機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 授課學(xué)期 2011 學(xué)年至 2012 學(xué)年 第 二 學(xué)期 學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 姓名 周省邦 任課教師 交稿日期 2012年6月20日 成績(jī) 閱讀教師簽名

2、 日 期 目錄 一、 設(shè)計(jì)題目及要求……………………………………3 二、 原始數(shù)據(jù)要求………………………………………4 三、 設(shè)計(jì)方案對(duì)比擬定…………………………………4 四、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖……………………………………….5 五、 運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)……………………………………….6 六、 系統(tǒng)功能圖…………………………………………..8 七、 推瓶機(jī)構(gòu)圖（附圖）…….…………………………..8 八、 參考文獻(xiàn)….……………….

3、………………………….8 一、 設(shè)計(jì)題目及要求 （一）、功能要求及工藝動(dòng)作分解提示 1、總功能要求 實(shí)現(xiàn)推頭（動(dòng)點(diǎn)）在工作行程中作直線勻速運(yùn)動(dòng)，在其前后作變速運(yùn)動(dòng)，回程時(shí)有急回運(yùn)動(dòng)特征 。 2、工作原理及工藝動(dòng)作分解提示 推瓶機(jī)推頭的運(yùn)動(dòng)軌跡要求如圖 1-1所示。洗瓶機(jī)有關(guān)部件的工作原理和工藝動(dòng)作分解如圖1-2所示。待洗的瓶子放在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動(dòng)瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子向前推進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的刷子把瓶子外面洗凈。當(dāng)一個(gè)瓶子將洗刷完時(shí)，后一個(gè)待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。推瓶機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)功能圖如

4、圖1-3所示。 圖1-1 圖1-2 圖1-3 二、 原始數(shù)據(jù)要求 （一）、瓶子尺寸：大端直徑d = 80mm，長(zhǎng)200mm； （二）、推進(jìn)距離 l = 6 0 0 m m ； （三）、推程時(shí)速度要求為v = 45mm / s ，返回時(shí)的平均速度為工作行程的3倍 ； （四）、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便； 三、 設(shè)計(jì)方案對(duì)比擬定 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案： （一）凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)方案（選定）： 如圖3-1所示，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)，其連桿2上的

5、點(diǎn)M走近似于所要求的軌跡，點(diǎn)M的速度由等速轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制。由于曲柄（構(gòu)件1）為從動(dòng)件，故必須采取渡過死點(diǎn)的措施，這就要求添加其他構(gòu)件使其順利去除死點(diǎn)的干擾。 圖3-1 （二）、五桿組合機(jī)構(gòu)方案： 如圖3-2所示為兩個(gè)自由度的5桿低副機(jī)構(gòu)，1、4為它們的兩個(gè)輸入構(gòu)件，這兩個(gè)構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系用齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而將原來(lái)兩自由度機(jī)構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。 圖3-2 （三）、凸輪滑塊組合機(jī)構(gòu)方案： 如圖3-3所示為兩個(gè)自由度的凸輪滑塊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可精確實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡要求。但是由于機(jī)構(gòu)工作行程要求

6、為600mm，所以使用這樣的機(jī)構(gòu)必定會(huì)造成凸輪尺寸過大，所占用的空間過大，造成不必要的空間浪費(fèi)。除此之外，凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)的使用壽命短、使用能耗高以及其平衡難以保證等缺點(diǎn)都顯而易見。 圖3-3 綜上所述，三個(gè)方案均可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。但是從要求的傳動(dòng)性能上看，無(wú)凸輪機(jī)構(gòu)的五桿組合機(jī)構(gòu)方案更具有優(yōu)勢(shì)，但五桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)，且涉及到齒輪，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，零件制造簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求功能，故選用凸輪四桿機(jī)構(gòu)方案。 四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 所以該機(jī)構(gòu)自由度為1，即只需一個(gè)原動(dòng)件可確定其他構(gòu)件的狀態(tài)。

