机械原理课程设计之洗瓶机.doc

目 录1、 设计任务书4 1.1 设计题目4 1.2 洗瓶机的技术要求4 1.3 设计任务5 1.4 原始数据52、 机械运动方案设计62.1 分析设计要求62.2 推瓶机构选择63、 进瓶装置设计93.1 进瓶装置简图93.2 槽轮机构设计93.3 运动协调设计94、 洗瓶装置设计104.1 洗瓶装置简图104.2 洗瓶设计说明10五、推瓶机构设计11 5.1 推瓶起点设计115.2 推瓶终点设计12六、洗瓶机总体方案设计136.1 方案一总体方案及运动说明136.2 方案二总体方案及运动说明15七、方案评估167.1 方案评价比较167.2 最终选定方案16八、课程设计总结19参考文献191、 设计任务1.1设计题目 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。1.2 洗瓶机的技术要求：表1.1 洗瓶机的技术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/minA1002006003314401.3 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。1.4 原始数据（1）、瓶子尺寸：长度L=100mm，直径D=200mm。 （2）、推进距离S=600mm，推瓶机构应使推移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，准备进入第二个工作循环。（3）、按生产率每分钟3个的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。 （4）、电动机转速为1440 r/min。 （5）、急回系数3。 二、机械运动方案设计2.1 分析设计要求由题目可知：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。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1 推头M运动轨迹对这种运动要求，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。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。2.2 推瓶机构选择 推瓶机构的方案：根据前述设计要求,推瓶机构应为一具有急回特性的机构,为了提高工作效率,一是行程速比变化系数K尽量大一些;在推程(即工作行程)中,应使推头作直线运动,或者近似直线运动,以保证工作的稳定性,这些运动要求并不一定都能得到满足,但是必须保证推瓶中推头的运动轨迹至少为近似直线,以此保证安全性。 推头的运动要求主要是满足急回特性,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。运用前述设计的思想方法,再考虑到机构的急回特性和推头做往复直线运动的特点， 所以根据要求，本机构采用了摆动导杆机构。2.2.1 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2.2.2 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3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3五杆组合机构方案 2.2.3 最终选定推瓶方案在这里通过比较分析，我选择的是凸轮-铰链四杆机构的方案，因为它相对简单，而且能达到预计的要求。3、 进瓶装置设计3.1 进瓶装置简图图3-1进瓶装置简图3.2 槽轮机构设计 我设计的是当主动拨盘 （ 缺口圆盘）匀速转一周，从动槽轮转90， 而传动带的导杆也转过90， 而且要等于一个瓶子的长度 。而所用时间是洗瓶装置的一个来回，即：T=20s则有：主动拨盘角速度w=2/20s=0.314rad/s.3.3运动协调设计在这里我选用的是槽轮间隙机构来进行瓶子的进瓶主要构件，负责把瓶子传送到洗瓶装置上。因为按照生产率为3/min得到每洗一个要20s，所以我设计主动拨盘转一周所需时间为20s，这样从动拨盘就每20s转动90，再让它转过90时的路程等于一个瓶子的长度即200mm，则可以确定主动带轮1的半径R1，因为s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由3.2可知：W=0.314rad/s，所以R1100mm。4、 洗瓶装置设计4.1 洗瓶装置简图4.2 洗瓶设计说明我这里推头特意设计成可以洗内表面的刷子，它比瓶子的内径稍大一些，瓶子下来时，在推头的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，内刷子就可以很轻松的插入瓶内，待到推头的挡板抵到瓶口后就可以推着瓶子走了。随着导辊的转动，瓶子内外表面都得到很好的清洗。另外，值得注意的一点是，内刷子因为要伸到瓶子里面，所以要选用软一点刷子，方便轻易的伸到瓶里面而不影响瓶子移动。还有就是内刷子的刷杆也要用软一点橡胶棒，方便瓶子洗好时，借助重力好脱离内刷子，顺着出瓶轨道滑出，滑到装瓶箱。 5、 推瓶装置5.1 推瓶起点设计 5.1.1起点时的简图 5.1.2 推瓶起点设计说明上图是刚刚开始推瓶时候，凸轮转到最高点，推杆回到最左端，此时，刚好进瓶装置送下一个瓶，内刷子随推杆插入瓶子内，刷毛尽量选用软性材料，方便内刷子插入瓶内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先伸进瓶子内，等推头挡板抵到瓶口时，瓶子才受到推杆的推力，推头才会推动瓶子运动，进行外表面的清洗，一直到导辊完。5.2 推瓶终点设计说明 5.2.1 终点时设计简图 5.2.2 推瓶终点设计说明上图是推瓶到终点的时候，凸轮转到最低点，推杆回到最右端，此时，瓶子在推杆的作用下，走到导辊末，在重力的作用下，瓶子沿内刷子随随刷杆滑入瓶子出瓶轨道内，刷杆和刷毛尽量选用软性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先退出瓶子内，瓶子滑出内刷子后，瓶子才落到出瓶滑道内，推头才会继续做回复运动，不过要避免死点的产生，才能稳定的进行下一个瓶子内外表面的清洗，一直循环工作。