機械原理課程設計-- 洗瓶機推瓶機構(gòu)的設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目： 洗瓶機推瓶機構(gòu)的設計 </p><p>　　專 業(yè)： 班級：</p><p>　　設 計 人： 學號：</p><p>　　2010 年 7 月 10 日</p>

2、;<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學院 機械電子工程學院 專業(yè) 班級 姓名 </p><p>　　一、課程設計題目：洗瓶機推瓶機構(gòu)</p><p>　　二、課程設計主要參考資料</p><p>　　[1] 課程設計指導書

3、 </p><p>　　[2] 孫桓，陳作模.機械原理[M].7版. 北京：高等教育出版社，2006 </p><p>　　[3] 熊濱生?，F(xiàn)代連桿機構(gòu)設計[M].北京：化學工業(yè)出版社。2005.12 </p><p>　　[4] 鄒慧君，傅祥志等．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，1999

4、 </p><p>　　[5] 申永勝.機械原理教程[M]．北京：清華大學出版社,1999 </p><p>　　三、課程設計應解決主要問題 </p><p>　　（1）通過機構(gòu)設計滿足推頭推瓶的運動要求 </p><p>　?。?）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，提高可行

5、性以及機構(gòu)工作的穩(wěn)定性 </p><p>　　四、課程設計相關附件（如：圖紙、軟件等）</p><p>　?。?）A3結(jié)構(gòu)原理圖 </p><p>　?。?）課程設計說明書一份

6、 </p><p>　　五、任務發(fā)出日期：2009.07.05 任務完成日期：2009.07.10</p><p>　　指導教師簽字： 系主任簽字： </p><p>　　指導教師對課程設計的評語</p><p>　　指導教師簽字： </p

7、><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計任務1</p><p><b>　　1.1設計題目1</b></p><p><b>　　1.2設計要求1</b></p&

8、gt;<p><b>　　1.3原始數(shù)據(jù)1</b></p><p>　　2機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖2</p><p><b>　　2.1功能描述2</b></p><p>　　2.2機械系統(tǒng)運動分析2</p><p>　　3系統(tǒng)方案擬定與比較3</p><p

9、><b>　　3.1方案一3</b></p><p><b>　　3.2方案二6</b></p><p><b>　　3.3方案三10</b></p><p>　　3.4方案比較14</p><p>　　4選定方案運動尺寸確定16</p><

10、p>　　5課程設計總結(jié)17</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　1 課程設計任務</b></p><p><b>　　1.1設計題目</b></p><p><b>　　洗瓶機推瓶機構(gòu)</b></p

11、><p><b>　　1.2設計要求</b></p><p>　　洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。如圖1所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭M把瓶子向前推進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導輥待推。</p><p>　　圖1 洗瓶機工作示意圖</p&

12、gt;<p><b>　　1.3原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2機械系統(tǒng)運動功能系統(tǒng)圖</p><p><b>　　2.1功能描述</b></p><p>　　瓶子放在兩導輥上，尺寸為直徑×長度﹦Φ100×200，推瓶機構(gòu)的推頭M在導輥始端平穩(wěn)地接觸瓶子，又以接近均勻的速度推動瓶子

13、，行程為600 mm，在到達脫導輥末端時，推頭又平穩(wěn)地脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。</p><p>　　2.2機械系統(tǒng)運動分析</p><p>　　在一個運動周期內(nèi)，推桿在推瓶階段左近似勻速直線運動，推程為600mm。在返程時。推桿的軌跡要高于推瓶階段的軌跡（大于瓶子的半徑）以此滿足在返回時不會碰到瓶子。為提高工作效率，推桿返回的平均速度大于推瓶階段的平均速度。據(jù)此

14、可畫出如下的推頭M運動軌跡，如圖2。 </p><p>　　圖2機械的機構(gòu)運動循環(huán)圖（推頭的軌跡）</p><p>　　3系統(tǒng)方案擬定與比較</p><p><b>　　3.1方案一</b></p><p>　　方案一為凸輪—全移動副四桿機構(gòu)推瓶裝置，該機構(gòu)原理如圖3。</p><p>　　圖3

15、 凸輪—全移動副四桿機構(gòu)</p><p><b>　　3.1.1工作原理</b></p><p>　　該方案利用凸輪與其遠休止和近休止時推桿的運動規(guī)律來完成推瓶任務。左側(cè)的凸輪控制推桿的水平運動；右側(cè)的凸輪負責推桿的升降。兩者之間的轉(zhuǎn)速滿足一定的關系，以滿足下列運動：左側(cè)凸輪在推程階段，右側(cè)凸輪正好處于近休止階段，此時推桿做水平運動，完成推瓶運動；左側(cè)凸輪在遠休止階段

