洗瓶機推平機構(gòu)設(shè)計

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1、 湖南人文科技學(xué)院 課程設(shè)計報告 課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 洗瓶機推瓶機構(gòu)設(shè)計 系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號:

2、 起止日期: 指導(dǎo)教師: 教研室主任： 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 成績評定 項 目 權(quán)重 成績 劉文超 陳姚 史肇楠 沈新宇 1、設(shè)計過程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面 0.2

3、2、課程設(shè)計質(zhì)量與答辯 0.5 3、設(shè)計報告書寫及圖紙規(guī)范程度 0.3 總 成 績 教研室審核意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘 要 本設(shè)計由*** **** ** *******四人小組共同討論合作完成。洗瓶設(shè)備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝

4、前的瓶子清洗機構(gòu)裝置，洗瓶機的推瓶機構(gòu)的功能是利用推頭平穩(wěn)的將瓶子送進的一個過程，在急回到原點，反復(fù)運動。推瓶機構(gòu)原理是利用鉸鏈四桿機構(gòu)和凸輪組合成一個洗瓶機推瓶機構(gòu)，通過凸輪和鉸鏈四桿機構(gòu)本身特性來完成平穩(wěn)送瓶和機構(gòu)急回。經(jīng)過多個方案對比分析，確定比較合適的方案為凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)，對其進行了參數(shù)設(shè)計。本設(shè)計對推瓶機構(gòu)傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計和選擇：首先，對洗瓶機推瓶機構(gòu)進行了選擇，同時對推瓶機構(gòu)的凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)進行了具體參數(shù)化設(shè)計，使的它的運動狀態(tài)和運動規(guī)律能更好的實現(xiàn)其實際的工作。最后通過對凸輪的輪廓曲線的調(diào)整和對鉸鏈四桿機構(gòu)桿長的局部修改，使推瓶機構(gòu)的運動狀態(tài)、工作行程等更加平穩(wěn)流暢。

5、關(guān)鍵詞：推瓶機構(gòu)；凸輪機構(gòu)；鉸鏈四桿機構(gòu) 目 錄 引言.................................................................1 第一章 課程設(shè)計任務(wù)................................................2 1.1設(shè)計題目………………………………………………………………………2 1.2數(shù)據(jù)與要求……………………………………………………………………2 1.3設(shè)計任務(wù)………………………………………………………………………2

6、第二章 方案選擇....................................................4 2.1功能分解………………………………………………………………………4 2.2方案一…………………………………………………………………………5 2.3方案二…………………………………………………………………………5 2.4方案的對比與選擇……………………………………………………………6 第三章 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計......................................7 3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………

7、……………7 3.2凸輪的設(shè)計……………………………………………………………………9 3.3凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的組合運動圖……………………………………………14 第四章 機構(gòu)運動分析................................................15 4.1鉸鏈四桿機構(gòu)運動分析………………………………………………………15 4.2凸輪機構(gòu)運動分析……………………………………………………………15 心得體會.............................................................16 參考文獻....

8、........................................................ 17 致謝.................................................................18 附錄.................................................................19 引 言 洗瓶設(shè)備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝前瓶子清洗的機構(gòu)裝置。所以對于如今這個工業(yè)化的社會，機械起著不可磨滅的作用。在本次的設(shè)計中，除了對我們所學(xué)到的知識能夠掌握和理解外，還需要有

9、一定的動手能力和實際操作能力。在設(shè)計相關(guān)的機構(gòu)中，加深了對凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)的了解，讓我們不但對以后的相關(guān)設(shè)計積累了經(jīng)驗，也對如今社會機械的需求有了一定的了解。 對于本次的課程設(shè)計，需要小組成員相互合作一起完成。在經(jīng)過大家的討論后，決定了任務(wù)的分配以及完成時間的安排，并且決定大家要有確定的工作地點和時間。為了確保這次的課程設(shè)計能夠按時的完成，我們將所有的工作進行了細(xì)致的計劃，計劃是花五天的時間完成本次課程設(shè)計。第一天確定所需要的原始數(shù)據(jù)以及每個人需要完成的任務(wù)，再花費兩天的時間進行數(shù)據(jù)的計算和完成需要的運動簡圖以及機構(gòu)簡圖。最后剩余的時間進行文檔的修改和答辯。除了小組的總計劃之外，每個人也需