6、 洗瓶机总体方案设计6.1 方案一总体方案及运动说明 6.1.1 方案一总体方案简图6.1.2 方案一运动说明首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。 导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆B，然后蜗轮蜗杆B带动齿轮9，再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆C，然后再通过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13通过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆A带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。6.2 方案二总体方案及运动说明 6.2.1 方案二总体方案简图6.2.2 方案二运动说明 首先需将瓶子放入胶带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，转动的毛刷通过五杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下边前进边清洗内表面，推动瓶子沿导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净。要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:(1)皮带做间歇直线运动；(2)瓶子由皮带到导辊的滑动；(3)内表面毛刷匀速推进和自身旋转；(4)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置; (5)推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动;(6)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净;(7)在瓶子移动过程中,内刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外.(8)瓶子离开皮带,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环.(9)洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出.七、方案评估7.1方案评价比较（1）、运动链的长短:两种方案都比较简单，运动链的长度也差不多，但方案构件数目少一些，简单一点。（2）、机构的排列顺序：两种方案的排列顺序都不是十分合理，方案一中，有部分涡轮蜗杆传动，以传动动力为主，应该将涡轮蜗杆机构布置在高速级，齿轮机构在低速级，但方案一中没有严格按照这样分布。方案二中有带传动时（进瓶与出瓶机构），这种摩擦传动外廓尺寸较大的机构一般安排在运动链的起始端，而其没有，也不是十分合理。（3）、传动比分配：两个用的构件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用带传动，其现实制作麻烦，且误差大，所以方案一传动比更合理一些。（4）、运动副的形式：两种方案用的运动副都差不多，但在总体设计上方案一明显比方案二更精确，齿轮运用更恰当，布局也更合理。 （5）、机械效率：在这方面方案一中大多采用齿轮传递，而且布局更合理，所以精度较高。而方案二中含有带传动等效率低的机构，所以机械效率比方案一稍低一些。7.2 最终选定方案通过仔细评估比较，最终选定方案一，其设计更合理，可行性更高，而且布局上也明显比方案二合理，结构设计也更严谨一些。在数据处理上也比方案一清楚明了，所以最终通过评估决定选方案一作为最终选定方案.最终选定方案：方案一方案一总体方案简图6.1.2 方案一运动说明首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。 导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆B，然后蜗轮蜗杆B带动齿轮9，再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆C，然后再通过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13通过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆A带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。八、课程设计总结 机械原理设计课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。通过了课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。 此次机械原理课程设计题目很有意义考察的知识点也很全面，有凸轮设计及结构分析，还有齿轮的设计及电动机的选择等，还有CAD制图，以及各种设计方案的比较，这不仅培养了我综合应用大学几年里所学的理论知识和生产实际知识解决工程实际问题的能力，还培养出了我们的团队合作精神。全体组员共同探讨，虽然只有两个人，但是解决了许多个人无法解决的问题。同时，我深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足。由于这次设计时间紧迫，有很多地方还有不足，有待改进，今后的学习过程中，我会更加认真努力学习！由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算齿轮组时可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准，也在这次设计中认识到自己的不足以及专业方面知识的欠缺，希望以后加以改进。参考文献1 裘建新. 机械原理课程设计. 北京. 高等教育出版社，2010.7.2 孙恒,陈作模,葛文杰. 机械原理. 7版. 北京. 高等教育出版社，2006.5.3 濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京. 高等教育出版社，2006.5.