16、時，右側(cè)凸輪正處于推程階段，此時推桿上升，左側(cè)凸輪在回程階段，推桿返回原位。兩凸輪配合，實現(xiàn)推頭的運動規(guī)律。</p><p><b>　　3.1.2推瓶機構(gòu)</b></p><p><b>　　圖4凸輪推桿機構(gòu)</b></p><p>　　如圖4所示，此機構(gòu)靠左側(cè)凸輪的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)推桿的水平運動。在凸輪的推程階段，推桿實現(xiàn)水平

17、的推瓶運動，在凸輪的回程階段，推桿返回到原位置。在進休止和遠休止階段，推桿實現(xiàn)上升和下降。</p><p><b>　　3.1.3驅(qū)動機構(gòu)</b></p><p><b>　　圖5齒輪—帶輪機構(gòu)</b></p><p>　　由工作原理可知，兩凸輪的轉(zhuǎn)速相等，考慮到兩凸輪的距離比較大，可選用帶輪如圖5所示。</p>

18、;<p>　　3.1.4尺寸的確定</p><p>　　現(xiàn)根據(jù)傳動要求確定凸輪的尺寸 ：</p><p>　　電動機轉(zhuǎn)速n2= 1440r/min;根據(jù)生產(chǎn)率15個/s，可確定凸輪A的運動周期T=1/15,得nA=1440r/min</p><p>　　凸輪A與凸輪B是同步的，nA=nB=1440r/min</p><p>　　

19、因為M點在最左點和最右點的水平位移為600mm,則凸輪A表面距凸輪軸的最大距離與最小距離之差為600mm,即此時左凸輪的行程為600mm。</p><p>　　由于急回系數(shù)K為3，故可設推程運動角為：180°；遠休止角為：60°；回程運動角為：60°；近休止角為：60°。凸輪A設計如圖6。</p><p>　　圖6 凸輪A

20、 圖7 凸輪B</p><p>　　現(xiàn)根據(jù)傳動要求確定凸輪B的大小 </p><p>　　電動機轉(zhuǎn)速n2=1440r/min，根據(jù)生產(chǎn)率15個/s，可確定凸輪A的運動周期T=1/15,得nA=900r/min。</p><p>　　凸輪A與凸輪B是同步的，nA=nB=900r/min。</p><p>　　凸輪B的設計如圖7。

21、</p><p><b>　　3.2方案二</b></p><p>　　方案二為凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)方案，該機構(gòu)原理如圖8所示，圖9是其初始狀態(tài)。</p><p>　　圖8 凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)</p><p><b>　　3.2.1工作原理</b></p><p>　　該方案利

22、用四桿構(gòu)件上的一點M的軌跡滿足要求，故利用其作為推瓶機構(gòu)的推頭。而機構(gòu)有凸輪作為主動件的目的是為了滿足M點運動速度的要求，在推頭與瓶剛接觸與脫離時M點的速度近為零，而在作直線運動時速度平穩(wěn),并且利用凸輪可以滿足M點的機會特性。當凸輪轉(zhuǎn)角處于0~60度時，此時四桿機構(gòu)靜止，M點剛好與瓶子脫離；而當凸輪轉(zhuǎn)角在60~120度時，M點沿著一段弧線回去；而當轉(zhuǎn)角在120~180度時四桿機構(gòu)又處于靜止狀態(tài)，此時M點回到M’點剛好于瓶子接觸；當轉(zhuǎn)角在

23、180~360度時，M點推著瓶子沿著直線運動一直達到起始點，如此循環(huán)下去。</p><p>　　圖9 凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)循環(huán)圖</p><p>　　3.2.2機構(gòu)尺寸的確定:</p><p>　　此機構(gòu)的原型來自于一曲柄搖桿機構(gòu) ： 圖10 曲柄搖桿機構(gòu)</p><p>　　由于MM'=4

24、20mm; ∠BAD=45°; ∠BAB'=90°;且由于M''D垂直平分 MM'；且當∠BAD=45°時，AB與BM共線；故AM'=420mm;AD=210mm;</p><p>　　AB +BM=594mm。</p><p>　　又在△AB'M'中，已知：∠M'AB'=135°

25、;;由余弦定理可得：B’M’=495mm; AB=99mm。</p><p>　　又在四邊形AB''M''D中有AB''=99 mm；AD=210 mm;B''M''=495 mm;且AD⊥DM''故：</p><p>　　[（495-BC）2+4202-CD2 ]／[2(495-BC)

