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1、
機(jī)械原理課程設(shè)計
洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計
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)計制造及其自動化
學(xué)號
姓名 周省邦
任課教師
交稿日期 2012年6月20日
成績
閱讀教師簽名
2、
日 期
目錄
一、 設(shè)計題目及要求……………………………………3
二、 原始數(shù)據(jù)要求………………………………………4
三、 設(shè)計方案對比擬定…………………………………4
四、 機(jī)構(gòu)運動簡圖……………………………………….5
五、 運動尺寸設(shè)計……………………………………….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)計題目及要求
(一)、功能要求及工藝動作分解提示
1、總功能要求
實現(xiàn)推頭(動點)在工作行程中作直線勻速運動,在其前后作變速運動,回程時有急回運動特征 。
2、工作原理及工藝動作分解提示
推瓶機(jī)推頭的運動軌跡要求如圖 1-1所示。洗瓶機(jī)有關(guān)部件的工作原理和工藝動作分解如圖1-2所示。待洗的瓶子放在兩個轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上,導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子向前推進(jìn)時,轉(zhuǎn)動著的刷子把瓶子外面洗凈。當(dāng)一個瓶子將洗刷完時,后一個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200mm;
(二)、推進(jìn)距離 l = 6 0 0 m m ;
(三)、推程時速度要求為v = 45mm / s ,返回時的平均速度為工作行程的3倍 ;
(四)、機(jī)構(gòu)傳動性能良好,結(jié)構(gòu)緊湊,制造方便;
三、 設(shè)計方案對比擬定
執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動方案:
(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)為一個自由度的機(jī)構(gòu),其連桿2上的
5、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)件使其順利去除死點的干擾。
圖3-1
(二)、五桿組合機(jī)構(gòu)方案:
如圖3-2所示為兩個自由度的5桿低副機(jī)構(gòu),1、4為它們的兩個輸入構(gòu)件,這兩個構(gòu)件之間的運動關(guān)系用齒輪來實現(xiàn),從而將原來兩自由度機(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所示為兩個自由度的凸輪滑塊機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)可精確實現(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(jī)構(gòu)相對于連桿機(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都顯而易見。
圖3-3
綜上所述,三個方案均可實現(xiàn)設(shè)計要求的功能。但是從要求的傳動性能上看,無凸輪機(jī)構(gòu)的五桿組合機(jī)構(gòu)方案更具有優(yōu)勢,但五桿機(jī)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜不易實現(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)簡單、緊湊,零件制造簡便,可實現(xiàn)設(shè)計要求功能,故選用凸輪四桿機(jī)構(gòu)方案。
四、機(jī)構(gòu)運動簡圖
所以該機(jī)構(gòu)自由度為1,即只需一個原動件可確定其他構(gòu)件的狀態(tài)。
7、
五、運動尺寸設(shè)計
用作圖法對凸輪-四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計:
(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點的工作要求軌跡為水平直線,長度為600mm,并做出等分軌跡點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)。由作圖法可測量出機(jī)架D
8、C長度為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長度為110mm。
(二)、根據(jù)連架桿引桿軌跡設(shè)計凸輪
圖5-2
(1) 如圖5-2所示,測量出相鄰兩狀態(tài)間引桿的夾角=28、=28、=20、=10。
(2) 計算凸輪轉(zhuǎn)角:按照返回速度為推瓶速度的3倍,計算出推頭從M點運動到點的過程占一個回程時間的3/4。所以推頭從M點運動到點的過程中,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)角對應(yīng)關(guān)系,可得:
9、
(3) 利用反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪實際輪廓線: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、、、、到基圓圓心距離r在其對應(yīng)的分割線上做凸輪軌跡點、、、、。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)、凸輪角速度的計算
設(shè)計要求推頭在推瓶軌跡上運動時速度應(yīng)為v = 45mm / s。
所以推頭在推瓶軌跡上的時間為:
t==13.3 s
即凸輪轉(zhuǎn)動270所需要的時間為13.3 s,
所以凸輪的角速度為:
rad/s,順時針方向
10、。
(四)四桿機(jī)構(gòu)死點的避免
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,兩長桿分別為215mm和300mm。
(185+300)(200+215)不成立,不滿足滿足桿長條件。
所以該機(jī)構(gòu)無周轉(zhuǎn)副,為雙搖桿機(jī)構(gòu),故不存在曲柄出現(xiàn)死點的現(xiàn)象。
(五)推頭返程分析
推頭到達(dá)點后,立即以較高的速度(平均速度為推程的3倍)返回,準(zhǔn)備下一個瓶子的推程。再接觸到下一個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的勻速運動
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
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