10、要對于自己的任務(wù)進行計劃，確保每天的進程。至于任務(wù)分配，一人負(fù)責(zé)電子文檔，兩個人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的確定及相關(guān)的的計算，還有一個人負(fù)責(zé)畫圖。 在這次的課程設(shè)計中，關(guān)鍵的是凸輪輪廓的確定和基本尺寸的計算以及四桿機構(gòu)的基本尺寸的計算。這次的課程設(shè)計是我們四個人的初次合作，也是第一次接觸這方面的相關(guān)作業(yè)，對每一個人來說都是很大的挑戰(zhàn)。在這次的課程設(shè)計中，除了需要掌握基礎(chǔ)知識還需要借助于參考資料。 在資料的收集方面，負(fù)責(zé)不同任務(wù)的人員負(fù)責(zé)搜集自己需要的相關(guān)資料?？梢栽趫D書館借相關(guān)的書籍或者是上網(wǎng)查找。最后大家將自己找到的資料匯總，然后每人一份，這樣有利于大家的理解和方便大家的掌握并且節(jié)省時間，提高工作效率

11、。 機械原理課程設(shè)計就是使學(xué)生全面、系統(tǒng)掌握和深化了解機械原理課程的基本方法和重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生機械運動方案設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機對工程實際中各種機構(gòu)進行分析和設(shè)計能力的一門課程。 第一章 課程設(shè)計任務(wù) 1.1 設(shè)計題目 設(shè)計洗瓶機推瓶機構(gòu)，如圖1-1 所示 圖1-1 洗瓶機工作示意圖 待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子推向前進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推，準(zhǔn)備進入第二個工作循環(huán)。 1.2 數(shù)據(jù)

12、與要求 洗瓶機的技術(shù)數(shù)據(jù)要求見表1-1。 表1-1 洗瓶機的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 方案號 瓶子尺寸 （長*直徑）mm 工作行程/mm 生產(chǎn)率/ （個/s） 急回系數(shù) K 電動機轉(zhuǎn)速n0/（r/min） A Φ100*200 600 14 3 1440 1.3設(shè)計任務(wù) 1.洗瓶機推瓶機構(gòu)應(yīng)包括凸輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)； 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配； 3.畫出機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機

13、構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖； 5.其他機構(gòu)的設(shè)計計算； 6.編寫設(shè)計說明書。 第二章 方案選擇 2.1功能分解 本機器的功能是自動洗瓶。它的運動功能可分解為三種工藝動作 1).推瓶 推頭M均勻速度推瓶，設(shè)計推瓶機構(gòu)，且構(gòu)件在工作行程中作勻速直線運動，在工作前后可有變速運動，回程時有急回特性。 2).轉(zhuǎn)瓶 導(dǎo)輥有齒輪帶動，通過與瓶子之間的摩擦帶動瓶旋轉(zhuǎn)。 3).刷瓶 刷子在輪系機構(gòu)帶動下以恒速旋

14、轉(zhuǎn)，用以洗刷瓶子。 注：以上三種動作同時進行，彼此的運動不發(fā)生干涉。 如圖2-1所示為機構(gòu)的系統(tǒng)功能圖 推頭減速返回 待洗瓶子放入 推頭推著瓶子做 V=75mm/s的勻速運動 旋轉(zhuǎn)刷子洗瓶 推瓶完成 推頭加速返回 導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn) 圖2-1 系統(tǒng)功能圖 利用設(shè)計目錄并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟及相容性的要求，確定三個工藝動作的執(zhí)行構(gòu)件——推頭、刷子、導(dǎo)輥，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)以實現(xiàn)各項運動功能。 表2-1 為實現(xiàn)機構(gòu)功能的機構(gòu)選型表 表2-1 洗瓶機的機構(gòu)選型 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作

