洗瓶機(jī)課程設(shè)計

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1、機(jī)械原理課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目：洗瓶機(jī)機(jī)電與車輛工程學(xué)院 系 車輛工程 專業(yè) 101 班目錄一、設(shè)計任務(wù)書31.1 設(shè)計題目 41.2設(shè)計任務(wù) 41.3 設(shè)計要求 4二、原動機(jī)的選擇 4三、推瓶機(jī)構(gòu)與洗瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計 5四、機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計 8 4.1設(shè)計方案一 8 4.2設(shè)計方案二 94.3設(shè)計方案三 94.4 最終方案的確定 10五、主要零件的設(shè)計計算 10六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13七、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖和傳動部件的運(yùn)動循環(huán)圖 157.1機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動簡圖 157.2 推頭M的運(yùn)動循環(huán)圖15八、小組總結(jié) 17九、參考文獻(xiàn) 18一、 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目圖1 洗瓶機(jī)工作示意圖 設(shè)計

2、洗瓶機(jī)。如圖1 所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子推向前進(jìn)時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。洗瓶機(jī)的技術(shù)要求見表1。表1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求方案號瓶子尺寸（長直徑）mm，mm工作行程mm生產(chǎn)率個/min急回系數(shù)k電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/minA1002006003314401.2 設(shè)計任務(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)（2）畫出機(jī)器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖。（3）設(shè)計組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動要求，并對從動桿進(jìn)行運(yùn)動分析。也可以設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡，并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分

3、析。繪出運(yùn)動線圖。（4）其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計分析。（5）編寫設(shè)計計算說明書。1.3 設(shè)計要求1.3.1工作原理為了清洗瓶子，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進(jìn)，轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。1.3.2 原始數(shù)據(jù)（1）瓶子尺寸：長度L=100mm，直徑D=200mm。 （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)入第二個工作循環(huán)。（3）按生產(chǎn)率每分鐘3個的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍

4、。 （4）電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1440 r/min。（5）急回系數(shù)3。二、 原動機(jī)的選擇原動機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動部分，按能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)的不同分為第一類原動機(jī)和第二類原動機(jī)。其中第一類原動機(jī)分為：蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)、水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)；第二類原動機(jī)分為：電動機(jī)、液動機(jī)（液壓馬達(dá)）、氣動機(jī)（氣動馬達(dá)）。 在這里我選擇應(yīng)用最為廣泛的電動機(jī)為原動機(jī)，因為成本低、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用少、維護(hù)要求較少、功率適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。按題目要求，這里用轉(zhuǎn)速為1440 r/min。的電動機(jī)三、 推瓶機(jī)構(gòu)與洗瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計3.1分析設(shè)計要求由題目可知：洗瓶機(jī)主要由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平

5、穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖1 所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應(yīng)作勻速直線運(yùn)動，在工作段前后可有變速運(yùn)動，回程時有急回。圖1 推頭M運(yùn)動軌跡對這種運(yùn)動要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實(shí)現(xiàn)的，通常要把若干個基本機(jī)構(gòu)組合，起來，設(shè)計組合機(jī)構(gòu)。在設(shè)計組合機(jī)構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機(jī)構(gòu)，而沿軌跡運(yùn)動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主動件的運(yùn)動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機(jī)構(gòu)組合。 3.2推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計 推瓶機(jī)構(gòu)的方案：根據(jù)前述設(shè)計要求,推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機(jī)構(gòu),為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡

6、量大一些;在推程(即工作行程)中,應(yīng)使推頭作直線運(yùn)動,或者近似直線運(yùn)動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運(yùn)動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運(yùn)動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。 推頭的運(yùn)動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機(jī)構(gòu)主要有曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。運(yùn)用前述設(shè)計的思想方法,再考慮到機(jī)構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運(yùn)動的特點(diǎn)， 所以根據(jù)要求，我們選了兩種推瓶機(jī)構(gòu)，擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、五桿組合機(jī)構(gòu)。3.2.1擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄的整轉(zhuǎn)可以帶動擺桿左右擺動，以實(shí)現(xiàn)推瓶的作用。清洗區(qū)位于擺動導(dǎo)桿右側(cè)時，則當(dāng)曲柄為順時針轉(zhuǎn)動時，可以實(shí)現(xiàn)推頭推瓶時間長，返回時間短的

