機械原理課程設(shè)計之洗瓶機.doc

目 錄1、 設(shè)計任務(wù)書4 1.1 設(shè)計題目4 1.2 洗瓶機的技術(shù)要求4 1.3 設(shè)計任務(wù)5 1.4 原始數(shù)據(jù)52、 機械運動方案設(shè)計62.1 分析設(shè)計要求62.2 推瓶機構(gòu)選擇63、 進瓶裝置設(shè)計93.1 進瓶裝置簡圖93.2 槽輪機構(gòu)設(shè)計93.3 運動協(xié)調(diào)設(shè)計94、 洗瓶裝置設(shè)計104.1 洗瓶裝置簡圖104.2 洗瓶設(shè)計說明10五、推瓶機構(gòu)設(shè)計11 5.1 推瓶起點設(shè)計115.2 推瓶終點設(shè)計12六、洗瓶機總體方案設(shè)計136.1 方案一總體方案及運動說明136.2 方案二總體方案及運動說明15七、方案評估167.1 方案評價比較167.2 最終選定方案16八、課程設(shè)計總結(jié)19參考文獻191、 設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目 洗瓶機主要是由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。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。如圖1所示。1.2 洗瓶機的技術(shù)要求：表1.1 洗瓶機的技術(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電動機轉(zhuǎn)速r/minA1002006003314401.3 設(shè)計任務(wù) （1）.洗瓶機應(yīng)包括齒輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)。學(xué)生應(yīng)該提出兩種以上的設(shè)計方案并經(jīng)分析比較后選定一種進行設(shè)計。 （2）.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （3）.畫出機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 （4）.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖。 （5）.其他機構(gòu)的設(shè)計計算。 （6）.編寫設(shè)計計算說明書。1.4 原始數(shù)據(jù)（1）、瓶子尺寸：長度L=100mm，直徑D=200mm。 （2）、推進距離S=600mm，推瓶機構(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）、電動機轉(zhuǎn)速為1440 r/min。 （5）、急回系數(shù)3。 二、機械運動方案設(shè)計2.1 分析設(shè)計要求由題目可知：洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭M以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)作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。圖1 推頭M運動軌跡對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合，起來，設(shè)計組合機構(gòu)。在設(shè)計組合機構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構(gòu)（基礎(chǔ)機構(gòu)），而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構(gòu)組合。2.2 推瓶機構(gòu)選擇 推瓶機構(gòu)的方案：根據(jù)前述設(shè)計要求,推瓶機構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機構(gòu),為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應(yīng)使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運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動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。 推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構(gòu)主要有曲柄滑塊機構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。運用前述設(shè)計的思想方法,再考慮到機構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運動的特點， 所以根據(jù)要求，本機構(gòu)采用了擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。2.2.1 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)方案如圖2所示，鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿2上點M走近似于所要求的軌跡，M點的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪通過構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意度過死點的措施。