26、5;420]=0.849;</p><p>　　在由于在△ACD中有AC=99+BC mm;AD=210 mm; ∠CAD=45°；故可由余弦定理有：</p><p>　　CD2=(99+BC) 2+2102-×210（99+BC）;</p><p>　　有上面兩式可確定BC=302 mm;CD=293 mm.</p><p&

27、gt;　　到現(xiàn)在故可確定∠CDE=75°;DE的長度可自定為80 mm。</p><p>　　而凸輪的設計只能滿足近似要求：由于急回系數(shù)K為3，故可設推程運動角為：180°；遠休止角為：60°；回程運動角為：60°；近休止角為：60°。</p><p><b>　　3.2.3驅(qū)動機構(gòu)</b></p>&l

28、t;p>　　由于凸輪的轉(zhuǎn)速為960r/min;而電機的轉(zhuǎn)速同為960r/min；故可凸輪直接可有電機帶動。</p><p><b>　　3.3方案三</b></p><p>　　為曲柄搖桿—凸輪機構(gòu)推瓶裝置，該機構(gòu)原理如圖11所示 。 </p><p>　　圖11 曲柄搖桿—凸輪機構(gòu)</p><p><b&g

29、t;　　3.3.1工作原理</b></p><p>　　電動機的轉(zhuǎn)速通過減速齒輪傳遞給原動件曲柄，曲柄做勻速圓周運動，并通過滑塊帶動搖桿運動，搖桿通過滑塊與推桿相連。推桿的升降通過下方的圓柱凸輪來控制。推瓶行程：曲柄轉(zhuǎn)過3π\(zhòng)2時，搖桿從最左端擺到最右端，帶動滑塊水平移動600mm，曲柄的轉(zhuǎn)速通過傳動系統(tǒng)與圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速相等，故圓柱凸輪也轉(zhuǎn)過3π\(zhòng)2，（凸輪的設計如圖），推桿不會上升，只會水平移動，完

30、成推瓶行程。返回行程：曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過π\(zhòng)2，推桿返回，同時，圓柱凸輪推動推桿上升，完成返程。</p><p><b>　　3.3.2推瓶裝置</b></p><p>　　推瓶裝置為曲柄搖桿—凸輪機構(gòu)，如圖12所示， </p><p><b>　　圖12推瓶裝置</b></p><p>　　曲柄做

31、勻速圓周運動，帶動搖桿運動，搖桿上的滑塊與推桿連接，實現(xiàn)推桿的推瓶和回程運動。</p><p><b>　　3.3.3傳動機構(gòu)</b></p><p>　　該機構(gòu)為齒輪系—帶輪，如圖13 所示，齒輪Z2裝載電動機主軸上，Z2與齒輪Z1外嚙合，齒輪Z3通過帶輪與齒輪Z1相連，Z3與錐齒輪共軸，錐齒輪Z4與錐齒輪嚙合。電動機轉(zhuǎn)動，最終將轉(zhuǎn)速傳遞給錐齒輪Z4,Z4帶動圓柱凸

32、輪實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖13 齒輪系—帶輪傳動機構(gòu)</p><p>　　現(xiàn)根據(jù)傳動要求確定齒輪的大小 </p><p>　　電動機轉(zhuǎn)速n2=1440r/min，根據(jù)生產(chǎn)率15個/s，可確定曲柄的運動周期T=1/15,得n1=900r/min。</p><p>　　z1/z2=1440/900=8/5</p><

33、p>　　根據(jù)實際應用及齒輪大小可確定z1=120 z2=75，因圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速與曲柄一樣，故Z3=Z4=Z1=120</p><p>　　3.3.4圓柱凸輪的設計</p><p>　　在此方案中，圓柱凸輪的設計起了很關鍵的作用，根據(jù)推桿的要求軌跡，推桿的上升距離很大，一般凸輪雖然能夠滿足上升的條件，但不能達到如此大的距離，凸輪遠休止角表較小，而此時輪廓線的半徑又要求太大，造成凸輪廓

34、線突變太大，連接不平滑，影響穩(wěn)定性。</p><p>　　圖14圓柱的工作示意圖</p><p>　　此方案將凸輪設計成圓柱凸輪，可較好的滿足運動條件。如圖15所示。</p><p>　　圖15 圓柱凸輪的設計圖</p><p>　　現(xiàn)根據(jù)方案要求計算所用各桿的長度：</p><p>　　根據(jù)推程為600mm要求，可確

35、定D'D'' =600mm。</p><p>　　根據(jù)急回系數(shù)為3可確定∠C'BC''=90° ,得∠C'AC''=90°。</p><p>　　設AB=150mm,</p><p>　　曲柄BC=ABsin45° BC=75≈106.1mm</p&g

