機械原理課程設(shè)計--洗瓶機

1、<p>　　1．設(shè)計題目：洗瓶機3</p><p>　　1.1工作原理及工藝動作過程3</p><p>　　1.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求3</p><p>　　2．設(shè)計方案選擇3</p><p>　　2.1設(shè)計方案一3</p><p>　　2.2 設(shè)計方案二4</p><p>

2、;　　3．所選方案的尺寸設(shè)計5</p><p>　　3．1．1 對于送瓶部分：5</p><p>　　3．1．2 對于間歇機構(gòu)6</p><p>　　3．1．3 對于輪系6</p><p>　　3.2運動循環(huán)圖6</p><p>　　4．所選方案的機構(gòu)運動運動簡圖7</p><p

3、>　　5. 所選運動方案布置圖7</p><p>　　5．1 AUTOCAD中作出的構(gòu)思的方案圖7</p><p><b>　　送瓶部分8</b></p><p><b>　　洗瓶部分8</b></p><p>　　三維造型圖（ 外層機箱隱藏）9</p><p&

4、gt;<b>　　上視圖10</b></p><p>　　6. 爆炸視圖10</p><p>　　7．機構(gòu)的運動學(xué)分析11</p><p>　　7．1 推瓶部分的速度，加速度分析11</p><p>　　7．2 推瓶部分?jǐn)[桿的輸出速度，加速度分析11</p><p>　　7．3 推瓶部分

5、的曲柄的速度，加速度分析12</p><p>　　8. 小組總結(jié)12</p><p>　　9. 參考資料13</p><p>　　1．設(shè)計題目：洗瓶機</p><p>　　1.1工作原理及工藝動作過程</p><p>　　為了清洗圓形瓶子外面，需將瓶子推人同向轉(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)

6、動的刷子就將瓶子洗凈。</p><p>　　它的主要動作：將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程利用導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。</p><p>　　1.2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求</p><p>　　1）瓶子尺寸。大端直徑d=80 mm，長2OOmm。 </p><p>　　2）推進(jìn)距離l=600mm，推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭以接近均勻的速

7、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)。</p><p>　　3）按生產(chǎn)率的要求，推程平均速度為u=45mm，返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍。</p><p>　　4）機構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>

8、;　　1)執(zhí)行機構(gòu)選型與設(shè)計:構(gòu)思出至少3種運動方案,并在說明書中畫出運動方案草案,經(jīng)對所用運動方案進(jìn)行分析比較后,選擇其中你認(rèn)為比較好的方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計,該機構(gòu)最好具有急回運動特性.</p><p>　　2)傳動系統(tǒng)的設(shè)計,齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)的設(shè)計，包括尺寸設(shè)計</p><p>　　3）用ADAMAS或SOLIDWORKS軟件對機構(gòu)進(jìn)行運動仿真</p><p

9、>　　4）用ADAMS或SOLIDWORKS軟件對機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析，并畫出輸出機構(gòu)的位移、速度和加速度現(xiàn)圖。</p><p>　　5）畫出最終方案的機構(gòu)運動簡圖</p><p>　　6）撰寫設(shè)計說明書。</p><p><b>　　2．設(shè)計方案選擇</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計方案一&

10、lt;/b></p><p><b>　　推頭部分 </b></p><p><b>　　2.2 設(shè)計方案二</b></p><p>　　2.3 設(shè)計方案三 </p><p>　　2.4 最終設(shè)計方案</p><p>　　

11、為滿足推頭的運動規(guī)律，勢必要求送瓶為間歇的，以免影響推頭，所以此部分采用間歇機構(gòu)。但畢竟齒條的長度是一定的，不可能造的太長，所以方案二中的棘輪機構(gòu)的優(yōu)點是其能夠雙向旋轉(zhuǎn)，但棘輪機構(gòu)運動時有較大的沖擊和噪聲，且運動精度較差，①，不適于運送玻璃瓶，所以放棄。改用方案三中的槽輪機構(gòu)，因為槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，同時為了克服齒條長度的問題，可采用兩個相同的槽輪機構(gòu)對稱分布，轉(zhuǎn)向相反，同時要加兩個