圖2 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的方案2.2.2 五桿組合機構(gòu)方案確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點M的速度和機構(gòu)的急回特征，可通過控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運動關(guān)系來得到，如用凸輪機構(gòu)、齒輪或四連桿機構(gòu)來控制等等。圖3所示為兩個自由度的五桿低副機構(gòu)，l、4為它們的兩個輸人構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運動關(guān)系用凸輪、齒輪或四連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。圖3五桿組合機構(gòu)方案 2.2.3 最終選定推瓶方案在這里通過比較分析，我選擇的是凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)的方案，因為它相對簡單，而且能達(dá)到預(yù)計的要求。3、 進瓶裝置設(shè)計3.1 進瓶裝置簡圖圖3-1進瓶裝置簡圖3.2 槽輪機構(gòu)設(shè)計 我設(shè)計的是當(dāng)主動撥盤 （ 缺口圓盤）勻速轉(zhuǎn)一周，從動槽輪轉(zhuǎn)90， 而傳動帶的導(dǎo)桿也轉(zhuǎn)過90， 而且要等于一個瓶子的長度 。而所用時間是洗瓶裝置的一個來回，即：T=20s則有：主動撥盤角速度w=2/20s=0.314rad/s.3.3運動協(xié)調(diào)設(shè)計在這里我選用的是槽輪間隙機構(gòu)來進行瓶子的進瓶主要構(gòu)件，負(fù)責(zé)把瓶子傳送到洗瓶裝置上。因為按照生產(chǎn)率為3/min得到每洗一個要20s，所以我設(shè)計主動撥盤轉(zhuǎn)一周所需時間為20s，這樣從動撥盤就每20s轉(zhuǎn)動90，再讓它轉(zhuǎn)過90時的路程等于一個瓶子的長度即200mm，則可以確定主動帶輪1的半徑R1，因為s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由3.2可知：W=0.314rad/s，所以R1100mm。4、 洗瓶裝置設(shè)計4.1 洗瓶裝置簡圖4.2 洗瓶設(shè)計說明我這里推頭特意設(shè)計成可以洗內(nèi)表面的刷子，它比瓶子的內(nèi)徑稍大一些，瓶子下來時，在推頭的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，內(nèi)刷子就可以很輕松的插入瓶內(nèi)，待到推頭的擋板抵到瓶口后就可以推著瓶子走了。隨著導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動，瓶子內(nèi)外表面都得到很好的清洗。另外，值得注意的一點是，內(nèi)刷子因為要伸到瓶子里面，所以要選用軟一點刷子，方便輕易的伸到瓶里面而不影響瓶子移動。還有就是內(nèi)刷子的刷桿也要用軟一點橡膠棒，方便瓶子洗好時，借助重力好脫離內(nèi)刷子，順著出瓶軌道滑出，滑到裝瓶箱。 5、 推瓶裝置5.1 推瓶起點設(shè)計 5.1.1起點時的簡圖 5.1.2 推瓶起點設(shè)計說明上圖是剛剛開始推瓶時候，凸輪轉(zhuǎn)到最高點，推桿回到最左端，此時，剛好進瓶裝置送下一個瓶，內(nèi)刷子隨推桿插入瓶子內(nèi)，刷毛盡量選用軟性材料，方便內(nèi)刷子插入瓶內(nèi)，這樣隨著凸輪帶動推桿內(nèi)刷子先伸進瓶子內(nèi)，等推頭擋板抵到瓶口時，瓶子才受到推桿的推力，推頭才會推動瓶子運動，進行外表面的清洗，一直到導(dǎo)輥完。5.2 推瓶終點設(shè)計說明 5.2.1 終點時設(shè)計簡圖 5.2.2 推瓶終點設(shè)計說明上圖是推瓶到終點的時候，凸輪轉(zhuǎn)到最低點，推桿回到最右端，此時，瓶子在推桿的作用下，走到導(dǎo)輥末，在重力的作用下，瓶子沿內(nèi)刷子隨隨刷桿滑入瓶子出瓶軌道內(nèi)，刷桿和刷毛盡量選用軟性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道內(nèi)，這樣隨著凸輪帶動推桿內(nèi)刷子先退出瓶子內(nèi)，瓶子滑出內(nèi)刷子后，瓶子才落到出瓶滑道內(nèi)，推頭才會繼續(xù)做回復(fù)運動，不過要避免死點的產(chǎn)生，才能穩(wěn)定的進行下一個瓶子內(nèi)外表面的清洗，一直循環(huán)工作。6、 洗瓶機總體方案設(shè)計6.1 方案一總體方案及運動說明 6.1.1 方案一總體方案簡圖6.1.2 方案一運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導(dǎo)輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導(dǎo)輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復(fù)運動。6.2 方案二總體方案及運動說明 6.2.1 方案二總體方案簡圖6.2.2 方案二運動說明 首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構(gòu)間歇的送到導(dǎo)輥軌跡上，轉(zhuǎn)動的毛刷通過五桿組合機構(gòu)帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導(dǎo)桿的推動和旋轉(zhuǎn)下邊前進邊清洗內(nèi)表面，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進，再由外面轉(zhuǎn)動的刷子將瓶子外表面洗凈。