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機械原理課程設(shè)計說明書
------洗瓶機推瓶機構(gòu)設(shè)計
目錄
一.設(shè)計題目及設(shè)計要求----------------------------------------3
二.功能分解-------------------------------------------------------4
三.機構(gòu)選用------------------------
2、-------------------------------5
四.機構(gòu)組合-------------------------------------------------------7
五.傳動方案設(shè)計-------------------------------------------------8
六.運動協(xié)調(diào)設(shè)計-------------------------------------------------9
七.機構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------------10
八.方案評價-----------
3、--------------------------------------------13
九.設(shè)計心得-------------------------------------------------------13
十.參考資料-------------------------------------------------------14
洗瓶機方案設(shè)計
一.設(shè)計題目及設(shè)計要求
設(shè)計洗瓶機,主要有推瓶機構(gòu)、導輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成,如圖
圖1 洗瓶機工作示意圖
當M把瓶子向前推進時,轉(zhuǎn)動著的刷子把瓶子外面洗凈,當前一個瓶子洗刷完畢
4、時,后一個待洗的瓶子已經(jīng)送入導輥待推。
表1 洗瓶機的技術(shù)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
15
3
1440
B
Φ80*180
500
16
3.2
1440
C
Φ60*150
420
18
3.5
960
我們選用C方案,由于它工作行程短,節(jié)約空間,結(jié)構(gòu)緊湊,生產(chǎn)率高,急回系數(shù)高,說明構(gòu)件非有效工作時間比例小
5、,電動機功率低,節(jié)省能源。
二.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。
三、機構(gòu)選用
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、導輥,分別選擇相應的機構(gòu)以實現(xiàn)各項運動功能。
表2 洗瓶機的機構(gòu)選型
功能
6、
執(zhí)行構(gòu)件
工藝動作
執(zhí)行機構(gòu)
推瓶
推頭M
曲線往復急回運動
凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu),五桿組合機構(gòu),凸輪—全移動副四桿機構(gòu)
轉(zhuǎn)瓶
導輥
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)
由于刷瓶與轉(zhuǎn)瓶功能的實現(xiàn)分別只有一種齒輪傳動來實現(xiàn)的,因此,方案的確定的關(guān)鍵是對推瓶執(zhí)行機構(gòu)組合的確定。
根據(jù)設(shè)計要求,推頭M可走圖所示軌跡,而且推頭M在工
圖 圖2 推頭M運動軌跡
作行程中應做勻速直線運動,在工作段前后可有變速運動,回程是、時有急回特性。
7、對于這種運動要求,若采用單一機構(gòu)不容易實現(xiàn),通常的機構(gòu)組合有;
1. 凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)方案
圖3 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)圖
如圖,鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡,點M的速度有等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速運動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件,所以要注意采取度過死點的措施。該機構(gòu)的缺點是凸輪獨立于連桿機構(gòu),占用空間較大,結(jié)構(gòu)不緊湊。
2. 五桿組合機構(gòu)方案
圖4 五桿組合機構(gòu)圖
確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩個自由度的連桿機構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。如圖,點M的速度和機構(gòu)的急回特征,可通過凸輪控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件1和4間的運動
8、關(guān)系來得到。機構(gòu)為單自由度機構(gòu),運動精確,結(jié)構(gòu)緊湊。
3. 凸輪—全移動副四桿機構(gòu)
圖5 凸輪-全移動副四桿機構(gòu)圖
如圖所示,全移動副四桿機構(gòu)是兩自由度機構(gòu),構(gòu)件2上的點M可精確再現(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,而使相應凸輪尺寸過大。
綜上所述,五桿組合機構(gòu)方案優(yōu)點較多,為所選方案。
四. 機構(gòu)組合
根據(jù)機構(gòu)選用中選出的機構(gòu),以及設(shè)計要求,我們選擇五桿組合機構(gòu)和齒輪傳動機構(gòu)的搭配。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖:
A1
A3
A2
圖6