7、效果，可以達(dá)到工作的平穩(wěn)性和高效性。另外，此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，急回特性顯著，便于制作。如下圖所示3.2.2五桿組合機(jī)構(gòu)確定一條平面曲線需要兩個獨(dú)立變量。因此具有兩自由度的連桿機(jī)構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點(diǎn)M的速度和機(jī)構(gòu)的急回特征，可通過控制該機(jī)構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運(yùn)動關(guān)系來得到，如用凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來控制等等。下圖所示為兩個自由度的五桿低副機(jī)構(gòu)，l、4為它們的兩個輸人構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系用齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從而將原來兩自由度機(jī)構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。3.3洗瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計雙棍洗瓶機(jī)構(gòu)當(dāng)瓶子進(jìn)入清洗區(qū)域后，可以以多種的運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)過程，可以是圓周運(yùn)動，也可以是直線運(yùn)動。所以我

8、們可以用雙輥清洗機(jī)構(gòu)，其根據(jù)兩根導(dǎo)棍的同時同向轉(zhuǎn)動帶動瓶子的轉(zhuǎn)動這一原理設(shè)計的，在這個機(jī)構(gòu)中瓶子沿著本身軸線做直線運(yùn)動。為了清洗瓶子的外表，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推瓶機(jī)構(gòu)推動瓶子沿導(dǎo)輥前進(jìn)，外轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。毛刷安放在導(dǎo)軌工作臺的正上方。旋轉(zhuǎn)洗瓶機(jī)構(gòu)洗瓶機(jī)構(gòu)是運(yùn)用齒輪的嚙合，使在四個工位的齒輪勻速自轉(zhuǎn)，以帶動瓶子自轉(zhuǎn)，讓刷子能清洗到瓶身的各個角落，而且刷子的大小和形狀都可以改變，齒輪的大小也可以改變，從而清洗不同大小形狀的瓶子。槽輪機(jī)構(gòu)可以保證推桿運(yùn)動時間和轉(zhuǎn)盤運(yùn)動時間的配合，當(dāng)瓶子被推到轉(zhuǎn)盤時，轉(zhuǎn)盤停止，當(dāng)推頭急回推下一個瓶子是，槽輪運(yùn)動，把臟的瓶子推到第二

9、個工位清洗，機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動，達(dá)到了連續(xù)洗瓶子的工作。四、 設(shè)計方案4.1方案一擺動導(dǎo)桿與雙棍洗瓶機(jī)構(gòu)方案此方案選擇的推瓶機(jī)構(gòu)為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，洗瓶機(jī)構(gòu)為雙棍洗瓶機(jī)構(gòu)。擺動導(dǎo)桿推動瓶子在導(dǎo)棍上運(yùn)動時同向?qū)Ч髯赞D(zhuǎn)帶動瓶子的轉(zhuǎn)動。毛刷位于導(dǎo)棍工作臺的正上方并且一直轉(zhuǎn)動。當(dāng)瓶子運(yùn)動到毛刷下方與毛刷相接觸，瓶子在繼續(xù)運(yùn)動的過程中就實(shí)現(xiàn)了清洗瓶子的目的。如下圖：4.2方案二五桿組合與雙棍洗瓶機(jī)構(gòu)方案此方案選擇的是五桿組合推瓶機(jī)構(gòu)與雙棍洗瓶機(jī)構(gòu)相結(jié)合。五桿組合機(jī)構(gòu)推動瓶子在導(dǎo)棍上運(yùn)動時同向?qū)Ч髯赞D(zhuǎn)帶動瓶子的轉(zhuǎn)動。毛刷位于導(dǎo)棍工作臺的正上方并且一直轉(zhuǎn)動。當(dāng)瓶子運(yùn)動到毛刷下方與毛刷相接觸，瓶子在繼續(xù)運(yùn)動的過程中就實(shí)