要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程:(1)皮帶做間歇直線運動；(2)瓶子由皮帶到導(dǎo)輥的滑動；(3)內(nèi)表面毛刷勻速推進和自身旋轉(zhuǎn)；(4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導(dǎo)輥推到指定的位置; (5)推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動;(6)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當(dāng)瓶子沿導(dǎo)輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈;(7)在瓶子移動過程中,內(nèi)刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外.(8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構(gòu)急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán).(9)洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉(zhuǎn)動的皮帶送出.七、方案評估7.1方案評價比較（1）、運動鏈的長短:兩種方案都比較簡單，運動鏈的長度也差不多，但方案構(gòu)件數(shù)目少一些，簡單一點。（2）、機構(gòu)的排列順序：兩種方案的排列順序都不是十分合理，方案一中，有部分渦輪蝸桿傳動，以傳動動力為主，應(yīng)該將渦輪蝸桿機構(gòu)布置在高速級，齒輪機構(gòu)在低速級，但方案一中沒有嚴(yán)格按照這樣分布。方案二中有帶傳動時（進瓶與出瓶機構(gòu)），這種摩擦傳動外廓尺寸較大的機構(gòu)一般安排在運動鏈的起始端，而其沒有，也不是十分合理。（3）、傳動比分配：兩個用的構(gòu)件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用帶傳動，其現(xiàn)實制作麻煩，且誤差大，所以方案一傳動比更合理一些。（4）、運動副的形式：兩種方案用的運動副都差不多，但在總體設(shè)計上方案一明顯比方案二更精確，齒輪運用更恰當(dāng)，布局也更合理。 （5）、機械效率：在這方面方案一中大多采用齒輪傳遞，而且布局更合理，所以精度較高。而方案二中含有帶傳動等效率低的機構(gòu)，所以機械效率比方案一稍低一些。7.2 最終選定方案通過仔細(xì)評估比較，最終選定方案一，其設(shè)計更合理，可行性更高，而且布局上也明顯比方案二合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計也更嚴(yán)謹(jǐn)一些。在數(shù)據(jù)處理上也比方案一清楚明了，所以最終通過評估決定選方案一作為最終選定方案.最終選定方案：方案一方案一總體方案簡圖6.1.2 方案一運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導(dǎo)輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導(dǎo)輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復(fù)運動。八、課程設(shè)計總結(jié) 機械原理設(shè)計課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。通過了課程設(shè)計使我從各個方面都受到了機械設(shè)計的訓(xùn)練，對機械的有關(guān)各個零部件有機的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識。 此次機械原理課程設(shè)計題目很有意義考察的知識點也很全面，有凸輪設(shè)計及結(jié)構(gòu)分析，還有齒輪的設(shè)計及電動機的選擇等，還有CAD制圖，以及各種設(shè)計方案的比較，這不僅培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用大學(xué)幾年里所學(xué)的理論知識和生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，還培養(yǎng)出了我們的團隊合作精神。全體組員共同探討，雖然只有兩個人，但是解決了許多個人無法解決的問題。同時，我深刻地認(rèn)識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足。由于這次設(shè)計時間緊迫，有很多地方還有不足，有待改進，今后的學(xué)習(xí)過程中，我會更加認(rèn)真努力學(xué)習(xí)！由于在設(shè)計方面我們沒有經(jīng)驗，理論知識學(xué)的不牢固，在設(shè)計中難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題，如：在選擇計算齒輪組時可能會出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進的計算誤差會更大，在查表和計算上精度不夠準(zhǔn)，也在這次設(shè)計中認(rèn)識到自己的不足以及專業(yè)方面知識的欠缺，希望以后加以改進。參考文獻1 裘建新. 機械原理課程設(shè)計. 北京. 高等教育出版社，2010.7.2 孫恒,陳作模,葛文杰. 機械原理. 7版. 北京. 高等教育出版社，2006.5.3 濮良貴，紀(jì)名剛. 機械設(shè)計. 8版. 北京. 高等教育出版社，2006.5.