洗瓶机推瓶机构设计---机械.doc
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1、目 录摘 要1ABSTRACT2第1章前 言3第2章洗瓶机推瓶机构原理及运动分析52.1推瓶机构的功能原理及工作原理52.1.1功能原理62.1.2工作原理72.2推瓶机构工艺动作分析及工作循环图7第3章系统总体方案设计83.1系统运动方案构思83.2方案的评定及选择最优方案103.2.1方案的评定103.2.2方案选择10第4章凸轮及铰链四杆机构的设计114.1凸轮的设计114.1.1凸轮基本参数设计114.1.2凸轮的建模144.2铰链四杆机构的设计154.2.1铰链四杆机构尺寸设计154.3凸轮铰链四杆机构组合运动图17第5章 传动系统的总体布局即部件的选择设计195.1主要传动系统19
2、5.1.1运动及动力参数的设计及计算195.1.2皮带轮的选择与设计215.1.3减速器的选择22总 结23致 谢24参考文献25摘 要洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗.机构装置,洗瓶机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程,在急回到原点,反复运动。推瓶机构原理是利用铰链四杆机构和凸轮组合成一个洗瓶机推瓶机构,通过凸轮和铰链四杆机构本身特性来完成平稳送瓶和机构急回。经过多个方案对比分析,确定比较合适方案为凸轮铰链四杆机构,对其进行了参数设计。本设计对推瓶机构传动系统进行了设计和选择:首先,对洗瓶机推瓶机构的电机、减速器等主要的传动系统进行了设计选择,同时对推瓶
3、机构的凸轮铰链四杆机构进行了具体参数化设计,使的它的运动状态和运动规律能更好的实现其实际的工作。最后通过对凸轮的轮廓曲线的调整和对铰链四杆机构杆长的局部修改,使推瓶机构的运动状态、工作行程等更加平稳流畅。关键词: 洗瓶机, 推瓶机构,凸轮机构,铰链四杆机构第1章 洗瓶机推瓶机构原理及运动分析 1.1推瓶机构的功能原理及工作原理根据使用要求或工艺要求设计机构时,首先考虑的是采用什么功能原理来实现这些要求。显然,采用不同的功能原理,其所要求的运动规律设计必然也不同。首先了解一下洗瓶机构:附下图所示是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。待洗的瓶子放在两个转动的导辊上,导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶推向前
4、进时,转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗涮完毕时,后一个待洗的瓶子已进入导辊待推。原始设计数据和设计要求:(1) 瓶子尺寸:大端直径D=80mm,长200mm,小端直径d=25mm,(如图2-2所示)(2) 推进距离l=600mm,推瓶机构应使推头M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,准备第二个工作循环。(3) 按生产率的要求,推程平均速度为v=50mm/s,返回的平均速度为工作行程三倍。(4) 机构传力性能良好,结构紧凑,制造方便。根据设计要求,推头M可走附下图所示轨迹,而且在l=600mm工作行程中作匀速运动,在其前后作变速运动,回程时有急回运动
5、特性。对这种运动要求。通常,要用若干个基本机构组合成的组合机构,各司其职,协调动作,才能实现。在选择机构时,一般先考虑选择满足轨迹要求的机构(基础机构),而沿轨迹运动时的速度要求,则往往通过改变基础机构主动件的运动速度来满足。 图2-1工作行程示意图 图2-2瓶子规格1.1.1功能原理在实际工作中,要设计的机器往往比较复杂,其使用要求或工艺要求往往需要 很多的功能原理组合 成一个总的功能原理 图2-3 工作示意图图2-3 工作示意图来完成,根据上诉,我们来 分析一下洗瓶机是通过什么功能原理来实现它所要完成的工作的。首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一侧,则要求
6、有一个工作行程为L往返运动的推头,同时推头在工作过程中要匀速,回程时要快速,能够满足此运动规律可以有很多种,如可以设计成曲柄-四杆机构,或凸轮连杆机构等实现其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要,在运动规律设计方面就要考虑用什么来带动曲柄连杆或凸轮连杆机构的转动,一般我们都用电机来完成此项转动功能。其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律,也是机械运动中比较简单的运动规律,只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊机构相配合来实现洗瓶设备的整体工作功能。它是有两个长圆柱型导辊旋转,带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一侧的,其中导辊只完成其中的旋转功能,移动功能是由推瓶机构来实现的
7、。最后我们要了解一下转刷机构所采用的功能原理,它与导辊机构相同运用的都是机械的转动规律,与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。知道了它的运动规律就要进一步了解它是由什么机构带动完成其所要求的功能的。推瓶机构、导辊机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的,这就要求我们对它们深入分析、研究各构件之间的运动规律的联系,进而的设计出符合其联动规律的整体设备,来满足我们预期想要实现的目标。1.1.2工作原理我们对机器的认识理论上是对其功能原理的了解,但实际的生活生产中,对机器的认识最本质上还是对其工作原理上的了解。接下来我们要分析一下洗瓶机的工作原理:洗瓶机
8、是由推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的。根据上面洗瓶机工作情况示意图,首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上工作台(导辊),推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作,由于瓶子是从静止到具有一定的速度,推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击,所以就要考虑推头的材料不能是刚性材料,要用具有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中不至于将瓶子碰碎。第二,瓶子送到工作台的同时导辊已经进入了旋转的状态并且喷水机构也开始对瓶子进行喷水,使瓶子随着导辊的旋转进行圆周运动,安装在导辊上面旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净。1.2推瓶机构工艺动作分析及工作循环图当按机械的运动要求或
9、工艺动作初步设计出机构系统运动方案示意图后,还不能充分反映出机构系统中各个执行构件间的相互协调配合的运动关系。 在大多数机械中,各执行机构往往作周期性的运动,机构中的执行构件在经过一定时间间隔后,其位移、速度、加速度等运动参数的数值呈现出周期性重复。用来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间相互协调配合的示意图称为机构系统运动循环图,简称运动循环图,又称工作循环图。凸轮旋转角度0- 216216- 252252- 324324- 360滚子运动状态升程远休止回程进休止推头运动状态工退静止工进静止工作过程返回准备推瓶准备 推瓶机构简易图第2章 系统总体方案设计2.1系统运动方案构思运动规律