10、現(xiàn)了清洗瓶子的目的。如下圖：4.3方案三擺動導(dǎo)桿與旋轉(zhuǎn)洗瓶機(jī)構(gòu)方案此方案結(jié)合了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)洗瓶機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)洗瓶機(jī)構(gòu)通過槽輪控制，當(dāng)與槽輪相連的轉(zhuǎn)盤停止運(yùn)動時推桿正好把瓶子推到轉(zhuǎn)盤的凹位置上，并把瓶子推到凹槽內(nèi)。當(dāng)推頭反會推下一個瓶子時轉(zhuǎn)盤開始運(yùn)動，當(dāng)下一個瓶子被推到傳送帶末端時輪盤轉(zhuǎn)動90度。在此時凹槽底端的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動瓶子自轉(zhuǎn)，毛刷同時也自轉(zhuǎn)。當(dāng)瓶子轉(zhuǎn)到與毛刷向接觸的位置時，此時就開始實(shí)現(xiàn)洗瓶的效果。而且瓶子在傳送帶上運(yùn)動時能實(shí)現(xiàn)瓶底的清洗。4.4最終方案的確定我們最終選擇的是第三方案擺動導(dǎo)桿與旋轉(zhuǎn)洗瓶機(jī)構(gòu)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相對與五桿組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加簡單便于加工，工作效率更高

11、。和前兩方案相比第三方案能清洗瓶底更能滿足生產(chǎn)需要。五、主要零件的設(shè)計計算 我在這里選用技術(shù)要求中方案A來進(jìn)行設(shè)計計算原始數(shù)據(jù)要求： （1）、瓶子尺寸。大段直徑d=100mm,長200mm。 （2）、推進(jìn)距離L=600mm，推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭以接近勻速的速度推瓶，平穩(wěn)的接觸和推進(jìn)瓶子，然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)備進(jìn)入第二個工作循環(huán)。 （3）、按生產(chǎn)率的要求，每分鐘三個，行程速度系數(shù)K=3，可得60v+60v/3=6L，則可推出推程平均速度為V=45mm/s，返回時得平均速度為工作行程平均速度的3倍； （4）、機(jī)構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。根據(jù)要求返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍；

12、解： 根據(jù)要求：推程平均速度為v=45mm/s,推進(jìn)距離L=600mm。解：先算出推進(jìn)600mm需要的時間t. 45t=600 (s)根據(jù)極位夾角所以推進(jìn)時曲柄轉(zhuǎn)過的角度為 再根據(jù)角度和t求出曲柄的角速度解： 在保證推程為600mm的基礎(chǔ)上，不把滑塊裝在連桿的端點(diǎn)和運(yùn)動時使得滑塊不和機(jī)構(gòu)導(dǎo)輥接觸把把連桿的長度設(shè)為800mm ( 優(yōu)化運(yùn)動 ) 圖5 曲柄機(jī)構(gòu)如圖5 2和2是搖桿的兩個極限位置，也就是連桿3位移為600mm始末位置，搖桿的極限位置正好和曲柄垂直，又因為極位夾角 ，所以搖桿極限位置時和曲柄構(gòu)成長正方形。根據(jù)圖可知曲柄1不能碰到連桿3，也不能和B點(diǎn)接觸，這樣都會使滑塊頂死。所以要確定曲

13、柄1的長度。設(shè)曲柄的長度為L ，搖桿所夾是角為 。解：因為滑塊的寬度為40mm，滑塊中心為鉸鏈連接處。 所以48.3L424.3mm 推頭推出速度 v= 回來速度為推出的3倍, 周期就為 T=18s 主動齒輪的角速度 撥盤的角速度與主動齒輪相同 槽輪在撥盤轉(zhuǎn)一周時轉(zhuǎn)周期, 在主動輪轉(zhuǎn)一周刷子和帶動瓶子自轉(zhuǎn)的四個齒輪分別轉(zhuǎn)兩周,所以各部分齒輪傳動比為 從左到右 =1:1:1:2:2,機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖圖示為洗瓶機(jī)的各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖，說明了各機(jī)構(gòu)在一周期內(nèi)的運(yùn)動規(guī)律。七、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖和傳動部件的運(yùn)動循環(huán)圖 7.1機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動簡圖圖中畫出了動力傳動的主動軸，還畫出了在水槽部分運(yùn)用的傳送帶，它的速度和