15、 執(zhí)行機構(gòu) 推瓶 推頭M 曲線往復(fù)急回運動 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)，凸輪-滑塊組合機構(gòu) 轉(zhuǎn)瓶 導(dǎo)輥 回轉(zhuǎn)運動 齒輪-帶輪傳動機構(gòu) 刷瓶 刷子 回轉(zhuǎn)運動 齒輪-帶輪傳動機構(gòu) 2.2方案一 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)方案： 圖2-2 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu) 如圖2-2所示，凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)為一個自由度的機構(gòu)，其連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于曲柄（構(gòu)件1）為從動件，故必須采取渡過死點的措施，這就要求添加其他構(gòu)

16、件使其順利去除死點的干擾。 2.3方案二 凸輪-滑塊組合機構(gòu)方案： 圖2-3 凸輪-滑塊組合機構(gòu) 如圖2-3所示為兩個自由度的凸輪-滑塊機構(gòu)，該機構(gòu)可精確實現(xiàn)預(yù)定軌跡要求。但是由于機構(gòu)工作行程要求為600mm，所以使用這樣的機構(gòu)必定會造成凸輪尺寸過大，所占用的空間過大，造成不必要的空間浪費。除此之外，凸輪機構(gòu)相對于連桿機構(gòu)的使用壽命短、使用能耗高以及其平衡難以保證等缺點都顯而易見。 2.4方案的對比與選擇 根據(jù)上面所給出的兩種設(shè)計方案，我們經(jīng)過討論并從中選出較優(yōu)方案進行最終的設(shè)

17、計。 首先是凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)：此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，安裝后便于調(diào)試而且從經(jīng)濟性角度來看，也很合適。其中凸輪軸能很好協(xié)調(diào)推頭的運動且工作平穩(wěn)。推頭M能夠近似的完成所要求的工作行程軌跡，主要由各推桿的長度比例及凸輪的形狀來實現(xiàn)推頭回程速度比和推程。因為本設(shè)計中使用的連桿不多，而且速度不是很快，這種方案可以滿足設(shè)計要求。 其次凸輪-全移動副四連桿機構(gòu)的方案是兩自由度機構(gòu)，構(gòu)件2上的M點可精確實現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件2的運動速度和急回特征由凸輪控制。這個機構(gòu)方案的缺點是因水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過大，不符合實際要求，空間過大。 根據(jù)上述方案的評定，最終選擇

18、凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)作為本次設(shè)計的推瓶機構(gòu)方案。 第三章 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 方案一為凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)方案，該機構(gòu)原理如圖3-1所示，圖3-2是其初始狀態(tài)。 圖3-1凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu) 該方案利用四桿構(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，在推頭與瓶子剛接觸和脫離時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點的機構(gòu)特性。當(dāng)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

19、脫離；而當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角在60~120度時，M點沿著一段弧線回去；而當(dāng)轉(zhuǎn)角在120~180度時四桿機構(gòu)又處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時M點回到M點剛好與瓶子接觸；當(dāng)轉(zhuǎn)角在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。 圖3-2 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)循環(huán)圖 鉸鏈四桿機構(gòu)按照給定的急回要求設(shè)計，利用解析法求解此類問題時，主要利用機構(gòu)在極位時的特性。 又求得AB桿的極位夾角為 （3-1） 設(shè)AM=600mm；AD=300mm; 且由于MD垂直平分 MM；MM=600mm; ∠BAB=

