机械原理课程设计洗瓶机推瓶机构设计

机械原理课程设计洗瓶机推瓶机构设计授课学期 2011 学年至 2012 学年 第 二 学期学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学号 姓名 周省邦 任课教师 交稿日期 2012年6月20日 成绩 阅读教师签名 日 期 目录一、 设计题目及要求3二、 原始数据要求4三、 设计方案对比拟定4四、 机构运动简图.5五、 运动尺寸设计.6六、 系统功能图.8七、 推瓶机构图（附图）.8八、 参考文献.8一、 设计题目及要求（一）、功能要求及工艺动作分解提示 1、总功能要求 实现推头（动点）在工作行程中作直线匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特征 。 2、工作原理及工艺动作分解提示 推瓶机推头的运动轨迹要求如图 1-1所示。洗瓶机有关部件的工作原理和工艺动作分解如图1-2所示。待洗的瓶子放在两个转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。当一个瓶子将洗刷完时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。推瓶机系统的系统功能图如图1-3所示。 图1-1图1-2图1-3二、 原始数据要求（一）、瓶子尺寸：大端直径d = 80mm，长200mm； （二）、推进距离 l = 6 0 0 m m ； （三）、推程时速度要求为v = 45mm / s ，返回时的平均速度为工作行程的3倍 ；（四）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便；三、 设计方案对比拟定执行机构运动方案： （一）凸轮铰链四杆机构方案（选定）：如图3-1所示，铰链四杆机构为一个自由度的机构，其连杆2上的点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度由等速转动的凸轮驱动构件3的变速转动来控制。由于曲柄（构件1）为从动件，故必须采取渡过死点的措施，这就要求添加其他构件使其顺利去除死点的干扰。 图3-1（二）、五杆组合机构方案： 如图3-2所示为两个自由度的5杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，这两个构件之间的运动关系用齿轮来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。 图3-2（三）、凸轮滑块组合机构方案：如图3-3所示为两个自由度的凸轮滑块机构，该机构可精确实现预定轨迹要求。但是由于机构工作行程要求为600mm，所以使用这样的机构必定会造成凸轮尺寸过大，所占用的空间过大，造成不必要的空间浪费。除此之外，凸轮机构相对于连杆机构的使用寿命短、使用能耗高以及其平衡难以保证等缺点都显而易见。 图3-3综上所述，三个方案均可实现设计要求的功能。但是从要求的传动性能上看，无凸轮机构的五杆组合机构方案更具有优势，但五杆机构设计复杂不易实现，且涉及到齿轮，机构复杂，制造成本高。方案一结构简单、紧凑，零件制造简便，可实现设计要求功能，故选用凸轮四杆机构方案。四、机构运动简图所以该机构自由度为1，即只需一个原动件可确定其他构件的状态。五、运动尺寸设计用作图法对凸轮-四杆机构进行设计：（一） 、作出连杆机构工作的轨迹图 图5-1（1） 如图5-1所示，画出M点的工作要求轨迹为水平直线，长度为600mm，并做出等分轨迹点M、。（2） 假设铰链D位置，取连架杆AD为185mm做铰链A的轨迹。（3） 在铰链A与M点的轨迹上取杆AM、均为520mm。（4） 分别在AM、取连杆AB、均为215mm。（5） 连线和，并做其中垂线相交，即可得铰链C的近似位置（即为铰链B轨迹圆的圆心）。由作图法可测量出机架DC长度为200mm，连架杆BC为300mm。（6） 分别作连架杆BC、，并分别做出其引杆、，连架杆与引杆之间夹角为90，取引杆CF长度为110mm。（二）、根据连架杆引杆轨迹设计凸轮 图5-2(1) 如图5-2所示，测量出相邻两状态间引杆的夹角=28、=28、=20、=10。(2) 计算凸轮转角：按照返回速度为推瓶速度的3倍，计算出推头从M点运动到点的过程占一个回程时间的3/4。所以推头从M点运动到点的过程中，凸轮转过了3/4的角度，即转过了270。根据引杆的摆角与凸轮转角对应关系，可得：(3) 利用反转法设计凸轮实际轮廓线：如图所示，作以=70mm为半径的基圆，在圆上且与圆心同一水平线。用分割线将基圆从开始分为、四份。按点、到基圆圆心距离r在其对应的分割线上做凸轮轨迹点、。用匀加速曲线平滑连接、，用加速度先增大后减小曲线平滑连接、，即得到凸轮轮廓曲线。（三）、凸轮角速度的计算设计要求推头在推瓶轨迹上运动时速度应为v = 45mm / s。所以推头在推瓶轨迹上的时间为：t=13.3 s 即凸轮转动270所需要的时间为13.3 s， 所以凸轮的角速度为： rad/s，顺时针方向。(四)四杆机构死点的避免 平面四杆机构有曲柄的前提是必有周转副存在，所以下面来确定周转副是否存在：由（一）可知四杆机构两短杆分别为185mm和200mm，两长杆分别为215mm和300mm。 (185+300)（200+215）不成立，不满足满足杆长条件。 所以该机构无周转副，为双摇杆机构，故不存在曲柄出现死点的现象。（五）推头返程分析推头到达点后，立即以较高的速度（平均速度为推程的3倍）返回，准备下一个瓶子的推程。再接触到下一个瓶子之前推头的加速度可能很大，故推头与瓶子接触之间必须加塑性缓冲材料以防止瓶子破碎。六、系统功能图导辊带动瓶子旋转推头减速返回待洗瓶子放入推头推着瓶子做V=45mm/s的匀速运动旋转刷子洗瓶推瓶完成推头加速返回七、推瓶机构图（见附图）八、参考文献：孙恒 陈作模 葛文杰 机械原理 高等教育出版社10