机械原理课程设计-洗瓶机推瓶机构设计（全套图纸）(13页).docx

-机械原理课程设计-洗瓶机推瓶机构设计（全套图纸）-第 13 页机械原理课程设计说明书学 院： 机 械 工 程 学 院 专 业： 材料成型与控制工程班 级： XXXXXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： XX X X 二 零 XX 年 X 月XX 日目录1.课程任务设计书. 32.洗瓶机简介 .43.方案的设计思路与评价. . 5 3.1推头的设计. 53.1.1平面连杆机构.53.1.2凸轮铰链四杆机构.53.1.3摆动导杆与连杆组合机构.6 3.2洗瓶部分的设计方案. 74.尺寸计算. .7 4.1推瓶部分的尺寸设计.7 4.2轮系的设计.85.机构的运动分析与力分析.9 5.1整体的运动分析.9 5.2机构任意两个位置的运动分析.115.2.1第一位置.115.2.2第二位置.14 5.3机构任意两个位置的动力分析. 165.3.1第一位置.165.3.2第二位置.18 5.4原动件受力分析. 216.机构动态仿真与三维立体图.22 6.1推头的动态仿真. 22 6.2整体的三维立体图. .237.机构的动态分析. 24 7.1推头的速度曲线图.24 7.2推头的加速度曲线图. 248.心得感想. .259.参考文献. .251课程设计任务书1.1设计题目： 洗瓶机1.2工作原理及工艺动作过程为了清洗圆形瓶子外面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作：将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。全套图纸加1538937061.3原始数据及设计要求1）瓶子尺寸。大端直径d=80mm，长l=200mm。2）推进距离L=600mm，推瓶机构应使推头以接近均匀的速度推瓶，平衡地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。3）按生产率的要求，推程平均速度为=45mms，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍。4）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。1.4设计方案提示1）推瓶机构一般要求推头工作时作近似直线轨迹，回程时轨迹形状不限，但不能反向拨动瓶子。由于上述运动要求，一般采用组合机构来实现。2）洗瓶机构由一对同向转动的导辊和三只刷子转动的转子所组成。可以通过机械传动系统来完成。1.5设计任务1）根据上述运动要求拟定运动循环图。2）进行推瓶机构和洗瓶机构的选型，实现洗瓶动作要求。3）机械运动方案的评定和选择。4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。5）画出机械运动方案简图（机械运动示意图）。6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算。1.6设计工作量1、图纸1张（机械运动方案简图）。2、设计说明书一份。2.洗瓶机简介 随着社会经济的发展，玻璃瓶作为一种经济实用的液体承载器皿开始在人们生活中大量出现。无论啤酒、白酒等酒类，还是醋、酱油等调味品，抑或输液瓶药品瓶等，到处都是玻璃瓶的身影。为了节约能源、降低成本，大多数企业都进行旧瓶的回收利用。这里就不得不面临一个问题，就是玻璃瓶的清洗。因为无论是盛装饮品或者药品，都要求瓶子的清洁卫生。传统的生产当然主要是靠人工来清洗，但人工清洗效率较低且需要较多的劳动力资源，既不利于连续生产，也加大了企业的劳动力成本，这无疑是企业所无法接受的。现代大型企业一般多采用超声波式、回转式、冲洗式等大型洗瓶设备，这些设备技术先进，生产效率高且洗瓶效果好，但是价格昂贵，产品维修困难，对于一些起步阶段的民营企业、小企业甚至作坊式企业来说，并不是理想的选择。因此，我们迫切需要一种产品，既能快速高效地完成一整套洗瓶过程，又不需要一些复杂易损的高科技设备，价格低廉、能为广大初级用户所接受，成为他们提高生产效率的可靠助手，这也是我们设计的出发点。目前国内市场上洗瓶机有扭道式，箱式，滚筒式和立式多种，而且这些洗瓶机一般都是在大型企业里应用的。在工厂一般都是采用毛刷刷洗，并且为了提高清洁程度，不得不使用大量的水和化学清洗剂，这也加剧了后续漂洗工作的困难。国内外关于针对家庭类容器清洗装置的研究很少。