12、升降機構(gòu)來保證一組不會在另一組運動時起到卡死齒條的副作用。所以送瓶部分的最終方案為槽輪機構(gòu)與齒輪齒條。</p><p>　　洗瓶部分，導(dǎo)輥是給定的。加之為保證瓶子的安全，固瓶子只能平躺放置，無需再作其他設(shè)想。另外為最大限度的防止瓶子亂滾，所以在齒條上要加放一個每格簡距為90mm的輕質(zhì)隔架。</p><p>　　推瓶部分選用方案三,因為此部分的原型為牛頭刨床的刨刀部分,其優(yōu)點為工作行程近似均

13、速,且制作較簡便,且承受的負(fù)載能力大.之所以舍棄前兩種方案是應(yīng)為參照課本的圖解法(2)可知由于極位夾角為直角,這是無法用書上所給的方法作出圖的.另外 ，方案一中完全采用平面連桿設(shè)計，桿數(shù)較多，雖然容易制造，但由于推程較長，必然會導(dǎo)致機構(gòu)上的動載荷和慣性力難平衡，會有累積誤差，且效率低。而且推頭的回程軌跡為曲線，需額外耗一部分能量將其舉高才能完成，且在由回程轉(zhuǎn)工作時必然會與機架發(fā)生碰撞，故原不如讓推頭始終走直線，所以舍棄方案一 </

14、p><p>　　3．所選方案的尺寸設(shè)計</p><p>　　3．1．1 對于送瓶部分：</p><p>　　由于要求滿足行程系數(shù)比為3，故以牛頭刨推頭部分(及擺動導(dǎo)桿機構(gòu))的兩極限 置進(jìn)行計算.如圖:已知條件為∠OAB=90°,∠OBA=45°,CE(總推程，E為另一個極位)=600,CD=CE/2=300,所以BD=300,而擺桿長為BC=300

15、√2≈424.26,OA與AB的值可任意取,但兩者是相等的，只要保證O為一個周轉(zhuǎn)副即可,所以取OA=AB＝128.5,OB=181.6.但由于SOLIDWORKS所采用的造型限制,所以把CE這條線向上平移了,由于角不變,連桿長也不變,所以這種改變是不影響機構(gòu)的行程系數(shù)比的.</p><p>　　要求的工作行程的平均速度為45MM/S,而空回的速度為135MM/S,工作所用時間=600/45≈13.3秒,回來所用時

16、間=600/135≈4.4秒,所以總時間應(yīng)為17.7秒,因為題目中所要求的皆為平均速度,所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18秒,即曲柄轉(zhuǎn)一周的時間為18秒,所以其角速度為2∏/18=∏/9rad/s≈0.3491rad/s.</p><p>　　對于齒輪齒條組成的間歇送瓶機構(gòu),齒條上會每隔90mm固定安放一個隔架板(以相鄰隔架板的中心來定,板寬約為10mm),每兩個隔架板中放一個瓶子,推頭每進(jìn)行一個來回,

17、要讓齒條移動送上下一個瓶子,但若齒條連續(xù)動則會影響推頭的往復(fù)運動,所以送瓶機構(gòu)要有間歇性.因為齒條每移動90mm給定耗時為0.5秒(0.5*135=67.5,,只要推桿頭的設(shè)計小于600-67.5+200=732.5,就能保證移動的齒條不會碰到推頭,即安全,另:200為齒條的寬度)所以齒條的線速度V=90/0.5=180mm/s,因為齒輪齒條嚙合,所以齒輪分度圓上的線速度為180mm/s,根據(jù)V=ш*r,量得d=66.051,r=d/2

18、=33.0255,所以其角速度為180/r=5.45rad/s,即與三個小齒輪相固結(jié)的軸的角速度為5.45,即槽輪的角速度為ш=5.45=(Л/2)/t′→t′≈0.28S</p><p>　　3．1．2 對于間歇機構(gòu)</p><p><b>　　槽輪的計算</b></p><p>　　對于槽輪機構(gòu)t′為槽輪的運動時間,t"為主動撥

19、盤轉(zhuǎn)一周的總時間,且依據(jù)公式由t′/t"=1/4=>t"=2Л/ш=1.15S,所以帶動撥盤轉(zhuǎn)的軸的角速度ш′=2Л/(2Л/ш)=ш.依據(jù)生長情況,設(shè)定槽輪的槽數(shù)為4,主動撥盤的圓銷數(shù)為1,根據(jù)實際機械所允許的安裝的空間尺寸,確定中心距L為140,圓銷半徑r為10,再根據(jù)課本所給出的幾何關(guān)系,由下列各式(4)求出其他尺寸: </p><p><b>　　φ=45=α

20、</b></p><p>　　R=Lsinφ=Lsin(Л/z)=98.99</p><p>　　s=Lcosφ=98.99</p><p>　　h≥s-(L-R-r)=67.98</p><p>　　且撥盤軸的直徑≤2(L-s)=82.02</p><p>　　輪槽軸的直徑<2(L-R-r)=62.