14、推頭推出的速度相同，從而可以減小推頭的負(fù)荷，也可以清洗瓶底，彌補(bǔ)在后面的機(jī)構(gòu)中不能清洗到瓶底的缺陷。7.2 推頭M的運(yùn)動循環(huán)圖 推頭M的速度曲線及說明：速度曲線如圖所示：在推頭開始運(yùn)動的一段時間時，速度略有上升，在推頭推進(jìn)的途中，推頭的速度基本保持勻速運(yùn)動，在推頭運(yùn)動13.3s前進(jìn)到極位時，推頭的速度急速上升，上升到前進(jìn)速度的3倍，然后再運(yùn)動4.4秒后到達(dá)開始位置，速度下降到零，然后進(jìn)入下一個周期。 推頭M的加速度曲線及說明：下圖為此機(jī)構(gòu)的加速度仿真曲線。從圖中可以看出，在機(jī)構(gòu)開始運(yùn)動時，推頭是有加速度的，這必然會對剛放上來的瓶子有沖擊，所以我們在放瓶子的時候就應(yīng)避開這個時后讓放瓶子的位置離推

15、頭的初始位置一段距離，這樣瓶子就會避免沖擊了。 在加速度第一次到達(dá)零之后，基本保持不變，略微有所波動，基本達(dá)到了題目要求的推頭推出速度為勻速的，然后在推到極位后，加速度急速上升又急速下降。 推頭M的位移曲線及說明：，推頭的起始位置是從位移為零之后，在推頭前進(jìn)的途中，位移曲線的斜率基本保持不變，略微有所波動，在回程的時候，曲線的斜率也基本保持不變，位移為一條直線，這也說明回程時推頭基本以3倍推出速度急回八、小組總結(jié)課程設(shè)計結(jié)束了，經(jīng)歷了這次課程設(shè)計，我們知道如何運(yùn)用所學(xué)的知識去設(shè)計洗瓶機(jī)，運(yùn)用什么機(jī)構(gòu)可以使操作更加簡便，懂得用多種途徑去解決一個問題，開擴(kuò)自己的思維。在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我

16、們所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我們?nèi)绾稳グ盐找患虑?，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。在整個課程設(shè)計過程中，小組成員之間分工設(shè)計，相互探討，相互學(xué)習(xí)。每個人都學(xué)會了合作，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，也是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程，“千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我們深深體會到這句話的真正含義，我們現(xiàn)在認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會中奔跑打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。通過這次課程設(shè)計使我們更加扎實(shí)地掌握了有關(guān)機(jī)械原理方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終

17、于找出了原因所在，也暴露出了前期我們在這方面的知識欠缺，實(shí)踐出真知，通過親自動手設(shè)計，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩地發(fā)現(xiàn)問題所在，然后進(jìn)行解決，只有這樣，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計是一門專業(yè)課，給我們很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，使我們對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說是苦多于甜，但是可以

18、學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我們懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。設(shè)計過程中也對團(tuán)隊精神的進(jìn)行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。在設(shè)計過程中我們自學(xué)了繪圖軟件，比如CAD、PROE等，提高了我們的自學(xué)能力，為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在整個設(shè)計中我們懂得了許多東西，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手能力，使我們充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。經(jīng)過這次課程設(shè)計我們學(xué)到了很多課本上沒有的東西，它對我們今后的生活和工作都有很大的幫助，所以這次設(shè)計過程是苦與甜的結(jié)合。九、參考文獻(xiàn)機(jī)械原理課程設(shè)計 高等教育出版社 裘建新 主編機(jī)械原理（第七版） 高等教育出版社 鄭文緯 主編