现在市面上有一些涮碗机，其动力装置是类似与洗衣机一样的波轮，一旦遇到难以清洗的器皿时，效果就会大大降低甚至有些容器根本无法清洗干净。现在也出现一些利用超声波清洗的等新型清洗装置，由于成本过高限制了其普及的程度，因此有必要进一步开展适用于家庭、饭店等经济实用的、自动化程度更高的清洗机的研究。3.方案的设计思路与评价3.1推头的设计 3.1.1 平面连杆机构 此方案完全采用平面连杆设计，杆数较多，虽然容易制造，具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点,但由于推程较长，必然会导致机构上的动载荷和惯性力难平衡，会有累积误差，且效率低,它难以准确实现预期运动，设计计算复杂,杆多且稳定性差而且推头的回程轨迹为曲线，需额外耗一部分能量将其举高,且在由回程转工作时必然会与机架发生碰撞，故原不如让推头始终走直线，所以舍弃方案一 。 3.1.2 凸轮铰链四杆机构此洗瓶机的推瓶机构运用凸轮机构使推头的运动可以由凸轮的外轮廓线来确定，而连杆机构可以使凸轮的推程放大，达到设计题目要求的行程速度系数比K=3。这种方案设计中：轨迹要求，传动比要求，急回特征和系数要求均可满足，但它会产生机构自锁。原动件不是最短杆，当1,2杆重合，亦即在两个极限位置。四杆机构出现死点，曲柄会被完全卡死，而解决机构自锁问题通常只能采用飞轮或者引入其他机构。这一机构本身就有点复杂。加上解决机构自锁的装置后，其复杂性更大。此外，凸轮的轮廓的设计有很大的难度，需要与四杆机构的运动严格一致，否则也会使四杆机构无法走完整个完整行程而失败。再有，机构无法通过力封闭来带动四杆机构，只能通过几何封闭，这样也会给机构带来不必要的麻烦，比如说会增大机构内的摩擦，影响机构的质量及效率。实验测量的误差是无法避免的，这点是很难达到标准的。速度控制方面：由凸轮传递到推杆末端，需要有中间杆件的传递。这在设计速度的时候会带来很大的麻烦，还需要分析中间杆件的速度。从制造成本来看：这么复杂的机构，不仅材料要很多，工艺要求也较精细。特别是凸轮的生产，会比杆件的生产复杂得多。这会大大增加制造成本。维修方面：任一零件坏了都将导致机器无法运转，由于零件较多，机器坏的概率理论上增大。设计方面：如此多的问题需要解决，在短短的2星期内很难完成。四杆机构、凸轮机构，四杆机构跟凸轮机构的配合，速度分析，机构自锁等等，这些都是比较耗时间的。综合以上种种原因，我们最终放弃了这个方案。3.1.3 摆动导杆与连杆组合机构此方案是一个摆动导杆与连杆组合机构。这是我们最终的方案；此洗瓶机的推头部分采用了牛头刨床的核心思想，题目要求行程速度系数比K=3，也就是说曲柄滑块机构的极位夹角为90度，运用这个机构就很容易实现了，而且题目要求推头的推程为600mm，此机构也很容易满足，而且结构紧凑，而且只要将导杆利用转动副链接在另一个拐杆上，便能实现推头在水平面运动，则推头几乎能很平稳地推进瓶子。其优点为工作行程近似均速,且制作较简便,且承受的负载能力大.3.2洗瓶部分的设计方案 导辊是给定的,加之为保证瓶子的安全，故瓶子只能平躺放置，无需再作其他设想。4.尺寸计算4.1推瓶部分的尺寸设计由返回时的速度是推程时的速度的3倍，可以得出行程系数比为3，可计算得到极位夹角为90度，所以机构的两个极限位置如上图所示。已知AE=600 mm，BOD=90°，CE=CA.计算可得AC=2AF=300×2=424.26 mmOB和OD的长取150mm，所以OC=212.13mm工作行程的平均速度为45MM/S,而空回的速度为135MM/S,所以工作所用时间=600/4513.3秒, 回来所用时间=600/1354.4秒,所以总时间应为17.7秒,因为题目中所要求的皆为平均速度, 所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为18秒。4.2轮系的设计一般电机的转速为1440rmin,其轴上装有齿数为10的齿轮1，与齿数为50的齿轮2啮合，将其速度降至288rmin.通过齿数为2的蜗杆3与齿数为42的涡轮4啮合，将速度降至14rmin,再通过传动比为14的皮带1将速度降至所需要的3.4rmin.导轨的速度设定为48rmin,通过传动比为16的皮带2就可以实现。刷子的速度设定为72r/min，通过传动比为14的皮带3就可以实现。齿轮模数齿数121022503（蜗杆）224（涡轮）242皮带轮半径（mm）皮带1轮125轮2100皮带2轮320轮4120皮带3轮525轮61005.