10、设计得不同,综合出的机构也就完全不同,这是容易理解的。但是不同的机构却可以实现同一运动规律,满足同样的使用要求,因此就需要从各种运动性能来评价这些机构,以便从中选择一个最优的机构。根据上诉的推瓶机构的运动规律,对这种运动要求,若用单一的常用机构是不容易实现的,通常要把若干个基本机构组合,起来,设计组合机构。在设计组合机构时,一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构(基础机构),而沿轨迹运动时的速度要求,则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足,也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。实现要求的机构方案有很多,可用多种机构组合来实现。如:1.凸轮铰链四杆机构方案如3-1所示,铰链四杆机构的连杆2上
11、点M走近似于所要求的轨迹,M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件,所以要注意度过死点的措施。 图3-1凸轮铰链四杆机构的方案2.五杆组合机构方案确定一条平面曲线需要两个独立变量。因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。点M的速度和机构的急回特征,可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到,如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图3-2 所示为两个自由度五杆低副机构,1、4为它们的两个输入构件,这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现,从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。 (a) (b) (c) (d)
12、 图3-2 五杆组合机构的方案3.凸轮-全移动副四杆机构图3-3 所示全移动副四杆机构是两自由度机构,构件2上的M点可精确再现给定的轨迹,构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长,造成凸轮机构从动件的行程过大,而使相应凸轮尺寸过大。 图3-3 凸轮-全移动副四连杆机构的方案2.2方案的评定及选择最优方案2.2.1方案的评定根据上节所给出的三种设计方案,我们来讨论并从中选出较优方案进行最终的设计。首先是凸轮铰链四杆机构:此机构结构简单,、体积小,安装后便于调试而且从经济性角度来看,也很合适。其中凸轮轴能很好协调推头的运动且工作平稳。推头M能够近似的完成所要求的
13、工作行程轨迹,主要由各推杆的长度比例及凸轮的形状来实现推回程速度比和推程。但缺点是四杆机构的低副之间存在间隙,杆较多,容易产生误差,累积误差大,不能实现精确运动。冲击、震动较大,一般适用于低速场合。因为本设计中使用的连杆不多,而且速度不是很快,这种方案可以满足设计要求。其次五杆组合机构的方案五杆组合机构方案,此方案所需要的杆件繁多,设计烦琐,实际机构尺寸过大,不是很合理的一个设计方案,性价比也不高。最后凸轮-全移动副四连杆机构的方案是两自由度机构,构件2上的M点可精确再现给定的轨迹,构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长,造成凸轮机构从动件的行程过大,而使
14、相应凸轮尺寸过大,不符合实际要求,空间过大。2.2.2方案选择根据上述方案的评定,最终选择凸轮铰链四杆机构作为本次设计的推瓶机构方案,如图3-4所示:右图 图3-4第3章 凸轮及铰链四杆机构的设计4.1凸轮的设计4.1.1凸轮基本参数设计(1) 凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动,但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件,故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。(2)凸轮机构中的作用力 直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时,其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的
15、自重和弹簧压力等) G 的关系为F = G /cos(+1) - (l+2b/l)sin(+1)tan2(3)凸轮机构的压力角 推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角,称为凸轮机构在图示位置的压力角,用表示在凸轮机构中,压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下,压力角愈大,则分母越小,作用力 F 将愈大;如果压力角大到使作用力将增至无穷大时,机构将发生自锁,而此时的压力角特称为临界压力角c ,即carctan1/(1+2b/l)tan2- 1为保证凸轮机构能正常运转,应使其最大压力角max小于临界压力角c 。在生产实
16、际中,为了提高机构的效率、改善其受力情况,通常规定凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角。其值一般为:推程对摆动推杆取 3545 ; 回程时通常取 7080。(4)根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如线图(图4-1)所示。 图4-1凸轮设计曲线图凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度来确定的,初步定基圆半径r0=50m,沟槽宽20mm,凸轮厚25mm, 孔r=15mm ,滚子半径rr=10mm。 凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为: , (A)(5)求凸轮理论轮廓曲线: a)推程阶段 01=216=1.2 = b)远休阶段 = 7.5 c)回程阶段 d) 近
17、休阶段 = e)推程段的压力角和回程段的压力角 将以上各相应值代入式(A)计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中时应注意:在推程阶段取,在远休阶段取,在回程阶段取,在近休阶段取。计算结果见表4-1。.根据推瓶机构原理,推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮,凸轮的基本尺寸在近休时尺寸为50mm,达到最远距离是尺寸为180.9mm。(6)求工作轮廓曲线: 有公式的 其中: a) 推程阶段 =b) 远休阶段 c) 回程阶段 d) 近休阶段 计算结果可以得凸轮工作轮廓曲线个点的坐标见下表4-1: 表4-1 x y 0 5 10 350 355 3600.04.3598.705-8.682-4.358
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