21、02</p><p>　　3．1．3 對于輪系</p><p>　　初步的設(shè)計為盡量用一臺電機驅(qū)動整個系統(tǒng),用定軸輪系來實現(xiàn)不同的機構(gòu)有不同的轉(zhuǎn)速.設(shè)機箱上的齒輪1與曲柄同轉(zhuǎn)速,設(shè)其角速度為Ш1,同理帶動主動撥盤的軸是隨機箱上的齒輪2轉(zhuǎn)動的,設(shè)其角速度為Ш2,同樣,為刷瓶子方便,設(shè)導(dǎo)輥的角速度與機箱上的齒輪3相同為Ш3,輪刷的角速度與機箱的齒輪4相同為Ш4.已算出Ш1≈0.35,Ш2≈

22、5.45,所以齒輪1與齒輪2 的傳動比為0.35/5.45=7/109,由于機箱上所打的孔的尺寸所限,所以Ш3與Ш4的傳動比為118/33,剩余圖中所給的齒輪全是起到傳遞運動,改變運動方向的作用,所以方便起見,設(shè)其所有的傳動比皆為1:1.</p><p><b>　　3.2運動循環(huán)圖 </b></p><p>　　以曲柄轉(zhuǎn)兩周為一個計量圓</p><

23、;p>　　4．所選方案的機構(gòu)運動運動簡圖</p><p><b>　　見附頁</b></p><p>　　推頭部分用到擺動導(dǎo)桿機構(gòu),作圖法參照課本(4)</p><p>　　5. 所選運動方案布置圖</p><p>　　5．1 AUTOCAD中作出的構(gòu)思的方案圖 </p><p>　　圖中

24、從左到右依次為推頭運動部分、送瓶部分與洗瓶部分.其中送瓶部分是指一齒輪齒條及槽輪機構(gòu)（圖中暫未畫出）所組成的間歇機構(gòu)</p><p><b>　　送瓶部分</b></p><p>　　齒輪齒條構(gòu)成的橫向送進(jìn)機構(gòu),負(fù)責(zé)將瓶子送上導(dǎo)輥前的定位工作.,造型圖如下</p><p><b>　　洗瓶部分 </b></p>

25、<p>　　洗瓶部分的側(cè)視圖如下</p><p>　　三維造型圖（ 外層機箱隱藏）</p><p><b>　　右視圖</b></p><p><b>　　上視圖</b></p><p><b>　　6. 爆炸視圖</b></p><p>

26、　　7．機構(gòu)的運動學(xué)分析</p><p>　　7．1 推瓶部分的速度，加速度分析</p><p>　　左圖為推頭的速度曲線圖，右圖為推頭的加速度曲線圖</p><p>　　左圖中分別選取了X、Y、Z軸，由圖例可見,Y軸和Z軸的速度為零，對于X軸，其工作行程的速度峰值約為四十左右，而空回行程的峰值卻高達(dá)200左右，行程系數(shù)比約為四，大于了所給要求，出現(xiàn)這種情況的原因可

27、能是由于ADAMS造型時無法取到較為準(zhǔn)確的值，因為計算出來的值會有無窮小數(shù)部分。但由速度圖可以看出推頭有著很明顯的急回特性，工作行程所耗的時間與空回行程的耗時比為3：1。工作行程的速度變化比較均勻，而空回行程的速度變化十分劇烈。這一點也可由右圖的X軸加速度曲線來印證處。</p><p>　　7．2 推瓶部分?jǐn)[桿的輸出速度，加速度分析</p><p>　　左圖為推瓶部分的擺桿的輸出端的速度與

28、角速度圖</p><p>　　右圖為推瓶部分的擺桿的輸出端的加速度與角加速度圖</p><p>　　左圖包括X、Y、Z軸的速度圖以及X軸的角速度，由圖可見除卻Z軸外，剩余的速度都有著較大的變化。且急劇變化處皆處于推頭的空回行程內(nèi)。但角速度在空回行程內(nèi)變化較平緩，而在工作行程內(nèi)有一次非常急劇的變化。參照右圖的加速度圖和角加速度圖可以得出同樣的結(jié)論。</p><p>　