7、 五、運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì) 用作圖法對(duì)凸輪-四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)： （一） 、作出連桿機(jī)構(gòu)工作的軌跡圖 圖5-1 （1） 如圖5-1所示，畫出M點(diǎn)的工作要求軌跡為水平直線，長(zhǎng)度為600mm，并做出等分軌跡點(diǎn)M、、、、。 （2） 假設(shè)鉸鏈D位置，取連架桿AD為185mm做鉸鏈A的軌跡。 （3） 在鉸鏈A與M點(diǎn)的軌跡上取桿AM、、、、均為520mm。 （4） 分別在AM、、、、取連桿AB、、、、均為215mm。 （5） 連線和，并做其中垂線相交，即可得鉸鏈C的近似位置（即為鉸鏈B軌跡圓的圓心）。由作圖法可測(cè)量出機(jī)架D

8、C長(zhǎng)度為200mm，連架桿BC為300mm。 （6） 分別作連架桿BC、、、、，并分別做出其引桿、、、、，連架桿與引桿之間夾角為90，取引桿CF長(zhǎng)度為110mm。 （二）、根據(jù)連架桿引桿軌跡設(shè)計(jì)凸輪 圖5-2 (1) 如圖5-2所示，測(cè)量出相鄰兩狀態(tài)間引桿的夾角=28、=28、=20、=10。 (2) 計(jì)算凸輪轉(zhuǎn)角：按照返回速度為推瓶速度的3倍，計(jì)算出推頭從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)的過程占一個(gè)回程時(shí)間的3/4。所以推頭從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)的過程中，凸輪轉(zhuǎn)過了3/4的角度，即轉(zhuǎn)過了270。根據(jù)引桿的擺角與凸輪轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得：

9、 (3) 利用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)凸輪實(shí)際輪廓線：①如圖所示，作以=70mm為半徑的基圓，在圓上且與圓心同一水平線。②用分割線將基圓從開始分為、、、、四份。③按點(diǎn)、、、、到基圓圓心距離r在其對(duì)應(yīng)的分割線上做凸輪軌跡點(diǎn)、、、、。④用勻加速曲線平滑連接、、、，用加速度先增大后減小曲線平滑連接、，即得到凸輪輪廓曲線。 （三）、凸輪角速度的計(jì)算 設(shè)計(jì)要求推頭在推瓶軌跡上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度應(yīng)為v = 45mm / s。 所以推頭在推瓶軌跡上的時(shí)間為： t==13.3 s 即凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)270所需要的時(shí)間為13.3 s， 所以凸輪的角速度為： rad/s，順時(shí)針方向

10、。 (四)四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)的避免 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的前提是必有周轉(zhuǎn)副存在，所以下面來(lái)確定周轉(zhuǎn)副是否存在： 由（一）可知四桿機(jī)構(gòu)兩短桿分別為185mm和200mm，兩長(zhǎng)桿分別為215mm和300mm。 (185+300)（200+215）不成立，不滿足滿足桿長(zhǎng)條件。 所以該機(jī)構(gòu)無(wú)周轉(zhuǎn)副，為雙搖桿機(jī)構(gòu)，故不存在曲柄出現(xiàn)死點(diǎn)的現(xiàn)象。 （五）推頭返程分析 推頭到達(dá)點(diǎn)后，立即以較高的速度（平均速度為推程的3倍）返回，準(zhǔn)備下一個(gè)瓶子的推程。再接觸到下一個(gè)瓶子之前推頭的加速度可能很大，故推頭與瓶子接觸之間必須加塑性緩沖材料以防止瓶子破碎。 六、系統(tǒng)功能圖 導(dǎo)輥帶動(dòng)瓶子旋轉(zhuǎn) 推頭減速返回 待洗瓶子放入 推頭推著瓶子做 V=45mm/s的勻速運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)刷子洗瓶 推瓶完成 推頭加速返回 七、推瓶機(jī)構(gòu)圖（見附圖） 八、參考文獻(xiàn)： 孫恒 陳作模 葛文杰 《機(jī)械原理》 高等教育出版社 10