20、90;所以∠BAD=45;且當(dāng)∠BAD=45時，AB與BM共線； AB +BM=600 mm。 又在△ABM中，∠MAB=135;由余弦定理可得：B’M’=500 mm; AB=100 mm。 又在四邊形ABMD中有AB=100 mm；AD=300 mm;BM=500 mm;且AD⊥DM故： (3-2) 再由于在△ACD中有AC=100 +BC mm;AD=300 mm; ∠CAD=45；故可由余弦定理有： (3-3) 由上面3-2、3-3兩式可確定BC=431 mm;CD=419 mm。 故可確定∠CDE=75;DE的長

21、度可自定為80 mm。 又測得搖桿擺角φ=53 3.2 凸輪的設(shè)計 （1） 凸輪機構(gòu)的組成 　　 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。凸輪通常作等速轉(zhuǎn)動，但也有往 復(fù)擺動或移動的。推桿是被凸輪直接推動的構(gòu)件。因為在凸輪機構(gòu)中推桿多是從動件，故又常稱其為從動件。凸輪機構(gòu)就是由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。 （2）凸輪的輪廓確定 凸輪的輪廓主要尺寸是根據(jù)四桿機構(gòu)推頭所要達到的工作行程和推頭工作速度來確定的，初步定基圓半徑，溝槽寬，凸輪厚, 孔 ,滾子半徑。 1 擺動滾子推桿盤形凸輪輪廓設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 如圖1所示為擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)．已知基圓半徑

22、 、擺桿長度，中心距和從動件的運動規(guī)律，選取oxy坐標(biāo)系 ，如圖3-3所示。 圖 3-3 擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu) 2 求凸輪理論輪廓曲線 根據(jù)洗瓶機推瓶機構(gòu)的運動要求，需要中速輕載，則確定推桿的運動規(guī)律為等加速等減速，則可得: 凸輪的理論輪廓曲線的坐標(biāo)公式為: ， (3-4) a)推程階段 = (3-5) b）遠休階段

23、 (3-6) c)回程階段 (3-7) d) 近休階段 (3-8) e)推程段的壓力角和回程段的壓力角 (3-9) 將以上各相應(yīng)值代入式（3-4)中，計算理論

24、輪廓曲線上各點的坐標(biāo)值。在計算 時應(yīng)注意： 在推程階段取，在遠休階段取，在回程階段取，在近休階段取。 3 求工作輪廓曲線： 有公式的 (3-10) 其中： (3-11） （3-12） a)推程階段 （3-13） = （3-14） b)遠休階段

25、 （3-15） （3-16） c)回程階段 = （3-17） （3-18） d) 近休階段

26、 （3-19） （3-20） 根據(jù)上述可得凸輪的輪廓 如下圖 3-4 圖 3-4 凸輪的輪廓 3.3凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)的組合運動圖 圖 3-5 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)組合運動圖 下圖三個依次為連桿滑塊轉(zhuǎn)到凸輪最遠距離遠休位置時的圖（圖3-6）所示，連桿滑塊轉(zhuǎn)到凸輪最近距離近休位置時的圖（圖3-7）所示。 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到遠休位置時，這時通過連桿在凸輪上的滾子

27、推動連桿，鉸鏈四桿機構(gòu)的擺桿2運動到了最大位置，和機架安裝的桿1在一條水平線上。 圖 3-6 遠休止運動狀態(tài) 當(dāng)凸輪運動到近休位置時，這時通過在凸輪上連接滾子的連桿推動桿2和桿3運動到一條直線上，這個時候是擺桿回到了初始位置，推頭開始推瓶。 圖 3-7 近休止運動狀態(tài) 第四章 機構(gòu)運動分析 4.1鉸鏈四桿機構(gòu)運動分析 由表1-1可知凸輪的 （4-1） 所以推程階段時

28、間 （4-2） 所以推頭由M到M’勻速運動時的速度 （4-3） 又因為凸輪的近休止、遠休止和回程階段的角度都為，所以它們所用時間也相同。所以分析推頭在M和M’兩端停留的時間和由M到M’返回的時間相等且時間為： （4-4） 又測得DE桿的極位夾角為 4.2凸輪機構(gòu)的運動分析 凸輪的工作循環(huán)過程如表4-1