机构的运动分析与力分析5.1 整体运动分析取机构在左极限位置时推头的位移为X=0，可得出推头随摇杆OB转动的位移函数：可得其位移图像，如下图：对位移函数求一次导数，可得其速度函数，图像如下图：对位移函数求二次导数，可得其加速度函数，其图像如图：5.2机构任意两个位置运动分析5.21 第一位置（105°OABCD）速度分析根据原动件1的角速度，可求得点B2的速度为VB2=VB1=1·LOB=0.36×150= 54 mmsAB=350mm对于2和3构成的移动副，有VB3 = VB2 + VB3B2方向： AB OB AB大小： ？ 1LOB ？对与4和5构成的构件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5方向： 水平 AC CD大小： ？ 已知 ？加速度分析方向： BA AB BO AB AB(逆时针)大小： ? ? 3 = = 0.147 rads=7.56 mms2LAB = 350 mm= 0.36²×150 =19.44 mms2=2×0.36×16.33=5.88 mms25.22第二位置（285°OABCD）速度分析根据原动件1的角速度，可求得点B2的速度为VB2=VB1=1·LOB=0.36×150= 54 mmsAB= 111.29 mm对于2和3构成的移动副，有VB3 = VB2 + VB3B2方向： AB OB AB大小： ？ 1LOB ？对与4和5构成的构件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5方向： 水平 AC CD大小： ？ 已知 ？加速度分析方向： BA AB BO AB AB(逆时针)大小： ? ? 3 = = 0.147 rads= 2.4 mms2LAB = 111.29mm= 0.36²×150 =19.44 mms2=2×0.36×51.5=37.08 mms25.3机构任意两个位置动力分析5.31第一位置构件4和5组成的杆组，分析受力情况，如图所示在此杆组中受到4杆惯性力PI4,重力G4，支反力R64，铰链反力R35，工作阻力Fr.已知Fr= 10N G4=20NPI4= -m×a4=列出力的平衡方程： = 0 有PI4 + G4 + R64 + R35 + Fr = 0方向均已知，作图如下：构件2和3组成的杆组，分析受力情况，如图所示：在此杆组中受到构件5对3的反作用力R53,重力G3，转动惯量M,惯性力PI3，R12。已知 G3=100N J=1 ·M=-J×=PI3=-m×a3=M与PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=对A点取距，由平衡关系得 = 05.32第二位置构件4和5组成的杆组，分析受力情况，如图所示杆组中受到4杆惯性力PI4,重力G4，支反力R64，铰链反力R35，由于回程无工作阻力。已知 G4=20NPI4= -m×a4=方向均已知，如下图所示：构件2和3组成的杆组，分析受力情况，如图所示：在此杆组中受到构件5对3的反作用力R53,重力G3，转动惯量M,惯性力PI3，R12。对A点取距，由平衡关系得 = 0已知 G3=100N J=1 ·M=-J×=PI3=-m×a3=M与PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=5.4原动件受力分析由以上分析可得知原动件所需力大小，如图，第一位置第二位置6.机构的动态仿真与三维立体图6.1推头的动态仿真6.2整体的三维立体图7.机构的动态分析对机构进行三维模拟运动，追踪推头的位移，得到推头的速度加速度曲线如下：速度曲线：加速度曲线：以上两图和设计时计算的速度加速度曲线轮廓吻合。8.心得感想 机械原理课程设计接近尾声，经过几天的奋战我们的课程设计终于完成了，课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真的有点累然而，当我们一着手整理自己的设计成果，漫漫回味这一周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感 悟 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致也让我体会到了合作与双赢的快乐。只有自己亲手设计东西才知道这其中的缘由，所以也真正认识到学好机械原理的重要性。9.参考文献1.机械原理 安子军 国防工业出版社2.机械原理课程设计指导 龚溎义 机械工业出版社3.机械原理课程设计 曲继方 机械工业出版社4.机械原理课程设计 刘毅 华中科技大学出版社