈108º

所以r¹=180º-∠B2C2D≈72º

r²=∠B3C3D=arcos（（B3C3²+C3D²-B3D²）/2B3C3*C3D）

=arcos（（a²+a²-（c-b））2a²）≈15º

所以Rmin=r²=15º＜40º

方案二、凸轮─全移动副四杆机构

1、优化

将尖顶推杆改为滚子推杆，目的是减少凸轮轮廓与推杆间的摩擦力。

在轮1与轮2之间加皮带轮，目的是使轮1与轮2运动同步。

2、工作原理

该方案分为两个部分，左侧凸轮1主要控制推瓶机构的水平运动，右侧轮2负责推杆的升降。

凸轮机构对预期运动规律响应快速，在左右两侧凸轮相互协调工作中，利用凸轮的远休止与近休止。

首先当凸轮1推程时，轮2正处于远休止阶段，此时推杆匀速水平运动。

当轮1远休止时，轮2推使程余弦规律向上运动，使回程相对安全以免碰到下一个瓶子。

当轮1回程时轮2完成余弦规律向上再向下运动。

在两轮的相互配合下完成推杆运动规律。

3.凸轮1与2之间的驱动机构

有上述工作原理可知，na=nb,有上述减速装置中na=6r/min，所以nb=6r/min。

考虑到AB之间距离较大，可选用带轮装置。

如图6

4.轮1尺寸的确定

（1）参数的确定

设轮1基圆半径为300mm，推程角δ0=240º，因K=3，所以回程角δ0′=80º，远休止角为δ01=20º，近休止角为δ02=20º

根据技术要求，工作行程600mm，所以在轮1推程过程中，推杆需要匀速移动600mm，则轮1推程按一次函数规律推动。

回程时，只需要满足K=3，回程要加速又要是、使全过程安全的进行，，所以选择余弦规律回程，余弦规律只有柔性冲击，速度先增加再减小。

1推程时s,v,a图，（一次多项式运动规律）

2回程时s,v,a图，（余弦运动规律）

rmax=1.56*h*ω/δ0′²=（-1.56*0.6*（π/5））/（4π/9）=-0.4212m/s

amax=4.93*h*ω/δ0′²=4.93*0.6*（π/5）²/（4π/9）²=0.599m/s²

3远休止和近休止角均为20º

（2）轮1形状（选择长度比例尺0.02m/mm）

图7

在实际生产中，为拉提高机构的效率，改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角，即αmax﹤[α],而[α]的值远小于临界压力角αc。

直动推杆取[α]=30º，此凸轮经测量满足αmax﹤[α]，但是如果α测量值偏大，为缩小α的值，应增大基圆半径。

此凸轮的半径为300mm，回程时，对于力封闭的凸轮机构，由于这时使推杆运动是封闭力，不纯在自锁现象，故可以用较大的压力角。

通常取[α]=70º~80º。

，此凸轮满足条件。

5、轮2尺寸的确定

（1）设轮2基圆半径为200mm，近休止角δ02=240º，推程角δ0=60º，回程角δ0′=60º。

因为技术要求对凸轮2要求不高，轮2作用是使推杆向上运动，所以可以无远休止角，为了使推杆缓慢加速到减速，增加安全因素，则推程与回程时都选用余弦规律。

1推程时，s,v,a图（余弦规律运动）

Vmax=1.56hω/δ0′=1.56*0.2*（π/5）/（π/3）=0.1872m/s

Amax=4.93hω²/δ0²=4.93*0.2*（3π/5）²=0.355m/s²

2回程时s,v,a图（余弦运动规律）

Vmax=1.56hω/δ0′=1.56*0.2*（π/5）/（π/3）=0.1872m/s

Amax=4.93hω²/δ0²=4.93*0.2*（3π/5）²=0.355m/s²

3近休止角为240º

（2）轮2形状（μι=0.01m/mm比例绘图

图8

5.2、推头M的运动分析

方案一

方案二、见上述s,v,a图

5.3、方案的总结

分析上述两种方案，比较可得方案2比方案1机构运动更加平稳，对机构的磨损较小，更加经济实惠，可靠。

所以我们小组觉得采用第二种方案，作为这次优化设计的最终方案。

六、机械整体运动简图

七、小组总结

通过这次机械原理课程设计，我们不仅仅检验了我们所学习的知识，而且让我们有了一次实践动手的机会。

在整个课程设计中小组成员之间分工设计，相互讨论，相互学习。

这次课程设计使我们更加牢固的掌握有关知识，即使在设计中遇到困难，遇到不会的问题，我们经过一次又一次的讨论或者请教，找出问题源头。

实践出真理，才能学以致用。

这段日子里我们学到了很多东西，而且巩固了以前所学的知识，在设计过程中我们还学习Proe、Sam绘图软件，提高我们的自学能力。

相信通过这次课程设计对我们以后的工作学习将产生深远的影响。

八、参考文献

[1]孙恒陈作模葛文杰.机械原理第七版.高等教育出版社，2006.5

[2]刘鸿文.材料力学.高等教育出版社,2004

[3]华大年华志宏.连杆机构设计与应用创新.机械工业出版社，2008.1