29、　7．3 推瓶部分的曲柄的速度，加速度分析</p><p><b>　　8. 小組總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次的課程設(shè)計,第一:我又溫習(xí)了一下機械原理課上所學(xué)的知識,并且嘗試著把自己所學(xué)的書本知識和實踐相結(jié)合.其次,在最初進(jìn)行設(shè)計時,我曾主觀認(rèn)為這些東 西是很簡單的,但在我造完型后才發(fā)現(xiàn),自己所給出的設(shè)計草圖是很粗糙的,例如最初的設(shè)想是在機箱的一邊

30、板上集中排布齒輪,以便于只用一個電機來驅(qū)動,(各組不同的轉(zhuǎn)速比通過齒輪的嚙合傳動來實現(xiàn)),并且由機箱板上的齒輪帶著與其固結(jié)的相應(yīng)的軸來轉(zhuǎn)來進(jìn)一步分別帶動導(dǎo)輥刷子以及間歇機構(gòu)來轉(zhuǎn),實際上由于運動是在箱體的一邊輸入的,而例如導(dǎo)輥的端面是與機箱的那一面垂直的,如果只用一根軸,是無法完成所預(yù)想的任務(wù)的,這勢必要求使用相應(yīng)的方法來達(dá)到運動的換向,例如本設(shè)計中使用了直傘齒輪以及萬向節(jié).但這些東西的使用在實際生產(chǎn)中勢必會增加成本.裝配完后,我認(rèn)為本方

31、案還是有很多的不足之處,例如,完全可以把本方案中的機箱側(cè)邊的齒輪全部移到導(dǎo)輥的正對面,另外再使用一些帶輪傳動,這樣就可以避免使用傘齒輪這樣的零件,而且可以在緊貼導(dǎo)輥的出瓶處,橫向加一個齒輪齒條機構(gòu)或著是皮帶輪之類的機構(gòu),來實現(xiàn)洗瓶后運瓶下線的目的.</p><p>　　而在具體的裝配過程中,最初我一直以為只要將各個零件之間的運動關(guān)系滿足就好,進(jìn)而在一開始時就忽略了裝配前的種種定位,以至于在裝配過程中出現(xiàn)問題時很難

32、更改,只好全部刪除,重新裝配.浪費了不少時間,可見做任何事都是不能圖快的,都得一步步認(rèn)真細(xì)致的完成,才能事半功倍.</p><p>　　同時在進(jìn)行課程設(shè)計時,我又額外學(xué)到了不少的東西,例如間歇機構(gòu)中的槽輪機構(gòu)的用途以及設(shè)計.,而且在實踐中學(xué)到的東西更容易讓我牢記.而且在三維造型軟件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些竅門以及功能.</p><p>　　另外,經(jīng)過這次實習(xí),我真正感受到了實踐

33、的重要性,有一些想出來的東西我總是自然而然的認(rèn)為它們正確,等到真正把自己所想的東西造出來時才發(fā)現(xiàn),它們根本不能動,更不用說按給定規(guī)律動,可見以前的一些東西我掌握的過于淺薄.而且這種設(shè)計很能考察我們的分析問題、解決問題的能力,以及全方位考慮問題的能力.例如，平行放置的兩導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動方向如何，這一類的細(xì)節(jié)問題在一開始時我都忽略了不少。</p><p>　　還有，經(jīng)過這次設(shè)計實踐，我體會到了交流的重要性。一個人的思路總會

34、有些狹窄，就像剛開始我看我自己的設(shè)計總認(rèn)為一定行得通，十分自信，但在造完型后和別的組的同學(xué)相互交流觀摩之后，才恍然發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)計存在著不少的漏洞，以至最后花大量的時間來修繕，但還不能把方案做的盡善盡美。如果這一步放在設(shè)計的初期就進(jìn)行的話，就能利于我更好地完成任務(wù)。所以下次設(shè)計時我一定會重視與別人交流，多汲取別人想法中的精華，爭取把任務(wù)完成的更好。</p><p><b>　　9. 參考資料</b&

35、gt;</p><p>　　〔1〕孫恒 陳作模 主編，機械原理（第六版） 413頁，北京；高等教育出版社 ，2001</p><p>　　(2) 孫恒 陳作模 主編，機械原理（第六版） 224頁，北京；高等教育出版社 ，2001</p><p>　　(3) 孫恒 陳作模 主編，機械原理（第六版） 422頁，北京；高等教育出版社 ，2001</p>