推瓶機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、13機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書 -推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄一設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求-3二功能分解-4三機(jī)構(gòu)選用-5四機(jī)構(gòu)組合-7五傳動方案設(shè)計(jì)-8六運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)-9七機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-10八方案評價(jià)-13九設(shè)計(jì)心得-13十參考資料-14洗瓶機(jī)方案設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)，主要有推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成，如圖圖1 洗瓶機(jī)工作示意圖當(dāng)M把瓶子向前推進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)動著的刷子把瓶子外面洗凈，當(dāng)前一個(gè)瓶子洗刷完畢時(shí)，后一個(gè)待洗的瓶子已經(jīng)送入導(dǎo)輥待推。表1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求方案號瓶子尺寸（長*直徑）mm工作行程/mm生產(chǎn)率/（個(gè)/s）急回系數(shù) K電動機(jī)轉(zhuǎn)速n0/（r/min） A100*200 6

2、00 15 3 1440 B80*180 500 16 3.2 1440 C60*150 420 18 3.5 960我們選用C方案，由于它工作行程短，節(jié)約空間，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高，急回系數(shù)高，說明構(gòu)件非有效工作時(shí)間比例小，電動機(jī)功率低，節(jié)省能源。二功能分解 本機(jī)器的功能是自動洗瓶。它的運(yùn)動功能可分解為三種工藝動作1.推瓶推頭M均勻速度推瓶，設(shè)計(jì)推瓶機(jī)構(gòu)，且構(gòu)件在工作行程中作勻速直線運(yùn)動，在工作前后可有變速運(yùn)動，回程時(shí)有急回特性。2.轉(zhuǎn)瓶導(dǎo)輥有齒輪帶動，通過與瓶子之間的摩擦帶動瓶旋轉(zhuǎn)。3.刷瓶刷子在輪系機(jī)構(gòu)帶動下以恒速旋轉(zhuǎn)，用以洗刷瓶子。注：以上三種動作同時(shí)進(jìn)行，彼此的運(yùn)動不發(fā)生干涉。三、機(jī)構(gòu)

3、選用利用設(shè)計(jì)目錄并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及相容性的要求，確定三個(gè)工藝動作的執(zhí)行構(gòu)件推頭、刷子、導(dǎo)輥，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)動功能。表2 洗瓶機(jī)的機(jī)構(gòu)選型功能執(zhí)行構(gòu)件工藝動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)推瓶推頭M曲線往復(fù)急回運(yùn)動凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，五桿組合機(jī)構(gòu)，凸輪全移動副四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)瓶導(dǎo)輥回轉(zhuǎn)運(yùn)動齒輪帶輪傳動機(jī)構(gòu)刷瓶刷子回轉(zhuǎn)運(yùn)動齒輪帶輪傳動機(jī)構(gòu)由于刷瓶與轉(zhuǎn)瓶功能的實(shí)現(xiàn)分別只有一種齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)的，因此，方案的確定的關(guān)鍵是對推瓶執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合的確定。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，推頭M可走圖所示軌跡，而且推頭M在工圖 圖2 推頭M運(yùn)動軌跡作行程中應(yīng)做勻速直線運(yùn)動，在工作段前后可有變速運(yùn)動，回程是、時(shí)有急回特性。對于這種運(yùn)動要求，若采用

4、單一機(jī)構(gòu)不容易實(shí)現(xiàn)，通常的機(jī)構(gòu)組合有；1. 凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)方案圖3 凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖如圖，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿2上的點(diǎn)M走近似于所要求的軌跡，點(diǎn)M的速度有等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速運(yùn)動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意采取度過死點(diǎn)的措施。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是凸輪獨(dú)立于連桿機(jī)構(gòu)，占用空間較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。2. 五桿組合機(jī)構(gòu)方案圖4 五桿組合機(jī)構(gòu)圖確定一條平面曲線需要兩個(gè)獨(dú)立變量。因此具有兩個(gè)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。如圖，點(diǎn)M的速度和機(jī)構(gòu)的急回特征，可通過凸輪控制該機(jī)構(gòu)的兩個(gè)輸入構(gòu)件1和4間的運(yùn)動關(guān)系來得到。機(jī)構(gòu)為單自由度機(jī)構(gòu)，運(yùn)動精確，結(jié)構(gòu)緊湊。3. 凸輪

5、全移動副四桿機(jī)構(gòu)圖5 凸輪-全移動副四桿機(jī)構(gòu)圖如圖所示，全移動副四桿機(jī)構(gòu)是兩自由度機(jī)構(gòu)，構(gòu)件2上的點(diǎn)M可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件2的運(yùn)動速度和急回特征由凸輪控制。這個(gè)方案的缺點(diǎn)是因水平方向軌跡太長，造成凸輪機(jī)構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過大。綜上所述，五桿組合機(jī)構(gòu)方案優(yōu)點(diǎn)較多，為所選方案。四. 機(jī)構(gòu)組合根據(jù)機(jī)構(gòu)選用中選出的機(jī)構(gòu)，以及設(shè)計(jì)要求，我們選擇五桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)的搭配。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖：A1 A3 A2 圖6 機(jī)構(gòu)組合的并聯(lián)示意圖電動機(jī)通過五桿組合機(jī)構(gòu)帶動推頭M推動瓶子，并通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動刷子與導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)刷瓶與轉(zhuǎn)瓶的功能。由此可得出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖： 圖7 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡

6、圖1、2、3、4、5、6、7是圓柱齒輪，8、9、10、11是圓錐齒輪，12是導(dǎo)輥，13是推頭M，14、16是皮帶輪，15是刷子。 圖8 機(jī)構(gòu)三維立體圖五. 傳動方案設(shè)計(jì)機(jī)器的特點(diǎn)是刷子、導(dǎo)輥、推頭M的運(yùn)動是相互獨(dú)立的，故分別通過三套傳動機(jī)構(gòu)由電動機(jī)帶動；此外，由于刷子和導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速不需太精確，故選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝容易得帶傳動機(jī)構(gòu)。帶輪之間通過圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪與電動機(jī)軸連接。關(guān)于傳動比問題：刷子的轉(zhuǎn)速不能過高，否則會與瓶子摩擦產(chǎn)生過多的無用功，同時(shí)也會減緩瓶子的前進(jìn)速度。導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速不能過低，否則不能保證瓶子洗凈，（當(dāng)然也不能過高，理由同上）綜合考慮，取刷子轉(zhuǎn)速為n1=640r/min

7、,導(dǎo)輥轉(zhuǎn)速n2=1200r/min,凸輪轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算得n3=1080r/min。根據(jù)各傳動比：i01=n0/n1=3/2,i02=n0/n2=4/5,i03=n0/n3=8/9,選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)如下表表3 齒輪參數(shù)齒輪編號模數(shù)齒數(shù)節(jié)圓直徑/mm143012024451803425100442080543614464321287420100其中，為了避免齒輪發(fā)生可能的碰撞，在齒輪5與齒輪6之間增加一個(gè)惰輪7。六. 運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)由于刷子、導(dǎo)輥、凸輪三者運(yùn)動是相互獨(dú)立的，因此機(jī)構(gòu)不存在時(shí)間上的協(xié)調(diào)問題。所以只要保證各構(gòu)件的尺寸以滿足機(jī)構(gòu)空間上的協(xié)調(diào)即可。七. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)取B點(diǎn)的運(yùn)動軌跡如圖

8、：，這樣桿從導(dǎo)輥下部運(yùn)動返回，不會與下一個(gè)瓶發(fā)生碰撞。設(shè)計(jì)時(shí)，減少BC桿長則C點(diǎn)的運(yùn)動軌跡接近于B。確定鉸鏈O的位置：（4種選法）圖9 鉸鏈位置比較圖依圖可知（3）、（4）的極位夾角比（1）、（2）較大，應(yīng)在（3）、（4）中選得。當(dāng)選（4）時(shí)，最大，但O過于靠近運(yùn)動軌跡，所以設(shè)計(jì)的凸輪可能與導(dǎo)軌發(fā)生空間上的沖突，故選（3）較合適，以增大極位夾角，減少非工作行程時(shí)間。在極位夾角相等的情況下：如圖（5）、（6）圖10 鉸鏈位置最終選擇圖（5）圖中O偏左，故其勻速運(yùn)動所占的時(shí)間比例較大，所以（5）更合適，可以更好的提高工作效率。圖11 凸輪設(shè)計(jì)定好O位置后，根據(jù)運(yùn)動圖線作圖，并通過計(jì)算可得出OA，A

9、C桿長，根據(jù)空間位置關(guān)系，確定CD、DE桿長及凸輪的基圓半徑，再根據(jù)反轉(zhuǎn)作圖法可得凸輪理論輪廓線，畫出滾子的各位置圖，根據(jù)其包絡(luò)線可得凸輪的實(shí)際輪廓線。（120到200之間是勻速運(yùn)動區(qū)）圖12 凸輪位移圖線圖13 凸輪加速度圖圖14 凸輪速度圖 根據(jù)作圖，最后可定得各桿長度：OA=8，AC=62，BC=8.7，CD=70.5，DE=20。凸輪基圓半徑=9.2。八、方案評價(jià) 所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能較好的按要求滿足需求，但在凸輪傳動方面，因?yàn)槭怯米鲌D法所得，而且有一部分取的是近似值，所以誤差可能過于偏大。可通過兩種方法改進(jìn)： 一是用電腦編程用數(shù)值計(jì)算法來精確設(shè)計(jì)。 二是用作圖法時(shí)盡量減少誤差（如將基圓分得更細(xì)等） 機(jī)構(gòu)傳動部分，部分桿件過長，會引起材料的浪費(fèi)，同時(shí)會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致桿件的破壞；由于空間的問題引入了惰輪，加大的制造成本；帶輪容易摩擦起電，不宜用于易燃易爆場合。九、參考資料