36、t;<p>　　根據(jù)實際應用，可設點A與點E之間的水平距離為400mm。</p><p>　　由上述分析可知，該機構(gòu)在最左和最右位置時的位移為600mm，可以完成水平運動600mm的任務。</p><p>　　用作圖法可求出推頭的運動循環(huán)圈，如圖16</p><p>　　圖16 推頭的運動循環(huán)圈</p><p><b>

37、;　　3.4方案比較 </b></p><p>　　3.4.1 優(yōu)點比較</p><p>　?。?）在上述兩個方案中，方案一、二采用凸輪設計，能夠?qū)崿F(xiàn)推頭最佳勻速直線運動，方案二、三采用簡單桿件，各桿件以銷軸（實際為延長了的鉸鏈）相連，結(jié)構(gòu)簡單，材料易于獲取，成本較低。</p><p>　?。?）方案三采用齒輪、帶輪傳動，便于分析計算。</p>

38、;<p><b>　　3.4.2缺點比較</b></p><p>　?。?）方案一中，兩凸輪的設計尺寸比較大，由于推桿升程的要求，控制推桿上升的凸輪，需要設計成進休止角是遠休止角的倍數(shù)，凸輪廓線升降幅度很大，降低了平滑度，影響穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）方案二中，對凸輪的設計較嚴格。不便于分析計算。因采用四桿機構(gòu)，在機構(gòu)運動過程中存在死點，采用其

39、他措施，如加飛輪，增加了機構(gòu)的復雜的程度。</p><p>　?。?）方案三曲柄帶動連桿運動而使推頭M運動，因而不能保證推頭M勻速運動；此方案傳動系采用齒輪—帶輪傳動，較其他兩個方案復雜。</p><p>　　4選定方案運動尺寸確定</p><p>　　綜合三個方案，我們選擇第三個方案。因為（1）方案一中，凸輪的尺寸設計的太大，加工不方便；若改變工作行程和急回系數(shù)，

40、凸輪就需要重新設計，機構(gòu)的可改造性不好。（2）方案二，若改變運動參數(shù)，凸輪同樣需要重新設計。（3）方案三可以滿足不同的生產(chǎn)要求，運動行程的改變，只需改變推桿的水平位置；急回系數(shù)的改變，只需改變曲柄的長度。在推瓶進程中，雖然不能滿足勻速直線運動，但因機架與曲柄極位的夾角較小，可近似滿足運動條件。在接觸和脫離瓶子時，推頭的速度為零，可滿足平穩(wěn)的接觸和脫離。綜上所述，方案三最優(yōu)，所以選擇此方案。</p><p><

41、;b>　　5課程設計總結(jié)</b></p><p>　　為期五天的課程設計結(jié)束了，這五天是充實而快樂的，我們在其中學習、復習知識，在其中學習解決問題的方法，感觸很大，受益匪淺?，F(xiàn)將課程設計總結(jié)如下： </p><p>　　首先，我通過此次課程設計，鞏固了所學的基本理論、基本概念和基本知識，進一步理解了機械原理這門課程，知道其在實際應用中的重要性。并對教材中常見的平面連桿、凸

42、輪等機機構(gòu)有了更深刻的認識，對系統(tǒng)化設計有了一定的了解。更重要的是培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力，為以后的課程設計打下了良好的基礎。</p><p>　　其次，這次課程設計過程中，我明白個人的力量是有限的。任何優(yōu)秀的方案都不是個人的杰作，大家在課程設計中相互幫助，積極討論，對一些問題大膽發(fā)表自己的意見，實現(xiàn)了共同的進步，并最終完成了最優(yōu)方案。在以后的工作學習中我們還會有這樣和他人

43、一起工作學習的機會，這次課程設計為我們提供了鍛煉的機會。</p><p>　　最后，在課程設計中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，基礎知識不扎實，解析法不熟練，在對機構(gòu)的仿真模擬分析方面做的遠遠不夠，以后在平時的學習中會不斷的學習，提高自己解決問題的能力。也希望老師以后給我們更多的鍛煉機會。</p><p>　　衷心感謝xx老師這一學期對我們的教誨，讓我們認識機械原理這門課程，不斷提高工程素養(yǎng)，謝謝老師

44、在課程設計中的指導。我想通過這次課程設計我們實踐能力會有一個大的提高，在以后的學習中我們也將繼續(xù)努力，回報老師和學校。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 孫桓，陳作模.機械原理[M].7版. 北京：高等教育出版社，2006 </p><p>　　[2] 熊濱生?，F(xiàn)代連桿機構(gòu)設計[M]，北京：化學工業(yè)出版社