9、 機構(gòu)組合的并聯(lián)示意圖
電動機通過五桿組合機構(gòu)帶動推頭M推動瓶子,并通過齒輪傳動機構(gòu)帶動刷子與導輥轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)刷瓶與轉(zhuǎn)瓶的功能。由此可得出機構(gòu)運動簡圖:
圖7 機構(gòu)運動簡圖
1、2、3、4、5、6、7是圓柱齒輪,8、9、10、11是圓錐齒輪,12是導輥,13是推頭M,14、16是皮帶輪,15是刷子。
圖8 機構(gòu)三維立體圖
五. 傳動方案設(shè)計
機器的特點是刷子、導輥、推頭M的運動是相互獨立的,故分別通過三套傳動機構(gòu)由電動機帶動;此外,由于刷子和導輥的轉(zhuǎn)速不需太精確,故選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝容易得帶傳動機構(gòu)。帶輪之間
10、通過圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪與電動機軸連接。
關(guān)于傳動比問題:刷子的轉(zhuǎn)速不能過高,否則會與瓶子摩擦產(chǎn)生過多的無用功,同時也會減緩瓶子的前進速度。導輥的轉(zhuǎn)速不能過低,否則不能保證瓶子洗凈,(當然也不能過高,理由同上)
綜合考慮,取刷子轉(zhuǎn)速為n1=640r/min,導輥轉(zhuǎn)速n2=1200r/min,凸輪轉(zhuǎn)速經(jīng)計算得n3=1080r/min。
根據(jù)各傳動比:i01=n0/n1=3/2,i02=n0/n2=4/5,i03=n0/n3=8/9,選擇適當?shù)臉藴数X輪的齒數(shù)和模數(shù)如下表
表3 齒輪參數(shù)
齒輪編號
模數(shù)
齒數(shù)
節(jié)圓直徑/mm
1
4
30
120
2
4
45
18
11、0
3
4
25
100
4
4
20
80
5
4
36
144
6
4
32
128
7
4
20
100
其中,為了避免齒輪發(fā)生可能的碰撞,在齒輪5與齒輪6之間增加一個惰輪7。
六. 運動協(xié)調(diào)設(shè)計
由于刷子、導輥、凸輪三者運動是相互獨立的,因此機構(gòu)不存在時間上的協(xié)調(diào)問題。所以只要保證各構(gòu)件的尺寸以滿足機構(gòu)空間上的協(xié)調(diào)即可。
七. 機構(gòu)設(shè)計
取B點的運動軌跡 如圖:,這樣桿從導輥下部運動返回,不會與下一個瓶發(fā)生碰撞。設(shè)計時,減少BC桿長則C點的運動軌跡接近于B。
確定鉸鏈O的位置:(4種選法)
圖9 鉸鏈位置比較圖
依圖可知(3
12、)、(4)的極位夾角比(1)、(2)較大,應在(3)、(4)中選得。當選(4)時,θ最大,但O過于靠近運動軌跡,所以設(shè)計的凸輪可能與導軌發(fā)生空間上的沖突,故選(3)較合適,以增大極位夾角,減少非工作行程時間。
在極位夾角相等的情況下:如圖(5)、(6)
圖10 鉸鏈位置最終選擇圖
(5)圖中O偏左,故其勻速運動所占的時間比例較大,所以(5)更合適,可以更好的提高工作效率。
圖11 凸輪設(shè)計
定好O位置后,根據(jù)運動圖線作圖,并通過計算可得出OA,AC桿長,根據(jù)空間位置關(guān)系,確定CD、DE桿長及凸輪的基圓半徑,再根據(jù)反轉(zhuǎn)作圖法可得凸輪理論輪廓線,畫出滾子的各位置圖,根
13、據(jù)其包絡(luò)線可得凸輪的實際輪廓線。(120°到200°之間是勻速運動區(qū))
圖12 凸輪位移圖線
圖13 凸輪加速度圖
圖14 凸輪速度圖
根據(jù)作圖,最后可定得各桿長度:OA=8,AC=62,BC=8.7,CD=70.5,DE=20。凸輪基圓半徑=9.2。
八、方案評價
所設(shè)計的機構(gòu)能較好的按要求滿足需求,但在凸輪傳動方面,因為是用作圖法所得,而且有一部分取的是近似值,所以誤差可能過于偏大??赏ㄟ^兩種方法改進:
一是用電腦編程用數(shù)值計算法來精確設(shè)計。
二是用作圖法時盡量減少誤差(如將基圓分得更細等)
機構(gòu)傳動部
14、分,部分桿件過長,會引起材料的浪費,同時會產(chǎn)生較大的應力,從而導致桿件的破壞;由于空間的問題引入了惰輪,加大的制造成本;帶輪容易摩擦起電,不宜用于易燃易爆場合。
九、設(shè)計心得
好不容易做到這一步,這也標志著我們這次設(shè)計的即將結(jié)束。在還沒做設(shè)計之前,我們以為資料、知識都是課本的那些東西,沒什么難做的,不就是打字打出來就行??墒钱斘覀冋嬲度氲竭@次設(shè)計中的時候,才發(fā)現(xiàn)設(shè)計的艱辛,我們擁有的知識太貧乏,平時學的知識根本就沒辦法用到實際上,還有一些3維的東西以前從來沒有接觸,更別提做出來了。但我們并沒有放棄,大量的搜集需要的資料和書籍,把不會的搞會,爭取把設(shè)計做的完美。
我們做的
15、洗瓶機表面看似簡單,但實際上各個機構(gòu)的組合確是相當?shù)膹碗s,特別在機構(gòu)設(shè)計五桿機構(gòu)的設(shè)計,尺寸數(shù)據(jù)都極難設(shè)定,我們在此跌到了N次,最后在我們3人的努力和學姐學長的指導幫助下,終于做了出來。本次的設(shè)計還讓我們深深體會到團結(jié)的力量,沒有我們3個人的共同努力,相互輔助,就不可能有這份設(shè)計。
回顧這次設(shè)計,雖然只有短短的幾天,但這里面卻充滿了酸甜苦辣,讓我們對人生有了更深的認識。作為設(shè)計者應該追求設(shè)計的完美、實用,我們并不能達到這一點,但過程卻是最重要的,在設(shè)計中,培養(yǎng)了我們善于探索的精神,并讓我們發(fā)現(xiàn)了自己的差距,期待我們都能在未來的道路上更加勤奮地學習專業(yè)知識,真心的學以致用,創(chuàng)造我們設(shè)計的藍圖。
十、參考資料
[1] 王知行、劉廷榮.機械原理[M].北京:高等教育出版社2000
[2] 裘建新.機械原理課程設(shè)計指導書[M].北京:高等教育出版
社2005
[3]姚興軍、汪曉云、唐建文.AutoCAD 2004中文版機械設(shè)計[M].北京希望電子出版社2004
[4]王克偉等.3d max 6實用教程[M].北京希望電子出版社2004
[5]李啟炎。計算機繪圖(初級)——AutoCAD 2000版.上海:同濟大學出版社2001
專心---專注---專業(yè)