29、 表 4-1 凸輪的工作循環(huán)過程 凸輪旋轉(zhuǎn)角度 0- 60 60- 120 120- 180 180- 360 滾子運動狀態(tài) 近休止 回程 遠休止 升程 推頭運動狀態(tài) 靜止 工退 靜止 工進 工作過程 準(zhǔn)備 返回準(zhǔn)備 準(zhǔn)備 推瓶 心得體會 好不容易做到了這一步，這也標(biāo)志著我們這次設(shè)計即將結(jié)束。在還沒做設(shè)計之前，有點迷茫，

30、有點不知所措，但總覺得書上不是有設(shè)計的步驟和方法，按照那個不就可以了嗎？還有電子文檔的完成，總覺得自己平時也有用的，花費不了多少時間。但是，當(dāng)自己真正的實際操作時，才會知道什么是“書到用時方恨少”，才明白自己需要加深的不只是對基礎(chǔ)知識的掌握，還需要加強的是自己的動手能力。才知道原來自己掌握的東西真的很少，自己還需要不斷地充實自己。雖然經(jīng)常玩電腦，但是從來沒有感覺的不會用的的挫敗，現(xiàn)在終于體會到了。 當(dāng)然，收獲也是不少的。通過此次課程設(shè)計，我們鞏固了所學(xué)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(yīng)用中的重要性。并對教材中常見的平面連桿、凸輪等機機構(gòu)有了更

31、深刻的認(rèn)識，對系統(tǒng)化設(shè)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(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力，為以后的課程設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。 其次，在這次課程設(shè)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，是大家在課程設(shè)計過程中相互幫助，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，并最終完成了設(shè)計方案。雖然在以后的工作學(xué)習(xí)中我們還會有這樣和他人一起工作學(xué)習(xí)的機會，但是這次課程設(shè)計為我們提供了鍛煉的機會。 最后，在課程設(shè)計過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，基礎(chǔ)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。所以決定在以后的學(xué)習(xí)中不斷

32、的加深理解和學(xué)習(xí)，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。 參考文獻 [1].郭朝勇《AutoCAD2008中文版教程》清華大學(xué)出版社 2007.10 [2].孫恒《機械原理第七版》高等教育出版社 2012.11 [3].孫建東《機械設(shè)計基礎(chǔ)》清華大學(xué)出版社 2007.1 [4].封立耀《機械設(shè)計基礎(chǔ)實例教程》北京航空航天大學(xué)出版社 2007.8 [5].邢琳《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》機械工業(yè)出版社 2007.7 [6].濮良貴《機械設(shè)計第八版》高等教育出版社

33、 2009.7 [7].于惠力《機械設(shè)計》科學(xué)出版社 2007.8 [8].黃茂林《機械原理》重慶大學(xué)出版社 2002.7 致 謝 能夠順利的按時完成這次的課程設(shè)計，除了衷心感謝***老師和***老師對如何完成這次課程設(shè)計的指導(dǎo)和對我們的嚴(yán)格要求，還要非常感謝小組成員大家一起努力，辛苦奮斗了五天的時間完成洗瓶機推瓶機構(gòu)的設(shè)計?！叭f事開頭難”，對于初次接觸這樣課題的我們，剛開始真的是手足無措，沒有一點點的頭緒，在經(jīng)過聶老師的細(xì)致指導(dǎo)后，才逐漸的明確了我們需要完成的目標(biāo)和執(zhí)行的步驟。然后才慢慢的完成這次的課程設(shè)計。 雖然過程是艱辛的，但是大家的目標(biāo)是一致的，最后終于按時完成了這次的課程設(shè)計。感謝各位組員的相互合作，辛苦的搜集資料，還有耐心的完成一大堆繁瑣的計算以及認(rèn)真的完成畫圖。 附錄 兩張CAD圖紙： 機構(gòu)運動簡圖（帶尺寸標(biāo)注),凸輪